Стена в грунте

Стена в грунте — метод возведения заглублённых несущих и ограждающих конструкций путём разработки узкой траншеи в грунте с последующим заполнением её бетоном или железобетоном непосредственно в проектном положении, без предварительного вскрытия котлована.

Технология позволяет устраивать вертикальные подземные конструкции значительной глубины при минимальном воздействии на окружающий грунтовый массив и соседние здания и сооружения.

Виды стен в грунте

1. Железобетонная монолитная стена в грунте траншейного типа

Наиболее распространённый вариант. Траншея разрабатывается захватками длиной 3–6 м, удерживаемая от обрушения глинистым раствором (бентонитовой суспензией), после чего устанавливается арматурный каркас и производится бетонирование методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ). Обеспечивает высокую несущую способность и водонепроницаемость.





Рисунок 1 — Стена в грунте траншейного типа



2. Буросекущиеся и бурокасательные сваи

Стена формируется из вплотную расположенных буровых свай:

• Бурокасательные сваи — сваи, соприкасающиеся по касательной; между ними возможны небольшие зазоры.
• Буросекущиеся сваи — сваи, частично перекрывающие друг друга; первичные сваи выполняются из цементно-бентонитового раствора или слабого бетона, вторичные — из армированного бетона с врезкой в тело первичных. Обеспечивают высокую водонепроницаемость.




Рисунок 2 — Буросекущиеся сваи



3. Грунтоцементная стена (jet-grouting, струйная цементация)

Стена формируется путём высоконапорного инъецирования цементного раствора в грунт с одновременным его перемешиванием. Образуются грунтоцементные колонны, которые при необходимости армируются металлическими профилями. Применяется в стеснённых условиях и при наличии слабых водонасыщенных грунтов.



4. Сборная стена в грунте

В разработанную и заполненную глинистым раствором траншею опускаются готовые железобетонные панели или сваи. Пространство между элементами заполняется цементно-бентонитовым раствором или тампонируется. Применяется при необходимости ускорить строительство и обеспечить высокое качество конструктивных элементов.



5. Шпунтовое ограждение

Формально относится к смежным технологиям, однако нередко рассматривается в одном ряду со стеной в грунте. Металлический или железобетонный шпунт погружается вибропогружателем или методом вдавливания, образуя сплошное ограждение. Может быть извлечён после завершения работ.





Рисунок 3 — Шпунтовое ограждение

Технология устройства

Подготовительный этап:

• Устройство форшахты — монтаж направляющих стенок из полутруб или железобетонной конструкции глубиной 0,5–1,5 м по периметру будущей траншеи. Форшахта обеспечивает точность разработки, предотвращает обрушение верхнего слоя грунта и служит направляющей для грейфера.
• Приготовление бентонитового раствора — на строительной площадке организуется узел приготовления, хранения и регенерации глинистой суспензии.

Разработка траншеи:

• Траншея разрабатывается захватками: через одну или последовательно.
• В процессе разработки траншея постоянно заполнена бентонитовым раствором, уровень которого поддерживается выше уровня грунтовых вод не менее чем на 0,5 м. Гидростатическое давление суспензии предотвращает обрушение стенок.

Основные механизмы:

• Канатный грейфер — применяется в несвязных и слабосвязных грунтах; высокая производительность, ограниченная точность.
• Гидравлический грейфер (фреза) — обеспечивает высокую точность вертикальности; используется в плотных и скальных грунтах.
• Фрезерный гидрофрез — специализированное оборудование для разработки особо твёрдых грунтов и скальных пород; одновременно перемешивает шлам и подаёт его на поверхность.

Армирование:

После достижения проектной отметки дна траншеи:

• Дно очищается от шлама с помощью желонки или циркуляционной промывки.
• В траншею опускается заранее изготовленный арматурный каркас. При большой глубине каркас собирается из отдельных секций, соединяемых по мере погружения.
• Каркас оснащается фиксаторами защитного слоя бетона.

Бетонирование:

Бетонирование выполняется методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ):

• В траншею опускается бетонолитная труба диаметром 200–300 мм до отметки дна.
• Подача бетона осуществляется непрерывно; труба постепенно поднимается, оставаясь заглублённой в бетонную смесь не менее чем на 2–3 м.
• Бентонитовый раствор вытесняется поднимающимся бетоном и откачивается на поверхность для регенерации и повторного применения.
• Применяется бетон класса не ниже В25, с высокой подвижностью (осадка конуса 16–20 см) и замедленным схватыванием.

Стыковка захваток:

Сопряжение соседних захваток обеспечивается с помощью:

• Торцевых ограничителей (трубчатых или плоских) — извлекаются после начального схватывания бетона, формируя полукруглый или плоский стык.
• Фрезерования — при использовании гидрофрезы торец ранее забетонированной захватки подрезается при разработке следующей.

Рисунок 4 — Схемы стыковки захваток при разработке траншеи

Преимущества и ограничения

Преимущества

• Возможность возведения конструкций непосредственно у существующих зданий без угрозы их деформации
• Работа в любых гидрогеологических условиях, в том числе при высоком уровне грунтовых вод
• Совмещение функций временного ограждения и постоянной несущей конструкции
• Минимальные вибрационные и динамические воздействия на окружающий массив
• Большая глубина конструкции (до 60 м и более)
• Высокая водонепроницаемость при правильном исполнении стыков

Ограничения и недостатки

• Высокая стоимость по сравнению с традиционными методами ограждения (шпунтовое ограждение)
• Необходимость специализированного оборудования и квалифицированного персонала
• Сложность контроля качества бетонирования в подземных условиях
• Необходимость утилизации или регенерации отработанного бентонитового раствора.