Что означает «стена в грунте»
Стена в грунте – это специальная технология устройства монолитной подземной стены непосредственно в грунте, без разработки открытого котлована. Сущность метода «стена в грунте» заключается в поэтапной разработке узкой траншеи требуемой глубины с последующей заливкой ее бетоном. В результате получается конструкция, способная выдерживать давление окружающего грунта и воды. Иными словами, возводится водонепроницаемая стенка, удерживающая грунт и подземные воды от обрушения в котлован. Такая монолитная железобетонная перегородка часто называется диафрагменной стеной (перевод от англ. diaphragm wall). По своей сути стена в грунте, как ограждающая конструкция заглубленного сооружения, предназначена для укрепления стен котлована и одновременной защиты от фильтрации грунтовых вод.
Согласно нормативам, различают ограждающую стену в грунте и несущую стену в грунте. Ограждающая стена в грунте используется только как временное крепление котлована на период строительства. Несущая же стена в грунте становится частью постоянной конструкции – например, зовется фундаментной стеной подземного этажа и воспринимает нагрузку как несущая конструкция здания. В отечественных стандартах (СП 45.13330.2017 и ГОСТ Р 58033–2017) метод «стена в грунте» классифицируется как способ возведения ограждающих конструкций глубокого заложения. Проще говоря, понятие «стена в грунте» означает технологию сооружения подземной стены в естественном грунте до начала раскопок основного котлована.
Область применения и назначение метода
Метод «стена в грунте» получил широкое применение в современном строительстве благодаря эффективности решения сразу двух задач: удержание грунта (крепление стенок глубокого котлована) и противофильтрационная завеса от подземных вод. Данный способ позволяет возводить подземные части сооружений там, где невозможно использовать традиционные открытые котлованы. Ниже перечислены основные случаи, для чего нужна стена в грунте и когда ее применение наиболее целесообразно:
- Глубокие котлованы и сооружения глубокого заложения. Метод «стена в грунте» целесообразно применять в следующих случаях, когда требуется разработка котлована значительной глубины (5 метров и более, вплоть до десятков метров). Традиционные крепления или шпунтовое ограждение на больших глубинах малоэффективны, тогда как ограждение котлована стеной в грунте может быть опущено на глубину 20–60 м и более. Такой способ часто применяют при возведении сооружений глубокого заложения – подземных парковок, технических подпольев, метро, тоннелей и других подземных конструкций.
- Гидроизоляция и высокий уровень грунтовых вод. Стена, выполняемая методом траншейного бетонирования, формирует сплошную монолитную ограждающую стенку в грунте, практически непроницаемую для воды. Поэтому технологию применяют, когда необходимо защищать котлован от попадания грунтовых вод либо устроить противофильтрационную завесу (например, вокруг насосных станций, плотин, подземных хранилищ). В проектах гидротехнического строительства такая стена в грунте используется как экран, снижающий приток воды в выемку.
- Стесненные условия городской застройки. В условиях плотной городской застройки метод позволяет выполнять работы без опасного воздействия на соседние здания. Возведение сооружений глубокого заложения методом «стена в грунте» особенно выгодно на ограниченных площадках, где нет места для откоса и требуется вертикальное ограждение. Отсутствие вибраций (как при забивке шпунта) и сравнительно низкий уровень шума делает данный процесс более безопасным для окружающих построек.
- Фундаменты и подземные сооружения особых типов. Нередко фундаменты типа «стена в грунте» закладываются при строительстве высотных зданий и сооружений с несколькими подземными этажами. Метод позволяет сразу создать несущий наружный контур подземной части здания. Монтаж подземной части здания методом «стена в грунте» экономит время и материалы, поскольку та же конструкция служит и временным ограждением котлована, и частью постоянного фундамента. В промышленном и транспортном строительстве стену в грунте используют при устройстве подземных галерей, шахтных стволов, входов на станции метро, опор мостов и т.д. Также метод применяют при реконструкции: стеной в грунте можно усилить существующие сооружения, заглубить подвалы и пр.
Следует отметить, что технологию «стена в грунте» нельзя сооружать при определенных геологических условиях. Так, технология траншейного бетонирования неприемлема в некоторых грунтах: например, в текучих илистых грунтах, в рыхлых насыпных грунтах, а также в крупнообломочных (валунных) грунтах, где стенки траншеи не удерживаются и применение бентонитовой суспензии затруднено. В подобных случаях стену в грунте произвести технически сложно и небезопасно. Также метод не применяется при сплошном скальном грунте, где рыть узкую траншею экономически нецелесообразно. В перечисленных ситуациях применяются иные способы крепления выемок (например, сваи или шпунт), либо предварительно улучшают грунт. В целом же метод «стена в грунте» целесообразно применять в вышеописанных случаях, когда требуется надежное ограждение глубокой выемки с возможностью выполнить подземную конструкцию одновременно с разработкой котлована.
Виды и технологии устройства стены в грунте
За время развития метода сформировались несколько вариантов технологии строительства стены в грунте. Основная классификация – «мокрый» и «сухой» способы возведения стены. Мокрый способ предусматривает использование бентонитового раствора: стенки траншеи удерживаются специальной глинистой тиксотропной суспензией. Данный метод универсальный и применяется практически во всех случаях, кроме перечисленных ограничений. Сухой способ строительства стены – частный случай технологии, когда гидросуппорт не требуется. Стену в грунте сухим способом возводят в устойчивых грунтах (например, плотных глинах), способных недолгое время держать вертикальные стенки траншеи без обрушения. В этом случае работу ведут поэтапно небольшими захватками, сразу заполняя вырытые участки бетоном, либо используют предварительное крепление стенок узкой опалубкой (так называемая “форшахта”). Основа стены в грунте при любом способе едина: это монолитная железобетонная полоса в грунте заданной толщины и конфигурации, выполняющая роль подпорной и защитной конструкции.
Кроме монолитной траншейной технологии, к методам “стена в грунте” иногда относят свайные решения. Свайная технология строительства подразумевает выполнение сплошной стены из пересекающихся буровых свай. Например, бурят рядом ряд скважин, заполняют их бетоном и армируют; при смещении центров скважин так, чтобы сваи заходили друг на друга, формируется сплошная стенка (так называемые буросекущиеся сваи). Такие сооружения, возводимые способом стена в грунте на основе свай, часто используют там, где применение бентонита затруднено. Однако свайная стена обычно уступает классической монолитной “стене в грунте” по водонепроницаемости и геометрической сплошности. Выбор варианта технологии стены в грунте делается на стадии проекта исходя из геологии и задач проекта.
Проектирование и расчет стены в грунте
Перед началом работ выполняется проект стены в грунте – комплекс инженерно-геологических и расчетных обоснований, чертежей и техдокументации. Специалисты-проектировщики определяют необходимые параметры стены: толщину сечения, глубину заложения, марки бетона и арматуры, шаг установки диафрагм (захваток), потребность во временных распорках или анкерах и т.д. Как посчитать стену в грунте с точки зрения прочности и устойчивости? Для этого выполняют инженерный расчет по специализированным методикам: рассчитывают глубину заделки стены в грунт, достаточную для общей устойчивости, а также внутренние усилия в теле стены от давления грунта и воды. Далее подбирают сечения и класс арматуры, проверяют прогибы и прочность по нормативным коэффициентам. Расчет несущей стены в грунте ведется согласно требованиям СП и СНиП по фундаментам (например, СП 22.13330) с учетом коэффициентов надежности, а также рекомендациям зарубежных норм (например, DIN 4126 для траншейных стен). План стены в грунте отражается на генеральном плане проекта – в чертежах показывается расположение стены, разбивка на секции-захватки, расположение стыков и технологических проемов (если требуются). В составе рабочей документации разрабатываются и чертежи стены в грунте: поперечные сечения с профилем стены, узлы примыкания к перекрытиям, схема армирования, а также схема устройства стены в грунте (технологическая последовательность работ).
Проект организации строительства обычно включает технологическую карту на устройство стены в грунте. В этой тех. карте описываются все этапы процесса, указывается нужная техника, материалы, меры контроля качества и безопасности. Отдельно составляется сметная документация: расценка в смете на стену в грунте зависит от объема монолитного железобетона, глубины погружения и сложности работ. Сметные нормы предусматривают отдельную статью на устройство стены в грунте (в сборниках ГЭСН и ФЕР существуют соответствующие расценки на 1 м³ конструкции и погонный метр траншеи). Таким образом, проектирование охватывает как техническое описание технологии строительства стены в грунте, так и экономическую оценку. Грамотно выполненный проект гарантирует, что работы будут выполнены безопасно, а готовая конструкция приобретет требуемые свойства (прочность, водонепроницаемость, долговечность).
Технология производства работ методом «стена в грунте»: этапы выполнения
Как правило, работы по устройству стены в грунте выполняются в следующей последовательности (порядок устройства может незначительно меняться в зависимости от условий):
- Подготовка и разбивка осей. На площадке выполняют планировочные работы и разбивку трассы будущей стены. Ось стены в грунте намечают в соответствии с проектным планом. Для обеспечения ровности конструкции сначала устраиваются направляющие элементы – обычно это две параллельные железобетонные полосы по обеим сторонам будущей траншеи (называемые направляющие стенки или «форшахта»). Эти небольшие бортики задают точное положение и толщину стены, а также предотвращают обрушение верхних кромок траншеи. До начала грунтовых работ утверждается проект производства работ, включающий технологическую карту, где расписана последовательность и меры безопасности при выполнении стены в грунте.
- Разработка траншеи (рытье захваток). Основной процесс «стена в грунте» – это отрывка узкой траншеи требуемой глубины. Раскопку ведут отдельными участками-захватками длиной, как правило, 3–6 метров (чтобы успеть залить их до схватывания бетона соседних участков). Траншею разрабатывают при помощи специальной техники: применяют либо грейферный экскаватор (двухчелюстной ковш для выемки грунта из узкой щели), либо гидрофрезу – буровое фрезерное устройство, способное углублять траншею до десятков метров. Чтобы стенки глубокой выемки не обрушились, в траншею одновременно нагнетают бентонитовый раствор. Глинистая тиксотропная суспензия заполняет полость по мере выемки грунта и удерживает стенки вертикальными. В итоге захватка представляет собой заполненный бентонитовой жидкостью узкий шурф требуемой глубины и ширины (обычно толщина стены 0,4–1,0 м).
- Установка армирующего каркаса. После того как захватка вырыта до проектной глубины, в траншею опускают заранее связанный армокаркас. Арматурный каркас выполняется из стальных стержней по расчетной схеме (обычно это сетки или пространственные каркасы, обеспечивающие равное армирование по всей толщине стены). Опускание арматуры производится краном или лебедкой, при этом сохраняется уровень бентонитового раствора – он поддерживает стенки до начала бетонирования. Каркас может состоять из нескольких сегментов по высоте, соединяемых внахлест или с помощью муфт. Правильный монтаж арматуры критически важен, если планируется стена в грунте как несущая конструкция, поскольку от этого зависит прочность и несущая способность готовой стены.
- Бетонирование. Завершающий этап каждой захватки – заполнение траншеи бетонной смесью. Заливка стены в грунте производится методом вертикального подъема бетонной смеси (“треми”): в нижнюю часть траншеи опускают трубу, через которую подается тяжелый бетон. По мере бетонирования трубу постепенно вытягивают вверх. Бетонная смесь вытесняет из траншеи бентонитовую суспензию (глиняный раствор откачивается с поверхности и циркулирует в систему для очистки и повторного использования). После заполнения захватки бетоном ее оставляют для твердения. Аналогичным образом возводят соседние захватки стены – технология может предполагать устройство сначала через один (чередуя секции), с последующей заливкой пропущенных промежутков, либо сразу смежными панелями, если используются разделительные элементы (специальные съемные шайбы, трубы на краях захватки, формирующие замковый стык). В итоге через 28 суток происходит набор полной прочности бетона, и в грунте образуется монолитная железобетонная полоса заданной конфигурации.
После набора прочности бетона можно приступать к выборке грунта изнутри огражденного контура (разработка основного котлована). При отрывке котлована выполнение стены в грунте уже завершено, и она работает как подпорная стенка, держа грунт по периферии котлована. Если котлован широкий, для компенсации бокового давления могут устанавливаться распорки или анкерные тяги между противоположными стенами (эти элементы закладываются в проект при расчете, исходя из ширины котлована и глубины). В случае использования стены в грунте в качестве постоянной конструкции, перед бетонированием в тело стены могут закладываться закладные детали (например, выпуски арматуры для связи с перекрытием, отверстия под коммуникации и т.п.). После выемки грунта выполняется заделка стены в грунте – очистка и выравнивание внутренней поверхности, заделывание швов между захватками, устранение дефектов бетона. При необходимости на внутреннюю поверхность наносится дополнительная гидроизоляция. Готовая ограждающая стена в грунте либо остается как часть фундамента (если она несущая), либо выполняет временную функцию и впоследствии может быть частично демонтирована в верхней части (например, срезается до уровня плиты перекрытия). В большинстве случаев железобетонная стена в грунте остается в земле на весь срок существования сооружения, обеспечивая долговечную поддержку грунта и защиту подземной конструкции.
Преимущества метода «стена в грунте»
Метод траншейного бетонирования обладает рядом существенных преимуществ, выгодно отличающих его от альтернативных способов крепления котлованов (шпунтовое ограждение, буронабивные сваи и др.). Основные достоинства стены в грунте можно сформулировать так:
- Большая глубина и прочность конструкции. В отличие от большинства временных креплений, стена в грунте может быть заложена на значительную глубину (десятки метров). Толщина монолитной стены (обычно 0,5–1 м) и сплошное армирование обеспечивают высокую прочность и несущую способность. Такая стена выдерживает большое горизонтальное давление грунта и гидростатический напор воды. По результатам испытаний, правильно выполненная стена в грунте обладает водонепроницаемостью не хуже, чем у бетона марки W6–W8, то есть практически не пропускает воду.
- Единовременное решение нескольких задач. Технология устройства фундаментов и конструкций способом «стена в грунте» позволяет совместить функции временного ограждения котлована и постоянной конструкции. Стена может сразу служить наружной стеной подземного этажа здания или туннеля, воспринимая нагрузку от перекрытий. Это уменьшает объем последующих работ (нет необходимости возводить отдельные фундаментные стены внутри котлована) и ускоряет строительство.
- Минимальное воздействие на окружающую среду. Процесс устройства стены в грунте происходит без динамических ударных нагрузок – траншея выкапывается плавно грейфером или фрезой, что снижает вибрации и шум на строительной площадке. Это важно при работах вблизи существующих зданий и коммуникаций. Кроме того, отсутствие необходимости в откосах котлована означает меньший объем земляных работ и вывозимого грунта. Площадка строительства остается компактной, что ценно в стесненных условиях.
- Скорость и экономичность при больших объемах. При возведении протяженных и глубоких стен метод может быть более выгодным в сравнении с поэтапной установкой множества свай или свайных рядов. Специальное оборудование (грейферные экскаваторы, насосные станции для бетонной смеси) обеспечивает достаточно высокую скорость разработки траншеи и бетонирования. Отказ от устройства опалубки и временного крепления траншеи также экономит время и материалы. В итоге технология возведения стены в грунте нередко дает экономический выигрыш: например, стоимость несущей монолитной стены-фундамента зачастую ниже, чем суммарные затраты на устройство массивного ленточного фундамента аналогичной протяженности с последующей обратной засыпкой.
- Гибкость конфигураций. Стена в грунте может быть выполнена практически любой конфигурации – прямолинейной, ломаной, круглой (в виде замкнутого контура). Это позволяет огибать коммуникации, вписываться в черту застройки, формировать герметичные «коробки» для подземных сооружений сложной формы. Также методом стена в грунте возможно устраивать внутренние переборки (разделительные стены) внутри котлована, создавать шахты или колодцы. Такая гибкость делает метод универсальным для разных проектов.
Конечно, у метода есть и ограничения (о них упоминалось выше – тяжелые грунтовые условия, скальные включения, плывуны и т.п.). В обычных ситуациях преимущества стены в грунте перевешивают: она обеспечивает максимально надежное укрепление котлована и служит основанием под сооружение при относительно коротких сроках и оправданных затратах.
Устройство стены в грунте методом струйной цементации (Jet Grouting)
Метод классической стены в грунте, описанный выше, требует определенных геологических условий (устойчивость стенок траншеи) и применения громоздкого оборудования. Однако существует современный вариант технологии – стена в грунте методом струйной цементации, известный как Jet Grouting. В этом случае монолитная стена формируется не путем выемки грунта и заливки бетоном, а при помощи струйного закрепления грунта на месте. Специальные буровые установки вводят в грунт нагнетательные сопла, через которые под огромным давлением (до 400 атм) впрыскивается цементный раствор. Струя разрушает структуру грунта и смешивается с ним, создавая сплошной массив «грунтобетона». Посредством Jet Grouting можно создавать колонны и панели произвольной толщины и геометрии, фактически выполняя аналог стены в грунте без рытья траншеи.
Компания «Геобилдинг» предлагает профессиональное выполнение работ по технологии Jet Grouting. Наши инженеры имеют многолетний опыт укрепления котлованов стеной в грунте с применением метода струйной цементации. Мы разрабатываем проект и техкарту на стену в грунте под конкретный объект, подбираем оптимальные параметры струйной цементации и состав смеси. Процесс «стена в грунте» в исполнении компании «Геобилдинг» позволяет возводить надежные подземные сооружения даже в сложных грунтах, где классический метод траншейной стены затруднен или невозможен (например, в рыхлых и обводненных грунтах). Мы выполняем полный комплекс работ – от обследования грунтов и расчета стены до устройства конструкции «под ключ». Использование передовой технологии Jet Grouting обеспечивает высокую прочность и водонепроницаемость стены, минимизируя риски просадок и обрушений. Обращаясь в «Геобилдинг», вы получаете современное инженерное решение: возведение подземных сооружений методом «стена в грунте» с гарантией качества, в сжатые сроки и в сложных геологических условиях.