CC BY
53УДК 624.1
РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОГО МНОГОЭТАЖНОГО КАРКАСНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ПО МЕТОДУ «СВЕРХУ-ВНИЗ» СО СТАЛЕБЕТОННЫМИ СВАЯМИ-КОЛОННАМИ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ
Шаленный В.Т.
Крымский Федеральный университет им. В.И. Вернадского, Академия строительства и архитектуры 295943 г. Симферополь, ул. Киевская, 181, e-mail: [email protected]
Аннотация. Представлена усовершенствованная технология устройства сборно--монолитных буро инъекционных свай, состоящих из опорной сталежелезобетонной и фундаментной железобетонной частей. Сваи-колонны проектируются под большие нагрузки от многоэтажного подземного каркаса, возводимого по методу «сверху - вниз». Для облегчения очистки поверхности опорной части от затвердевшего тощего бетона предложено покрывать ее материалом, обладающего минимальным сцеплением, например, винипластом. Показаны преимущества, области рационального применения и пути дальнейшего развития инноваций.
Ключевые слова: свая-колонна, метод «сверху-вниз», многоэтажный каркас подземной части.
ВВЕДЕНИЕ
В современных уровнях плотной городской застройки с дефицитом свободных площадок, особенно в центральной части крупных городов, и прежде всего, парковочных мест для автотранспорта, максимально возможное и эффективное освоение подземного пространствa приобретает отобую актуальность. Однако часто геологические и гидрогеологические условия делaют задачу возведения для этих целей многоэтажных подземных каркасных
железобетонных объектов довольно ложной. Это дает очевидный толчок для использования инновационных технологий, которые могут обеспечить безопасность при строительстве, безопасную эксплуатацию окружающих зданий и сооружений, a также дает возможность вести подземные работы практически в любых условиях и на любой глубине. При этом важной проблемой возведения нулевых циклов в условиях городской застройки является объяснимое желание заказчика использовать всю отведенную территорию под строительство для размещения подземной части здания, и, как следствие, отсутствие территории строительной площадки в традиционном представлении (с дорогами, площадками складирования, бытовым городком и т.п.).
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
К одной из таких технологий, реализующих понятные показанные желания заказчика, следует отнести метод «сверху-вниз». Технология «сверху-вниз» сначала нашла широкое применение за рубежом, в частности, в Европе [1, 2] и Америке. Это связано с тем, что данный способ позволяет одновременно вести работы по устройству подземной и наземной частей зданий, что соответственно ускоряет сроки окупаемости инвестиций. Данная технология уже нашла свое место и в России. Например, в 2002 году по
технологии «сверху-вниз» был построен многофункциональный комплекс «Арабат-Центр», комплекс «Царев-сад» в Москве (рис. 1), а технологию теперь иногда называют уже и «московской» [3].
Суть ставшей уже традиционной технологии сверху-вниз заключается в следующем. Вначале, по периметру будущего здания, устраивается монолитная или сборно-монолитная стена в грунте [4]. Одновременно со стеной в грунте, или с небольшой сдвижкой во времени, устраиваются сваи-колонны, специально разработанной конструкции. Ведь реализация такого крупномасштабного проекта, как "Царев сад", была бы невозможна без использования новой конструкции и технологии возведения буровых колонн, специально разработанных для этого объекта. Для того, чтобы подчеркнуть принципиальные отличия примененного решения от широко известных буро инъекционных свай, введен в употребление термин "буровые колонны" [6-10]. Никаких ограничений по опережающему строительству надземных частей зданий над подземными реализуемый проект не предусматривал. Учитывалось, что чем быстрее растут надземные этажи, тем больше пригруз котлована и ниже величина деформаций окружающего грунтового массива и возводимых конструкций. С дневной поверхности стройплощадки, с высокой точностью, возведены 225 буровых колонн длиной по 26,5 м в качестве постоянных несущих конструкций, не требовавших по замыслу проектировщиков, никакого последующего усиления или доработки.
Процесс изготовления железобетонной сваи-колонны предусматривает предварительное образование в грунте вертикальной скважины, причем разработку грунта осуществляют обычно под давлением глиняного раствора в обсадной трубе. После образования скважины проектной глубины в нее погружают нижнюю часть арматурного каркаса, соединенного нахлесточными
сварными соединениями с не извлекаемой трубой-опалубкой, в которой жестко закреплен арматурный каркас с закладными деталями верхней опорной части железобетонной сваи-колонны. Далее производят заполнение скважины бетонной смесью
по методу подводного бетонирования, когда более тяжелая бетонная смесь вытесняет более легкий глиняный раствор и, далее, твердением бетона, получают готовую железобетонную сваю-колонну.
Рис. 1. Организация строительства многофункционального комплекса «Царев сад» в Москве. Завершение разработки грунта на 4-м ярусе котлована под защитой перекрытий над -1-м, -2-м и -3-м этажами. Параллельное возведение фундаментной плиты и конструкции +6-го этажа надземной части
Fig. 1. Organization of construction of a multifunctional complex "Tsarev Sad" in Moscow. Completion of soil development on the 4th tier of the excavation under the protection of floors over the 1st, 2nd, and 3rd floors. Parallel construction of the base
plate and structure + 6th floor aboveground part
Далее приступают к устройству перекрытий с разработкой котлована. Вначале производится бетонирование перекрытия верхнего этажа подземной части каркаса. Затем, после набора прочности перекрытием, приступают к разработке котлована на один этаж. Котлован разрабатывается через технологические проемы, на месте которых по проекту планируются пандусы, лестничные клетки или лифтовые шахты. После разработки грунта на один этаж снова производится бетонирование следующего перекрытия, и далее процесс повторяется необходимое количество раз. После бетонирования последнего перекрытия
разрабатывается грунт и устраивается проектная фундаментная плита.
Как показала уже имеющаяся практика устройства подобных конструкций, по нашему мнению, одним из недостатков технологии является затрудненное последующее обнажение верхней опорной части колонны. Это происходит из-за того, что наблюдается естественное сцепление уже набравшего прочность и схватившегося с
поверхностью не извлекаемой стальной конструкции, пусть и тощего, в верхней части скважины, бетона, полученного нагнетанием смеси под давлением из бетонолитной трубы (рис. 2).
ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
Цель исследования и разработки -совершенствование конструкции сваи-колонны для облегчения очистки ее верхней, колонной части, в процессе последующей разработки грунта подземной части многоэтажного каркасного сооружения. Для достижения поставленной цели предусматривалось решение задач по анализу состояния вопроса, определению направлений изысканий и создание усовершенствованной конструктивно-технологической схемы по инновационному устройству вертикального несущего элемента этого сооружения.
представляет собой сборно-монолитную систему, как показано на рис. 3.
Рис. 2. Застывший на поверхности опорной части сваи-колонны бетон, требующий дополнительных затрат для его удаления и производства последующих отделочных работ Fig. 2. Concrete hardened on the surface of the pile-column bearing, requiring additional costs for its removal and subsequent finishing works
МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Техническим результатом предложенного совершенствования конструкции является облегчение очистки поверхности верхней опорной части железобетонной сваи-колонны после бетонирования, набора прочности и последующей отрывки грунта, что оказывает влияние на затраты ресурсов и сокращение сроков строительства всего объекта. Указанный технический результат достигается тем, что железобетонная свая-колонна в виде не извлекаемой трубы-опалубки дополнительно содержит слой материала с низким сцеплением с бетоном при его твердении, расположенный на верхней опорной части, причем этот слой материала преимущественно выполнен из полимера, например, винипласта.
Для облегчения очистки поверхности опорной части сваи-колонны после бетонирования и последующей разработки грунта предлагается на трубу-опалубку установить съемную полимерную оболочку преимущественно в виде трубы из винипласта, практически не имеющую сцепления с бетонной смесью при ее твердении, т.е. адгезии к бетону. Для облегчения снятия полимерной оболочки и возможностью повторного ее использования, как вариант, предлагается эту трубу выполнить разъемной из нескольких частей. В дальнейшем, после разработки котлована вокруг верхней опорной части железобетонной сваи-колонны, съемную полимерную оболочку удаляют и получают готовую чистую поверхность трубы-опалубки. К ней по мере разработки грунта, или после выемки всего проектного объема грунта, пристраивают горизонтальные несущие
конструкции перекрытий подземных этажей.
Следовательно, процесс изготовления железобетонной сваи-колонны предусматривает предварительное образование в грунте вертикальной скважины с кондуктором в ее устье, а сама свая
Рис. 3. Предложенная усовершенствованная конструкция
железобетонной сваи-колонны: I - опорная часть; II -фундаментная часть; 1 - арматурный каркас; 2 - зонтик -ограничитель; 3 - съемная полимерная оболочка; 4 -колонна трубобетонного каркаса; 5 - бетонная смесь
Fig. 3. The proposed improved design of reinforced concrete piles, columns: I - the supporting part; II - the fundamental part; 1 - reinforcement cage; 2 - umbrella - limiter; 3 -removable polymer shell; 4 - column of pipe frame; 5 -concrete mix
Забетонированная железобетонная свая -колонна состоит из верхней опорной части I и нижней фундаментной части II, внутри которых находится общий вертикальный арматурный каркас, а вся скважина для будущей сваи заполнена бетоном. От смещения в процессе бетонирования и набора прочности каркас удерживается ограничителями в теле сваи и кондуктором в
верхней, трубной ее части. Согласно нашим усовершенствованиям, эта трубная часть перед погружением, еще при сборке стального каркаса в заводских условиях или на стройплощадке, покрыта слоем адгезионного к бетонной смеси материала, например, пленкой из полиэтилена или выполнена в виде наружной трубы из винипласта.
Комплексный технологический процесс производства конструкций многоэтажной подземной части объекта представлен на рис. 4. Как отмечалось ранее, предварительно устраиваются ограждающие железобетонные конструкции подземной части будущего сооружения способом стена в грунте, а затем или параллельно со стеной, с дневной поверхности земли, приступают к устройству свай-колонн представленной
усовершенствованной конструкции.
Чтобы не обрушались вертикальные стенки скважины, кроме кондуктора, как и традиционной технологии, предусматривается разработка грунта под давлением глиняного раствора в обсадной трубе. После образования скважины проектной глубины в нее погружают нижнюю часть арматурного каркаса, соединенного нахлесточными сварными соединениями с не извлекаемой трубой-опалубкой, в которой жестко закреплен арматурный каркас с закладными деталями верхней опорной части железобетонной сваи-колонны. Далее производят заполнение скважины бетонной смесью по методу подводного бетонирования, когда более тяжелая бетонная смесь вытесняет более легкий глиняный раствор и, таким образом, твердением бетона, получают готовую железобетонную сваю-колонну (рис. 4).
а) б) в) г)
Рис. 4. Технологический процесс изготовления железобетонной сваи-колонны: а) - устройство скважины в обсадной трубе (условно не показана) под защитой глиняного раствора, б) - погружение и закрепление арматурного каркаса с трубной частью, в) заполнение скважины бетонной смесью по методу вертикально восходящего раствора, г) - разработка грунта и устройство между этажных перекрытий
Fig. 4. The technological process of manufacturing a reinforced concrete pile-column: a) —the device of the well in the casing pipe (conventionally not shown) under the protection of the clay solution; b) —diving and fixing the reinforcement cage with the pipe part; solution, g) - soil development and device between floors
Выполнив таким образом полностью или в пределах захватки, запроектированную часть свайного поля, можно приступать к отрывке котлована вокруг верхней опорной части железобетонной сваи-колонны. В процессе этой работы дополнительный слой материала, обладающий низким сцеплением с бетоном при его твердении, расположенный на верхней колонной
части, удаляют и получают готовую чистовую поверхность трубы-опалубки. К ней до, по мере разработки грунта, или после выемки всего проектного объема грунта, пристраивают горизонтальные конструкции перекрытий. Технология устройства междуэтажных преимущественно монолитных железобетонных перекрытий в данной работе не представлена. Она
может осуществляться как по отработанному «московскому методу», когда «стена в грунте» распирается не распорной системой из массивных металлических конструкций, а инвентарными стальными распорками (фермами, собираемыми на месте из легких металлических элементов) и, образующимися после твердения бетона, дисками перекрытий подземной части возводимого здания или сооружения, так и путем его дальнейшего организационно-технологического и
конструктивно-планировочного совершенствования.
Таким образом, использование предложенной конструкции железобетонной сваи-колонны позволит добиться облегчения очистки поверхности верхней опорной части железобетонной сваи-колонны после
бетонирования, набора прочности и последующей отрывки грунта, а, следовательно, сокращения затрат ресурсов и сроков строительства всего объекта.
ВЫВОДЫ
Выполненная и представленная в данной статье разработка запатентована в Российской Федерации как полезная модель [11]. Она стала составной частью выпускной квалификационной работы магистра С.Ю. Рамазанова, представленной на конференции [12] и анонсированной ранее в статье [13]. Дальнейшее, уже частично выполненное, развитие предложенной технологии предполагает совершенствование организации производства работ по устройству монолитных железобетонных перекрытий подземных этажей с оценкой экономической эффективности комплексного совершенствования и внедрения инноваций в обозначенном направлении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Катиценбах, Р., Дунаевский, Р.А., Муляр, Д.Л., Дьяченко, К.О. Строительство высотных зданий методом «сверху-вниз» («top-down») // Новые технологии в строительстве. 2010. - №2(20). - С.23-28.
2. Заяць, £.1. Особливосп застосування методу будiвництва «вверх-вниз» тд час зведення висотних будiвель // Вюник Придншровсько1 державно1 академи будiвництва та архггектури. -Дншро: ПДАБА, 2017. - № 1. - С. 64-69.
3. Чернышова, А.М. Технология возведения подземной части здания или сооружения «московским методом» / Строительство — формирование среды жизнедеятельности: XXI Международная научная конференция [Электронный ресурс]: сборник материалов семинара «Молодежные инновации» (г. Москва, 25-27 апреля 2018 г.) / М-во образования и науки Росс. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — Электрон. дан. и прогр. (6 Мб). — М.: Издательство МИСИ-МГСУ, 2018. - С.370-372.
4. Верстов, В.В., Гайдо, А.Н., Иванов, Я.В. Технологии устройства ограждений котлованов в условиях городской застройки и акваторий: [учебн. пос.] / Под ред. В.В. Верстова. СПб.: Изд-тво «Лань», 2014. - 368 с.
5. Романенко, Т.Н., Керимов, А.Д., Древетняк, О.И. Современные методы возведения фундаментов сейсмостойких сооружений // Строительство и техногенная безопасность. - 2016.
- №2(54). - С.27-30.
6. Юркевич, П.Б. Буровые колонны - новая реальность // Подземное пространство мира. - 2001.
- №4. - С.12-21.
7. Юркевич, П.Б. Возведение монолитных железобетонных перекрытий при полузакрытом способе строительства подземных сооружений // Подземное пространство мира. - 2002. - №1. -
C.13-22.
8. Пат. №2220258 С1, Российская Федерация, МПК E02D29/00 (2000.01). Способ возведения многоэтажного подземного сооружения (варианты) / С.О. Зеге, И.А. Зеге, Н.С. Зеге. — заявка №2003109468/03. - Заявл. 04.04.2003; опубл. 27.12.2003, Бюл. №36.
9. Пат. № 2229557 C1, Российская Федерация, МПК E02D5/00, 5/38, 5/60, 5/66 (2006.01). Буровая железобетонная колонна и способ ее возведения / П.Б. Юркевич. — заявка №2003116153/03. -Заявл. 02.06.2003; опубл. 27.05.2004, Бюл. №15.
10. Пат. № 2375521 С1, Российская Федерация, МПК E02D5/48 (2006.01). Способ возведения свайного фундамента под большие нагрузки / Г.Д. Богвава, О.Д. Сепашвили. — заявка №2008128064/03. - Заявл. 11.07.2008; опубл. 10.12.2009, Бюл. №34.
11. Пат. № 173169 U1, Российская Федерация, МПК E02D5/38 (2006.01). Железобетонная свая-колонна / В.Т. Шаленный, О.Л. Балакчина, С.Ю. Рамазанов. — заявка № 2017107649. - Заявл. 07.03.2017; опубл. 15.08.2017, Бюл. №23.
12. Рамазанов, С.Ю., Балакчина, О.Л., Шаленный, В.Т. Развитие технологии устройства вертикальных подземных многоэтажных конструкций для возведения сооружений по методу «сверху-вниз». / Сб. тез. участников междун. студ. строительного форума - 2017 «Инновационное развитие строительства и архитектуры: взгляд в будущее». - Симферополь, 15 - 17 ноября 2017г.: ИТ «АРИАЛ», 2017. - С.154 - 156.
13. Шаленный, В.Т. Изыскания и отражение проблем безопасности жизнедеятельности в программе «теория и практика организационно-технологических решений» для подготовки магистров-строителей // Строительство и техногенная безопасность. - 2017. - №7(59). - С.43-49.
REFERENCES
1. Katyenbakh, R., Dunaevsky, R.A., Mulyar,
D.L., Dyachenko, K.O. Construction of high-rise buildings using the "top-down" method // New
technologies in construction. 2010. - №2 (20). - p.23-28.
2. Hare, €.1. Osobennosti zasosuvannya method of budvnitstva "up-down" pid hour zvedennya vysotnich budivel // News of Pridniprovskoe State Academy of Budivnits and architects. - Dnipro: PDBA, 2017. - № 1. - p. 64-69.
3. Chernyshov, A.M. The technology of construction of the underground part of a building or structure by the "Moscow method" / Construction -formation of the living environment: XXI International Scientific Conference [Electronic resource]: collection of materials of the seminar "Youth Innovations" (Moscow, April 25-27, 2018) / M- in education and science Ross. Federation, Nat. researched Mosk. state builds un-t - Electron. Dan. and prog. (6 MB) - M .: Publishing house MISI - MGSU, 2018. - P.370-372.
4. Verstov, V.V., Gaido, A.N., Ivanov, Ya.V. Technologies for pits fencing in urban areas and water areas: [training. pos.] / ed. V.V. Verstova. SPb .: "Lan" publishing house, 2014. - 368 p.
5. Romanenko, T.N., Kerimov, A.D., Dravetnyak, O.I. Modern methods of building foundations of seismic structures // Construction and technological safety. - 2016. - №2 (54). - P.27-30.
6. Yurkevich, P.B. Drilling columns - new reality // Underground space of the world. - 2001. - №4. -C.12-21.
7. Yurkevich, P.B. Construction of monolithic reinforced concrete floors with a half-closed method of construction of underground structures // Underground space of the world. - 2002. - №1. - C.13-22.
8. Pat. No. 2220258 C1, Russian Federation, IPC E02D29 / 00 (2000.01). The method of construction of multi-storey underground structures (options) / SO
Zege, I.A. Zege, N.S. Seeg. - application number 2003109468/03. - Appl. 04/04/2003; publ. 12.27.2003, Byul. No. 36
9. Pat. No. 2229557 C1, Russian Federation, IPC E02D5 / 00, 5/38, 5/60, 5/66 (2006.01). Drilling reinforced concrete column and method of its construction / P.B. Yurkevich. - application number 2003116153/03. - Appl. 06/02/2003; publ. 05/27/2004, Byul. №15.
10. Pat. No. 2375521 C1, Russian Federation, IPC E02D5 / 48 (2006.01). The method of construction of pile foundations under heavy loads / GD. Bogvava, OD Sepashvili. - application number 2008128064/03. -Appl. July 11, 2008; publ. 10.12.2009, Bull. No. 34.
11. Pat. No. 173169 U1, Russian Federation, IPC E02D5 / 38 (2006.01). Reinforced concrete pile-column / V.T. Shaly, O.L. Balakchina, S.Yu. Ramazanov. - application number 2017107649. - Appl. 03/07/2017; publ. 08/15/2017, Bull. No. 23
12. Ramazanov, S.Yu., Balakchina, OL, Shalenny, V.T. The development of technology for the installation of vertical underground multi-storey structures for the construction of structures using the top-down method. / Sat. mes. participants between stud Construction Forum - 2017 "Innovative development of construction and architecture: a look into the future." - Simferopol, November 15 - 17, 2017: IT "ARIAL", 2017. - P.154 - 156.
13. Shale, V.T. Research and reflection of the problems of life safety in the program "Theory and Practice of Organizational and Technological Solutions" for the preparation of master builders // Construction and Technological Safety. - 2017. - №7 (59). - P.43-49.
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY OF UNDERGROUND MULTI-STOREY FRAME CONSTRUCTION BY TOP-DOWN METHOD WITH STEEL AND CONCRETE PILES-
COLUMNS IMPROVED DESIGN
Shalenny V.T.
Summary. Presented advanced technology device prefabricated monolithic drilling injection pile consisting of reinforced concrete foundation and composite reference parts. Pile-columns designed under heavy loads from the multistory underground frame, constructed by the method of "top-down" approach. To facilitate cleaning of the surface of the supporting part of the hardened concrete skinny suggested covering her material with minimum adhesion, for example, viniplastom. Showing the benefits of application management and the further development of innovations.
Key words: pile-column, method of top-down, multistory skeleton underground part.
