КРЕПЛЕНИЕ БОРТОВ КОТЛОВАНА Российский патент 2008 года по МПК E02D17/04 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для усиления крепления стен котлована при возведении подземных и заглубленных сооружений открытым способом в условиях плотной городской застройки.

Известны конструкции крепления бортов котлована, включающие ограждающие стенки из шпунта, забивных, завинчивающихся, буровых свай, «стен в грунте» и пр. [1] с обвязочными поясами, установленными внутри котлована, которые выполняют функцию передачи усилий от ограждения на дополнительно установленные усиливающие элементы в виде распорок, подкосов, анкеров и др.

Недостаток крепления с распорками состоит в том, что область применения распорных систем ограничена размерами котлована, они загромождают внутреннее пространство, затрудняют ведение строительно-монтажных работ внутри котлована, приводят к необходимости поярусного удаления распорок, увеличивают сроки строительства и стоимостные затраты.

Недостатки анкерного крепления состоят в увеличении сроков строительства при трудновыполнимом контроле натяжения анкеров, число которых достаточно велико, локальном разуплотнении грунта под фундаментами существующих зданий при устройстве анкеров, а также в возможном самопроизвольном выпуске воды в котлован с последующими дополнительными неравномерными осадками. Эти осадки являются причиной образования дефектов в зданиях и снижения прочности несущих конструкций этих зданий. В условиях плотной городской застройки недостатком является также и то, что практически во всех случаях расположение анкеров выходит за пределы стройплощадки, попадая в область территории другого владения, что с юридической точки зрения в современных условиях является несанкционированным нарушением прав чужой собственности.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является конструкция крепления бортов котлована ограждения, в которой вертикальные элементы ограждения объединены поверху горизонтальным шапочным элементом в виде пояса с симметричными технологическими выступами от ограждающей конструкции в сторону к и от котлована и выступом над дневной поверхностью грунта.

В этой конструкции за счет объединения вертикальных элементов по их верху несколько увеличивается жесткость ограждения. Однако шапочный элемент постоянных размеров не исключает горизонтальных перемещений несущей стенки и грунта в сторону котлована, которые являются причиной образования новых или раскрытия существовавших дефектов в зданиях, находящихся в зоне влияния строительства, вплоть до возникновения предаварийного или аварийного состояния. Перемещения несущей стенки в сторону котлована приводят к появлению эксцентриситета стенки и появлению изгибающего момента от нагрузки будущего надземного здания. Кроме того, недостатками изобретения являются выступы в сторону котлована и над дневной поверхностью грунта.

Задачей настоящего изобретения является увеличение изгибной жесткости верхней части крепления в вертикальной плоскости для полного исключения горизонтальных перемещений несущей стенки и грунта в сторону котлована.

Решение поставленной задачи согласно изобретению достигается за счет уширенного в плане в средней части армированного обвязочного пояса в виде «воротника», связанного жестко с ограждающей конструкцией, и уширенного в профиле воротника в месте его соединения со стеной. Кроме того, изобретение позволит исключить выступы в сторону котлована и над дневной поверхностью грунта.

Жесткость увеличивается для того, чтобы воспринимать изгибающий момент от активного давления грунта со стороны бортов котлована, который для воротника максимален в средней ее части. Увеличить изгибную жесткость верхней части крепления, которая определяется произведением EJ, где Е - модуль упругости материала, J - момент инерции (J=bh³/12), можно за счет увеличения Е или J. В изобретении предлагается увеличение этих двух характеристик. Увеличение первой - Е по сравнению с прототипом достигается применением армированного воротника (железобетонного). Увеличение второй характеристики J, определяемой геометрическими размерами, может стать определяющим, поскольку один из параметров (А) входит в выражение для жесткости в кубе, в данном случае это ширина воротника в плане.

Кроме того, как показали результаты экспериментов, только жесткое соединение воротника со стеной, выполняемое, например, соединением каркасов стены и воротника с последующим их омоноличиванием, позволяет достичь поставленной цели. Шарнирное соединение не воспринимает изгибающий момент и исключает передачу угловых перемещений в месте соединения стенки с воротником (изгиб в вертикальной плоскости). Это приводит к тому, что роль воротника в вовлечение в горизонтальное перемещение подпорной стенки воротниковой части сводится только к элементу конструкции, удерживающей стенку за счет реакции, обусловленной жесткостью воротника, опирающегося на соседние поперечные стены котлована. Жесткое соединение в узле примыкания воротника к стенке передает угловые деформации верха стенки на воротниковую конструкцию, что выражается в ее повороте в узле и сопровождается перемещением узла в сторону котлована с подъемом вверх элемента воротника. Чтобы воспрепятствовать приращениям деформаций такого рода достаточно приложить противодействующий момент другого знака, действующего в узле, который может быть реализован приложением вертикальных грузов (весом воротника, дополнительным пригрузом и т.д.).

Данное техническое решение поясняется чертежами, где в аксонометрии приведена схема элемента ограждающей и несущей стеновой конструкции с воротником переменной по длине жесткости.

На фиг.1 показана схема элемента ограждающей стеновой конструкции (1) с воротником (2) переменной по длине жесткости, имеющим уширение в средней части, т.е. выполненным в соответствии с эпюрой изгибающих моментов, получаемой из известного расчета замкнутой рамы на равномерно распределенную нагрузку. При этом арматурные каркасы (3) стеновой конструкции ограждения и воротника жестко связаны между собой. На разрезе узла (А) показано, что в месте соединения стены (1) с воротником (2) за счет вовлечения в работу железобетонного элемента форшахты (4) воротник отличается размерами от размеров воротника, расположенного за пределами элементов форшахты, т.е. размеры воротника и в профиле не постоянны, а переменны.

На фиг.2 в аксонометрии приведена схема конструкции крепления бортов котлована прямоугольного очертания, включающая ограждающую (и несущую) стену (1) с воротником (2) постоянных размеров.

Устройство крепления бортов котлована с воротником может быть осуществлено следующим образом. Возводится ограждающая стеновая конструкция, например, способом «стена в грунте». "Обнажается" верхняя часть арматурного каркаса «стены в грунте». Выполняется его жесткое соединение с арматурным каркасом будущего воротника ограждения, в местах установки которого устраивают углубление в форшахте (4), затем узел соединения бетонируются с захватыванием в конструкцию нижнего элемента бывшей форшахты, после чего производится разработка грунта в котловане.

Устройство углубления позволяет:

- использовать верхнюю часть арматурного каркаса несущей конструкции, например «стены в грунте», без его наращивания для соединения с воротником;

- удалить верхнюю часть форшахты, которая в процессе устройства «стены в грунте» (удары по ней механизмов и др.) часто оказывается поврежденной;

- получить конструкцию воротника без выступа над дневной поверхностью, который приводит к многим неудобствам в процессе строительства.

Таким образом, возведенная стеновая конструкция, например, замкнутая в плане, ограждающая от грунтового массива внутреннее пространство после разработки котлована, оказывается усиленной монолитным армированным воротником. При этом котлован освобожден от устройства распорной системы, что обеспечивает открытое пространство для ведения строительно-монтажных работ в котловане.

Возможна и другая последовательность, при которой сначала устраивается воротник, затем возводится ограждающая конструкция, с которой жестко связывается воротник. По окончании строительства при необходимости возможен демонтаж воротника.

Параметры железобетонного воротника определяются расчетом по действующим нормативным документам (например, СП 52-101-2003) по двум предельным состояниям.

В силу особенностей строительства в городских условиях может возникнуть ситуация, связанная с невозможностью устройства воротника с необходимыми параметрами. При большой длине котлована возможна установка одной - двух распорок для уменьшения наибольшего пролета воротника в 2-3 раза без ущерба для свободного пространства котлована. Вспомогательные опоры, уменьшающие пролет воротника, могут быть выполнены в виде растяжек, заанкеренных за пределами призмы обрушения.

Возможны различные схемы размещения воротника на ограждении. Приведенная на фиг.1 и 2. конструкция воротника, воспринимающая давление грунта противоположными стенками, создает замкнутую по периметру раму, опирающуюся на грунт и стену ограждения, усиливающую ее верх в ортогональном направлении. Это приводит к увеличению изгибной жесткости, позволяющей исключить перемещения ограждения внутрь котлована и грунта, которые являются максимальными в верхней части ограждения. При этом условия работы конструкции ограждения, воспринимающей активное (горизонтальное) давление грунта, согласно изобретению будут существенно улучшены благодаря устройству воротника.

Предлагаемый воротник при необходимости может быть усилен путем стягивания (преднапряжения) его, установкой промежуточных дополнительных опор, с пригрузом и другими мероприятиями. Преднапряжение выполняют, например, натяжением домкратами арматуры, установленной в оставленных в воротнике каналах. После этого конструкция представляет собой сочетание части ненапряженного и напряженного железобетона, причем такое сочетание до разработки грунта создает, кроме того, некоторое противодавление в сторону боковых стенок котлована, что, в конечном счете, снижает деформации конструкции в сторону котлована.

Литература.

1. Л.В.Маковский, С.В.Чеботарев, С.О.Зеге. Системы крепления котлованов при строительстве подземных сооружений: Учебное пособие / МАДИ (ТУ). - 2000. - 120 с.

2. Способ возведения ограждающей стенки в грунте/A.c. RU 2095520. Перцовский М.И. // БИ - 1997. - № 31.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для усиления крепления стен котлована при возведении подземных и заглубленных сооружений открытым способом в условиях плотной городской застройки. Крепление бортов котлована включает ограждающую и несущую стеновую конструкцию, связанную с обвязочным поясом, выполненным по верху ограждающей и несущей конструкции. Обвязочный пояс выполнен в виде армированного воротника, выступающего в сторону от котлована, расположен в углублении форшахты с возможностью жесткого соединения арматурного каркаса воротника с верхней обнаженной частью арматурного каркаса стеновой конструкции и омоноличивания этого соединения для увеличения изгибной жесткости. Технический результат состоит в увеличении изгибной жесткости верхней части крепления в вертикальной плоскости для полного исключения горизонтальных перемещений несущей стенки и грунта в сторону котлована. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Крепление бортов котлована, включающее ограждающую и несущую стеновую конструкцию, связанную с обвязочным поясом, выполненным по верху ограждающей и несущей конструкции, отличающееся тем, что обвязочный пояс выполнен в виде армированного воротника, выступающего в сторону от котлована, расположен в углублении форшахты с возможностью жесткого соединения арматурного каркаса воротника с верхней обнаженной частью арматурного каркаса стеновой конструкции и омоноличивания этого соединения для увеличения изгибной жесткости.2. Крепление по п.1, отличающееся тем, что воротник выполнен переменных в плане и профиле размеров.3. Крепление по п.1, отличающееся тем, что армирование воротника выполнено с предварительным напряжением.4. Крепление по п.1, отличающееся тем, что воротник выполнен с устройством промежуточных опор.