Строительство заглубленных помещений и подземных сооружений

При строительстве различных зданий и сооружений в большинстве случаев отрывают котлованы, в которых выполняются фундаменты и заглубленные помещения.
Котлованы, сами по себе, являются самостоятельными сооружениями, выполнение которых требует решения ряда технических задач: обеспечения устойчивости откосов, сооружения надежных креплений вертикальных стенок, защиты от затопления и пр. Это требует больших затрат.

Сооружение фундаментов и заглубленных помещений в котловане обычно выполняется таким же образом, как и надземных конструкций. В случае, если указанные конструкции фундаментов и заглубленных помещений предусматриваются монолитными, то устанавливаются опалубка, арматура, и производится бетонирование. Далее, после завершения выполнения фундаментов и заглубленных помещений производится обратная засыпка котлована - как правило, тем же грунтом, который был удален при его отрывке. Часто обратная засыпка выполняется без уплотнения. В результате, заглубленное помещение или сооружение оказывается окруженным рыхлыми насыпными грунтами. Следствием этого являются повышенные и неравномерные осадки различных пристроек (крыльца, вестибюли и пр.), накопление больших объемов воды, протечки в заглубленных помещениях, суффозия грунтов - в случае наличия вблизи старых коллекторов, техногенных подземных полостей или выработок.

Вместе с тем, для сооружения опалубки фундаментов и заглубленных помещений можно использовать естественный грунт, а для обеспечения его прочности - произвести искусственное закрепление. Наиболее эффективным способом закрепления фунтов является струйная геотехнология. Таким образом, напрашивается идея использования при сооружении фундаментов и заглубленных помещений грунтобетонных конструкций, выполняемых с помощью струйной геотехнологии.

В этом случае стенки заглубленных помещений формируются из пересекающихся грунтобетонных колонн. Это позволяет резко уменьшить объемы извлекаемого грунта - то есть грунт извлекается только из внуфенней части заглубленных помещений. Для обеспечения равномерной прочности по всему контуру, по верху грунтобетонных колонн устраивается железобетонный пояс, который служит опорой для стен здания и перекрытий подвального этажа. При необходимости восприятия больших нагрузок от наземной части здания, по внутренней поверхности грунтобетонных стен устраивается железобетонная облицовка требуемой толщины, которая принимает на себя основные нагрузки. В таком случае грунтобетонные стенки служат в качестве крепления котлована, однако здесь отпадает необходимость в обратной засыпке, и стенки подземного помещения имеют хороший контакт с естественным, грунтом ненарушенной структуры.

В настоящее время указанные несущие конструкций и сооружения часто выполняют способом «стена в грунте». Применение сфуйной геотехнологии в данном случае является альтернативной технологией, не требующей громоздкого оборудования, которая может быть использована, например, в стесненных условиях.

При строительстве заглубленных помещений, примыкающих к существующим зданиям, грунтобетонные стенки ограждения могут быть выполнены с помощью струйной геотехнологии непосредственно под фундаментами существующего здания. В мировой практике это часто делается при строительстве подземных гаражей. Это очень важное преимущество, так как создается возможность попадать в подземный гараж непосредственно из здания.

В условиях тесной застройки часто возникает необходимость в строительстве нового здания, примыкающего к существующему. В этом случае, во избежание передачи осадки нового здания на основание существующего, необходимо сооружать глубокую разделительную стенку между указанными зданиями. Такая стенка может быть выполнена с помощью струйной геотехнологии.

В случае строительства заглубленных помещений большой глубины, ограждения котлована из грунтобетонных колонн обычно усиливают распорками, анкерами и вертикальными стержнями по центру колонн, так как они плохо воспринимают изгибающие нагрузки. Однако в строительстве хорошо известны арочные конструкции из неармированных материалов (камень, кирпич), способные воспринимать изгибающие нагрузки даже при довольно больших пролетах. Обычно арки из таких материалов выполняются в вертикальной плоскости. Между тем, и арки, расположенные в горизонтальной плоскости, способны ничуть не хуже воспринимать изгибающие нагрузки.

Пример тому - многочисленные колодцы и шахты, выполненные из пересекающихся грунтобетонных колонн с помощью струйной геотехнологии в различных странах. Таким образом, подпорная стенка, выполненная из пересекающихся грунтобетонных колонн, расположенных в виде сопрягаемых арочных контрфорсов, способна работать без армирования при достаточно больших изгибающих нагрузках от бокового давления грунта.

На рис. 8.1 показана возможная конструкция многоярусного заглубленного помещения (например, подземного гаража или торгового центра) с креплениями в виде арочных контрфорсов из грунтобетонных колонн, выполняемых с помощью струйной геотехнологии. В случае необходимости, такое помещение может выполняться без выхода на поверхность земли (например, под дорогой или площадью), с арочными перекрытиями - также из грунтобетонных колонн, сооружаемых с поверхности земли. Из таких же сопрягаемых колонн выполняются межъярусные перекрытия арочной конструкции и донная плита, которые одновременно служат распорками для боковых стен. После выемки грунта из этого заглубленного помещения оно по всем внутренним поверхностям усиливается железобетонной облицовкой.

Рис. 8.1. Конструкция многоярусного заглубленного помещения, выполняемая с помощью струйной геотехнологии 1 - грунтобетонные колонны; 2-железобетонные колонны; 3-противофильтрационная завеса; 4-дренажная завеса; 5-площадной дренаж

В прошлом, в XIX и в начале XX вв. при строительстве заглубленных помещений устраивались специальные вентилируемые пазухи - для предотвращения сырости в подвалах. Арочные контрфорсы из пересекающихся грунтобетонных колонн, образующие небольшие пазухи, могут быть использованы также и для указанной цели.

При необходимости, по контурам заглубленного помещения может быть выполнен пристенный, а под подошвой помещения - также и площадной дренаж - путем полного замещения естественных грунтов песком с помощью струйно-вихревой геотехнологии. В случае высокого уровня подземных вод заглубленное помещение защищается противофильтрационной завесой, также выполняемой с помощью струйной геотехнологии. Грунтобетонные стены, сами по себе, имеют очень низкую, но отличную от нулевой проницаемость. Противофильтрационная завеса позволит существенно снизить кривую депрессии подземных вод и, соответственно, предельно уменьшить их приток, который будет откачиваться из площадного дренажа. Здесь можно сослаться на негативный опыт сооружения многоярусного подземного торгового центра на Манежной площади в Москве в конце 90-х гг., где, несмотря на сплошную металлическую облицовку внутренней поверхности котлована, имели место серьезные проблемы с протечками воды

Таким образом, все крепление заглубленного помещения, а также сооружения для его гидроизоляции, сооружаются с поверхности земли, до выемки грунта.
Таким же способом могут выполняться и подземные сооружения: тоннели, коллекторы, станции метро, хранилища вредных отходов и пр.