Для того, чтобы вырыть котлован под возведение сооружения в условиях современного мегаполиса, где наблюдается дефицит свободного пространства, необходимо внедрять новейшие технологии, позволяющие сохранить окружающие строения в целостности. Одним из таких инноваций является строительство по методу up-down, что означает «сверху-вниз».
Последовательность проектирования подземного строительного объекта
- Разрабатываются поэтажные планы здания в зависимости от его назначения.
- Подбирается наименее затратный метод строительства. При этом принимается во внимание глубина котлована, геологические и грунтовые факторы.
- Продумывается гидроизоляция сооружения.
- Производится вычисление давления почвы и нагрузок внутри будущего объекта.
- Устанавливаются и рассчитываются параметры внутренних конструкций.
- Подбирается метод крепежа несущих конструкций котлована и производится расчет.
Top Down Method
Какие методы используются при подземном строительстве?
Строительство подземных сооружений происходит либо с поверхности, либо под землей. По этому принципу делятся и методы постройки таких объектов.
С поверхности земли здания строят способами:
- «Стена в грунте». При возведении данным методом удаляется почва только по периметру объекта. На этом месте возводятся стены. Затем убирается остальная земля внутри будущего сооружения.
- Котлованным, при котором внутри выкопанного котлована строится здание с применением самых обычных способов. При этом не возникает каких-либо серьезных проблем с бетонированием или установкой гидроизоляции. По окончании работ сверху насыпается грунт.
- Метод котлована имеет ограничение по глубине закладки. Углубить сооружение более чем на семь метров при данном способе не получится. Это связано с потребностью в резервировании большого пространства вокруг объекта строительства.
Особенности метода up-down
При его использовании метода up-down происходит строительство нулевых циклов в направлении сверху вниз. Это позволяет уменьшить срок работ. Стены можно возводить без заблаговременного удаления почвы на всю глубину. За счет того, что внутреннее устройство здания происходит под защитой ранее возведенных перекрытий, новое строительство практически не производит негативного влияния на рядом стоящие постройки. Метод up-down является предшественником способа top-down, при котором возведение объекта происходит сразу в двух направлениях — вверх и вниз.
Возведение сооружений по способу up-down происходит в соответствии со следующими этапами.
- Установка ограждающей конструкции. Для сооружения крепления стен котлована наилучшим выбором станет метод «стена в грунте» с поверхности земли, при котором подземные воды не будут проникать в котлован. Другим вариантом ограждения может быть установка буросекущихся свай.
- Затем поочередно возводятся перекрытия методом бетонирования, которые послужат распорками на время проведения работ.
- Установка буровых колонн для создания опор перекрытий, которые будут служить на постоянной основе части здания, находящейся под землей. Эти опоры могут также быть временными.
- С помощью специальной техники удаляется грунт через отверстия в плитах после того, как упрочнится бетон, который использовался для возведения перекрытий.
- Установка плиты в качестве фундамента.
В российских условиях способ up-down не получил еще широкого применения, так как он очень затратный и требует применения различной специализированной техники. А на Западе им уже достаточно широко пользуются.
Достоинствами метода являются:
- небольшая площадь строительной площадки;
- вероятность обрушения сводится к нулю благодаря использованию перекрытий в роли распорок;
- минимизируется воздействие на стоящие рядом постройки.
В последние годы применение метода up-down позволило освоить обширные подземные пространства в центрах крупных городов, на территории которых находится множество исторических зданий.
Использование подземного объема является актуальным способом увеличить полезную площадь мегаполисов, в которых плотность наземных строений уже не позволяет возводить новые объекты по традиционной схеме.
Строительство заглубленных сооружений методом вниз с поверхности земли
Способы строительства подземных сооружений «сверху-вниз» и «вверх-вниз» позволяют отказаться от крепления ограждения котлована временными распорными конструкциями или анкерными креплениями, т.к. в качестве распорной системы для ограждения котлована здесь используются междуэтажные перекрытия. Для второго из способов, кроме того, существенно сокращаются сроки строительства.
Эти методы строительства являются наиболее щадящими по отношению к близлежащей существующей застройке, обеспечивая минимальные, по сравнению с другими способами крепления котлованов, осадки существующих зданий и сооружений.
При способе строительства подземных сооружений «сверху-вниз» (полузакрытый способ) могут быть использованы три основных технологических приема, определяющих порядок возведения монолитных железобетонных перекрытий и поярусной разработки грунта под их защитой.
Первый прием базируется на опережающем возведении перекрытий по отношению к поярусной разработке грунта в котловане, при этом бетонирование перекрытий осуществляется безопалубочным методом непосредственно на подготовленном грунтовом основании (рис. 4.5).
Второй прием предполагает опережающую поярусную разработку грунта и последующее возведение перекрытий с помощью инвентарной опалубки, опирающейся на подготовленное грунтовое основание.
Третий прием — комбинированный и сочетает в себе как элементы технологии возведения перекрытий безопалубочным методом, так и с опиранием инвентарной опалубки на подготовленное грунтовое основание (рис. 4.6).
Из трех приемов наиболее эффективен второй, позволяющий существенно снизить трудоемкость, продолжительность процесса и стоимость экскавации котлована.
Разработка грунта в котловане под защитой перекрытий производится малогабаритными экскаваторами и обычными бульдозерами, а выдача грунта — с помощью грейферного экскаватора через монтажные отверстия в перекрытиях.
Особое внимание должно уделяться предварительной подготовке грунтового основания перед бетонированием перекрытия или установкой опалубки, которая может осуществляться песчаной подсыпкой, втрамбовыванием щебня, укладкой слоя низкомарочной бетонной смеси или цементно-песчаного раствора.
Рис. 4.5. Способ строительства подземного сооружения «сверху-вниз»
Разработка грунта на третьем ярусе котлована под защитой перекрытий над 1 — 3 подземными этажами, возведенными безопалубочным методом
Рис. 4.6. Способ строительства подземного сооружения «сверху-вниз» по комбинированной технологии
Параллельное возведение перекрытия над 3-м подземным этажом и разработка грунта на третьем ярусе котлована
Метод строительства «вверх-вниз» предусматривает строительство зданий с несколькими подземными этажами за счет одновременного сооружения этажей вверх и вниз от уровня поверхности земли с устройством ограждения котлована способом «стена в грунте», которое часто служит стеной подземной части здания. Строительство таким методом позволяет сократить общие сроки строительства здания в целом до 30 %.
Строительство по схеме «вверх-вниз» начинается с устройства траншейных «стен в грунте» по периметру сооружения и промежуточных буровых опор (колонн). Траншейные стены и буровые колонны служат опорами будущих конструкций верхнего строения. Далее начинается открытая разработка грунта на первом подземном ярусе и параллельно захватками возводится перекрытие над первым этажом (в уровне земли). При достижении бетоном перекрытия в уровне земли 75 % прочности, на нем в специально усиленной зоне стационарно устанавливается башенный кран. По достижении бетоном перекрытия 100 % прочности начинается возведение конструкций наземных этажей и одновременно ведется строительство второго и последующих подземных этажей по одному из трех технологических приемов, описанных выше.
Методы строительства способами «сверху-вниз» и «вверх-вниз» успешно применены на целом ряде объектов строительства в г. Москве.
Метод TOP DOWN в строительстве
Необходимость возведения зданий в условиях плотной застройки и примыкающих к строительному объекту коммуникаций, стала причиной появления новых технологий. Ещё одним поводом рождения новых технологий стали современные требования к офисным и жилым зданиям. В их проектах предусмотрено наличие подземных парковок, выполненных в нескольких уровнях. В некоторых зданиях их глубина доходит до 36 метров.
Сегодня разработаны строительные технологии, благодаря которым у строителей имеется возможность возведение подземных объектов в сложнейших условиях. Уже построено достаточно большое количество зданий в ограниченном пространстве центральной части городов, подземная часть которых расположена на большой глубине.
Традиционные методы подземного строительства
Если строительство ведётся на открытом пространстве, то особых проблем не возникает. В этом случае, даже при необходимости устройства глубокого котлована, его выполняют открытым способом. При использовании такого способа часто отказываются от укрепления откосов, выполняя их с уклоном около 30°.
Сложности возникают лишь при наличии в районе строительства подземных вод. Тогда приходится использовать специальное оборудование для водопонижения, что увеличивает как время строительства, так и его стоимость. Гораздо чаще при открытом метоле разработки котлованов используют укрепление откосов с помощью шпунтовых свай.
Иногда сваи заменяют старыми трубами, установленными в заранее подготовленные скважины. Для лучшего закрепления грунта между ними монтируют стальные листы или доски. Выполненное ограждение усиливают распорками, изготовленными из труб небольшого диаметра, бывших в употреблении.
После достижения проектной глубины в котловане заливается фундамент, проводятся гидроизоляционные работы. Данный способ давно используется при создании подземных сооружений различных видов, но он не считается особо надёжным. У ограждающей конструкции отсутствует достаточный запас прочности, поэтому при его применении в неустойчивых грунтах возможно возникновение её деформации. Не рекомендуется использование данной технологии и при глубине котлована более 10 метров.
Современная технология подземного строительства «top-down»
Относительно недавно разработанный метод подземного строительства, представленный под названием «top-down», означающим проходку котлована сверху вниз. При использовании данного метода предусмотрена поярусная разработка грунта. Такой способ строительства подземных сооружений позволяет вести работу на ограниченном пространстве, что чрезвычайно важно при «точечной» застройке.
При строительстве подземных сооружений методом «top-down», должны максимально точно соблюдаться технологические нормы. Особое значение уделяется качеству конструкций и материалов, используемых при строительстве, ввиду возможного их контакта с залегающими в месте строительства грунтовыми водами.
Особенности технологии «top-down»
Начинается строительство подземной части сооружения с возведения по его периметру «стены в грунте». Она может быть выполнена в виде монолита, или же быть сборно-монолитной. Конструкция выполняется из бетона, имеющего высокую водонепроницаемость. Начальный этап работы может выполняться двумя способами:
- По периметру будущего сооружения выкапывается траншея, в которую заливается бетон. Затем из внутренней части выбирается грунт на глубину до трёх метров.
- Предварительно выкапывается котлован, стены которого укрепляются шпунтовыми сваями. По готовности первого этапа строительства выполняется заливка монолитного перекрытия, выполняющего сразу две функции – оно становится нулевой верхнего этажа подземного сооружения, а также поддерживает стены котлована.
В монолите оставляют технологические отверстия, через которые после полного застывания бетона из-под него удаляется грунт. Данный этап работы выполняется механизированным способом. Грунт направляется к технологическому отверстию, а затем эскаватором-грейфером поднимается наверх.
После достижения котлованом необходимой глубины стены вновь укрепляются, и заливается следующее перекрытие. При необходимости цикл работ повторяется. Уникальная технология даёт возможность проводить подземные строительные работы на минимальной рабочей площади, что чрезвычайно важно в современных мегаполисах.
Особым преимуществом технологии «top-down», является возможность одновременно с выполнением подземных работ выполнять возведение основной, наземной части здания. Проведённые исследования зданий, уже построенных данным методом, утверждают, что влияние строительства на постройки, находящиеся рядом, минимальное.
Метод «top-down» является усовершенствованным вариантом технологии «up-down», чаще всего используемой в транспортном строительстве. Эта технология не предусматривает продолжения в виде наземного сооружения. Поэтому её обычно используют при строительстве подземных парковок, возводящихся при сохранении движения автотранспорта.
В ходе проведения строительных работ при устройстве плит перекрытия используются временные опорные конструкции. После возведения проектных стен и колонн и соединения их с перекрытиями, временные конструкции удаляются. Этот этап в технологии «up-down» особенно важен, так как нагрузка от верхних строений без ущерба для их прочности должна быть перенесена с временных на постоянные опорные конструкции.
В современных городах использование новейших технологий производства подземных работ часто является единственным способом возведения новых объектов. Плотность застройки не даёт возможности строительства традиционными способами. Это и является фактором, определяющим выбор прогрессивных методов, использование которых позволяет расширить городское пространство. Территория города используется более эффективно за счёт появления подземных уровней.
Полузакрытый способ строительства глубоких котлованов
Роль распорных конструкций в данной технологии выполняют перекрытия, а также возможно устройство плиты «jet-grouting» по дну котлована.
Различают два основных метода строительства:
- «top-down» (сверху — вниз) (см. рис.1);
- «up-down» (вверх-вниз) (см. рис.2).
Возведение по методу «top-down» (сверху-вниз) осуществляется по следующим основным этапам:
- Устройство ограждения котлована и постоянных или временных (демонтируемых после строительства) опор поддерживающих перекрытия.
- Разработка грунта ведется с поверхности земли и до необходимой отметки экскавации.
- Устраивается фундамент здания, демонтируются временные опоры и возводится надземная часть.
Рис. 1. Технологии строительства «top-down»: 1 – ограждение котлована, 2 – временная опора, 3 — перекрытия
Возведение по методу «up-down» (вверх-вниз) осуществляется для подземной части здания или сооружения, как и в технологии «top-down» (сверху — вниз), но разработка грунта ведется с одновременным возведением надземной части здания или сооружения на постоянных опорах и в необходимых случаях на дополнительных временных опорах.
Рис. 2. Технологии строительства «up-down»: 1 – ограждение котлована, 2 – временная опора, 3 — перекрытия
Ограждения котлована выполняют чаще всего по способу «стена в грунте», но также возможно применение шпунтового ограждения. Устройство ограждения осуществляют обычными методами по соответствующим технологиям для данных видов ограждений.
Разработка грунта и устройство перекрытий ведется с использованием трех основных методов:
- Опережающее возведение перекрытий с последующей поярусной разработкой грунта в котловане, причем бетонирование перекрытия осуществляется безопалубочным методом по подготовленному грунтовому основанию.
- Опережающая поярусная разработка грунта в котловане с последующим устройством перекрытий с помощью инвентарной опалубки, опирающейся на подготовленное грунтовое основание.
- Комбинированный метод – сочетающий первые два метода.
Опережающее возведение перекрытий с последующей разработкой грунта состоит из следующих основных этапов:
- Подготовка грунтового основания:
- укладка уплотненной песчаной подсыпки;
- устройство бетонной подготовки с выравниванием цементно-песчаным раствором.
- Укладка полиэтиленовой пленки (исключение адгезии с бетонной подготовкой).
- Армирование перекрытия.
- Бетонирование перекрытия.
- Разработка грунта на следующий ярус под перекрытием после набора требуемой прочности бетона.
- Подготовка грунтового основания для устройства следующего перекрытия.
Опережающая разработка грунта с последующим устройством перекрытий состоит из следующих основных этапов:
- Разработка грунта на ярус.
- Подготовка основания под установку стоек опалубки
- уплотнение грунта с втрамбовкой в грунт щебня;
- укладка деревянных лежней на щебень.
- Установка стоек на лежни и устройство инвентарной опалубки.
- Армирование перекрытия.
- Бетонирование перекрытия.
- Разборка опалубки перекрытия после набора требуемой прочности бетона.
- Разработка грунта на следующий ярус.
Опережающее возведение перекрытий с последующей поярусной разработкой грунта в котловане имеет большую трудоемкость, но позволяет уменьшить горизонтальные усилия на ограждение при строительстве, что приводит к экономии материала ограждения котлована. В свою очередь опережающая разработка грунта с последующим устройством перекрытий менее трудоемка, но при этом возникают большие горизонтальные усилия в ограждении. Поэтому при строительстве можно комбинировать эти методы (на основании технико-экономического сравнения): верхние перекрытия устраивают по второму методу (с опережающей разработкой грунта), а нижние по первому (с опережающим возведением перекрытий).
Источник: altai-green.ru
Опыт использования метода «up-down» при строительстве подземной и надземной части здания
В условиях плотной городской застройки, а также дефицита свободных участков подземное строительство приобретает особую актуальность. Однако местная специфика и гидрогеологические условия делают задачу возведения подземных объектов очень непростой.
Это стимулирует инженеров использовать новые методы, которые обеспечивают безопасную эксплуатацию окружающей застройки, позволяют проводить подземные работы практически на любой глубине даже в самых сложных инженерных и геологических условиях. Одним из таких является метод «up-down», или «вверх-вниз». Такой способ позволяет на нулевой отметке выполнить перекрытие и продолжить строительство одновременно как вверх, так и вниз. Данная технология является актуальной в современных условиях строительства, так как позволяет возводить здания с меньшим задействованием близлежащих территорий. В статье описан принцип метода «up-down» и представлен порядок производства работ, рассмотрены основные преимущества и недостатки данного метода, приведены результаты геотехнического мониторинга окружающей застройки.
С.С. ЗУЕВ 1 , зам. ген. директора ( Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. )
О.А. МАКОВЕЦКИЙ 2 , канд. техн. наук
1 ОАО «Нью Граунд» (614081, г. Пермь, ул. Кронштадтская, 35)
2 Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614019, г. Пермь, Комсомольский пр., 29)
1. Абелев М.Ю., Красновский Б.М. Особенности технологии проведения работ по устройству фундаментов. М.: 1980. 45 с.
2. Абелев М.Ю. Деформации сооружений в сложных инженерно-геологических условиях. М.: ЦМИПКС при МИСИ им. В.В. Куйбышева, 1982. 290 c.
3. Строительство зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях / Под ред. М.Ю. Абелева. М.: Стройиздат, 1986. 104 с.
4. Катценбах Р., Шмитт А., Рамм Х. Основные принципы проектирования и мониторинга высотных зданий Франкфурта-на-Майне. Случаи из практики // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2005. № 9. C. 80–99.
5. Конюхов Д.С. Строительство городских подземных сооружений мелкого заложения. М.: Архитектура, 2005. 298 с.
6. Маковецкий О.А., Цыдвинцева М.С., Маковецкая К.О. Устройство конструкций подземной части административного здания в г. Перми // Вестник ВолгГАСУ. Строительство и архитектура. 2008. № 10 (63). С. 143–147.
7. Chang-Yu Ou. Deep Excavations. Theory and Practice. London: Taylor https://journal-hc.ru/index.php/ru/zhurnaly/2019/vse-stati-za-2019/opyt-ispolzovaniya-metoda-up-down-pri-stroitelstve-podzemnoj-i-nadzemnoj-chasti-zdaniya» target=»_blank»]journal-hc.ru[/mask_link]