Противофильтрационная завеса стена в грунте что это
Устройство противофильтрационной завесы с применением барьерной смеси «БентИнжект»
Термин «противофильтрационная завеса» знаком не многим. В данной статье мы расскажем об основах этого метода гидроизоляции и о том, как возможно повысить его эффективность в несколько раз.
Что такое противофильтрационная завеса
Конечной целью создания противофильтрационной завесы является снижение гидростатической нагрузки на заглубленные строительные конструкции, фундаменты, снижение скорости потока и количества отфильтрованной воды через ограждающие конструкции искусственных водоемов и каналов.
Применение противофильтрационной завесы особенно актуально в случаях, когда:
Технологии устройства противофильтрационных завес
«JET-grouting» («джет-граутинг»)
При применении данной технологии грунт в скважине разрушается под воздействием струи высокого давления и смешивается с глиняным раствором, который нагнетается в скважину. Таким образом, происходит разрушение и одновременное перемешивание грунта с барьерным раствором.
Технология JET- grouting рекомендована для изоляции грунтов, при строительстве и реконструкции любых объектов в несвязных, неустойчивых и водонасыщенных грунтах.
Технологический процесс «JET- grouting» делят на два основных этапа:
Расположение таких элементов с пересечением их контуров формирует сплошную противофильтрационную завесу.
Преимущества технологии JET- grouting :
— небольшой объем изливаемой грунтовой массы (20-30% объема столба);
— относительно низкая стоимость ввиду использования относительно недорогого оборудования;
— оперативные сроки выполнения работ.
«Стена-в-грунте»
Это способ устройства противофильтрационной завесы, при котором тело завесы формируется в рабочей траншее. Разработка траншеи производится под защитой бентонитовой суспензии для предотвращения обвала стенок. Затем суспензия замещается более плотным раствором барьерной смеси «БентИнжект» путем закачивания материала в траншею насосами.
Технология «Стена-в-грунте» дает более устойчивые и прогнозируемые показатели противофильтрационных характеристик чем JET- grouting, но требует больших затрат трудовых и экономических ресурсов. В связи с этим она рекомендована для особо ответственных объектов, таких как захоронение высокотоксичных или радиоактивных отходов.
Важно: противофильтрационная завеса, выполненная по технологии «стена-в-грунте», применяется во всех типах грунтов и всегда обладает высокими качественными и эксплуатационными характеристиками.
Преимущества технологии «стена-в-грунте»:
— качественная геометрия экрана: постоянная толщина вне зависимости от типа грунтов,
— высокая надежность конструкции.
Традиционные решения для устройства противофильтрационных завес и проблемы, связанные с их применением
Шпунт ПВХ
ПВХ-материалы обладают высокой гибкостью и низкой прочностью. Полученная из ПВХ шпунтов конструкция ограничена по глубине (до 12 м). У материала отсутствует сорбционная емкость.
Стальной шпунт
Сталь является более прочным материалом по сравнению с ПВХ. Глубина конструкции может достигать 34 м. При этом замки служат для скрепления шпунтов между собой, но не обеспечивают гидроизоляцию. Материал также не обладает сорбционной емкостью.
Бетон
Качественные характеристики бетона переменны при бетонировании в буровом растворе, хотя он обладает более высокой прочностью, чем сталь. Глубина противофльтрационной завесы из бетона может достигать 60 м, но он подвержен повреждению при деформации грунта. Материал не выполняет функцию гидроизоляции и не имеет сорбционной емкости.
Создание противофильтрационных завес: материалы и технология создания
Противофильтрационные завесы, или «стена в грунте», в числе наиболее эффективных способов борьбы с воздействием грунтовых и талых вод.
Обводненные грунты, опасность нанести вред расположенным неподалеку зданиям вибрацией и ударными волнами – проблем с подземным строительством в рамках городской черты всегда немало. Современная техника позволяет свести к минимальным показателям вибрацию и иное динамическое воздействие на окружающее пространство, а вот с защитой от воды возводимых объектов зачастую все бывает много сложнее. Противофильтрационные завесы в числе ключевых технологий позволяющих решить проблему с грунтовыми и талыми водами, а также обводненными грунтами.
Строительство противофильтрационных завес: виды и технология применения
На сегодняшний день чаще всего можно встретить следующие виды противофильтрационной защиты:
Противофильтрационная завеса «стена в грунте»: материалы для создания
Самой современной и качественной технологией на данный момент многие специалисты считают противофильтрационную завесу. «Стена в грунте» доказала свою эффективность и при этом стоимость реализации зачастую оказывается гораздо ниже альтернативных технологических решений. Ниже мы рассмотрим что используется для создания противофильтрационных завес котлованов:
Технология применения акрилатных гелей для создания противофильтрационных завес
В первую очередь необходимо устранить дефекты бетона. Затем пробурить шпуры под инъекционные пакеры. Инъектирование производится от левого нижнего пакера к правому верхнему. Переход к новому пакеру осуществляется после того как избыток инъектируемого состава начинает вытекать наружу.
СП 250.1325800.2016 Здания и сооружения. Защита от подземных вод
8 Проектирование противофильтрационных завес
8.1 Противофильтрационные завесы следует предусматривать для временной (на период строительства) или постоянной защиты подземных выработок, котлованов и сооружений от подземных вод.
Противофильтрационные завесы могут устраиваться как в виде самостоятельных конструкций, так и в сочетании с водопонижением и дренажами. При проектировании ПФЗ кроме настоящих норм необходимо соблюдать требования СП 103.13330 и СП 45.13330.
8.2 ПФЗ следует проектировать в зависимости от назначения и соотношения основных размеров защищаемого объекта в виде контурных (замкнутых) или линейных схем. Завесы могут устраиваться как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости (рисунок 8.1).
Шпунт с металлической или деревянной забиркой и «стена в грунте» могут служить противофильтрационными завесами.
Рисунок 8.1 — Схемы устройства и применения противофильтрационных завес
8.4 Тип и параметры противофильтрационных завес следует выбирать исходя из их назначения, срока службы, инженерно-геологических и гидрогеологических условий участка строительства, расчетного напора, необходимой глубины заложения, результатов фильтрационных расчетов (исследований) и, при необходимости, расчетов на силовые воздействия.
8.5 Противофильтрационные завесы, как правило, должны полностью прорезать водоносные породы и заглубляться в водоупорные породы на глубину, определяемую характером контактной зоны, состоянием водоупорных слоев и действующим напором на завесу.
При относительно глубоком заложении водоупорного слоя может быть допущено применение несовершенных, т.е. не доходящих до водоупора завес. В таких случаях работа противофильтрационной завесы должна совмещаться с водопонижением. Также для защиты дна открытых выработок от подземных вод в сочетании с вертикальной противофильтрационной завесой может устраиваться в горизонтальной плоскости искусственный водоупор с помощью струйной цементации грунтов или инъекцией в грунт закрепляющих растворов (рисунок 8.1 в). Выбор таких комбинаций должен быть обоснован фильтрационными и технико-экономическими расчетами.
Кроме того, возможно перекрытие несовершенной завесой проницаемого слоя грунта, а в расположенном ниже менее проницаемом слое осуществляется водопонижение.
8.8 Свайные завесы выполняются из свай диаметром 0,5-1,5 м. Расстояние между центрами пересекающихся свай принимается равным 0,7-0,8 диаметра свай.
8.9 В проекте следует предусматривать разработку траншей и бурение скважин для траншейных и свайных завес, как правило, под защитой глинистого раствора или обсадных труб, обеспечивающих устойчивость грунтовых стенок выемок от обрушения.
8.10 Для устройства свайных завес также может применяться струйная цементация грунтов (англ. jet-grouting), заключающаяся в использовании высоконапорной струи цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивания грунта с цементным раствором. Образующиеся при этом сваи из грунтобетона при соприкосновении формируют сплошную противофильтрационную завесу. Применение струйной цементации следует предусматривать для возведения двух- и многорядных противофильтрационных завес.
8.11 Струйная технология может применяться и для устройства противофильтрационных завес в горизонтальной плоскости. Создаваемый таким образом искусственный водоупор предотвращает поступление подземных вод в выработки снизу.
8.12 Тонкие щелевые завесы (5-20 см), устраиваемые путем заполнения твердеющим материалом (цементным или глиноцементным раствором) щели, образованной с помощью плоского металлического элемента или водяной струи, устраиваются в песчаных и глинистых грунтах, не содержащих крупнообломочных включений, на глубину до 20 м.
8.13 Инъекционные завесы устраивают путем цементации, глинизации, битумизации, смолизации и силикатизации грунтов. Устройство завес осуществляется путем нагнетания в грунт закрепляющих растворов через погруженные в него инъекторы. Материал закрепления выбирают с учетом вида грунта и его фильтрующей способности.
8.14 Цементацию (инъекцию в грунт цементных, глиноцементных и глиноцементно-песчаных растворов) применяют при устройстве завес в скальных трещиноватых породах с раскрытием трещин более 0,10 мм и в крупнообломочных, гравийно-галечниковых и песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации 80-500 м/сут.
8.15 Глинизацию (инъекцию глиносиликатных растворов) и битумизацию (инъекцию разогретой битумной мастики или тонкодисперсной битумной эмульсии) применяют в тех же грунтах, что и цементацию, в случаях, когда цементация неэкономична или ненадежна из-за наличия агрессивных вод, способных вызвать коррозию цемента.
8.16 Смолизацию (инъекцию растворов синтетических смол с отвердителем) применяют для устройства завес в скальных тонкотрещиноватых и пористых породах и песчаных грунтах с коэффициентами фильтрации 0,5-50 м/сут.
8.18 При соответствующем обосновании в качестве противофильтрационного материала завес допускается предусматривать синтетическую пленку, монтируемую из отдельных полотнищ внахлест. Противофильтрационные завесы из синтетических пленок могут устраиваться как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.
Противофильтрационные завесы: современная защита от подземных вод
Что позволяет назвать противофильтрационные завесы типа «стена в грунте» наиболее современным способом защиты от грунтовых вод? Рассмотрим преимущества инновационной технологии и современные примеры применения противофильтрационных завес в строительстве Западного скоростного диаметра в Санкт-Петербурге и новых станций Московского метрополитена.
К числу наиболее распространенных проблем подземного строительства в черте города относится необходимость работы с проблемными обводненными грунтами и риск разрушения близко расположенных зданий под воздействием вибрации и ударных волн. Использование современной спецтехники позволяет свести к минимуму динамическое воздействие на окружающую среду, однако проблема защиты создаваемого объекта от воды во многих случаях оказывается серьезным препятствием для реализации проекта.
Обзор технологий борьбы с подземными водами
К наиболее часто применяемым методам противофильтрационной защиты от подземных вод относятся:
Как отмечают специалисты, открытый водоотлив и искусственное водопонижение на данный момент являются экономически неэффективными методиками, требующими больших дополнительных расходов на отвод воды. При организации открытого водоотлива значительные ресурсы тратятся на широкомасштабную выемку грунта – стоимость подобной процедуры при создании крупных подземных объектов может быть неоправданно высока. При искусственном понижении уровня грунтовых вод глубина водоотводящих вертикальных скважин может достигать сотни и более метров, что требует организации откачки воды и использования насосного оборудования значительной мощности.
Применение иглофильтровых установок для перевода воды в капиллярное состояние является достаточно современной методикой, однако ее применение ограничено в связи с трудозатратностью технологии. Для нагнетания вакуума в грунте необходимо создание сети скважин либо погруженных в почву методом гидроразмыва трубчатых иглофильтров, максимально возможное расстояние между элементами составляет около 1,5 метров. В тех случаях, когда уровень подземных вод требуется понизить более чем на 4-5 метров, а также при строительстве на значительной глубине необходимо размещение иглофильтров на нескольких ярусах разной заглубленности.
Наиболее прогрессивным, надежным и малозатратным методом защиты от грунтовых вод на сегодняшний день является создание противофильтрационных завес.
Противофильтрационные завесы
На современном строительном рынке под термином «противофильтрационная завеса» чаще всего понимается разновидность «стены в грунте», изготовленная из железобетона или свай. Необходимо отметить, что существуют и другие технологии создания противофильтрационных завес, появившиеся на несколько десятилетий раньше.
Технологии создания противофильтрационных завес
Уникальные преимущества противофильтрационных завес типа «стена в грунте»
Значительная глубина противофильтрационной завесы в большинстве случаев позволяет прорезать все существующие водоносные слои и достигнуть глубинного водоупорного слоя грунта, полностью изолировав подземный объект от подземных вод. На участках, сложенных водонасыщенными, нестабильными и неоднородными грунтами завесы типа «стена в грунте» являются единственным на сегодняшний день способом создания туннелей метро и других крупных подземных объектов.
Высокая экономическая эффективность «стен в грунте» обусловлена не только задействованием ресурсосберегающих новых технологий, но и возможностью использовать противофильтрационную завесу в качестве конструктивного элемента строящегося объекта. Чаще всего бетоносвайные стены используются в качестве внешних стен объекта (цокольного этажа, коробчатого фундамента, выемки и пр.). После завершения работ по обустройству завесы во внутреннем пространстве созданной конструкции производится выемка грунта и обустройство плитного фундамента и других элементов.
Типы противофильтрационных завес типа «стена в грунте»
Современные примеры использования противофильтрационных завес в городском транспортном строительстве
Центральный участок ЗСД в Санкт-Петербурге
С по-своему уникальной строительной задачей столкнулись создатели Центрального участка петербургского ЗСД – восьмиполосной платной автотрассы, соединяющей исторические районы города. Согласно проекту, новая автодорога должна пройти через юго-западную оконечность Васильевскую острова, выходящую на Финский залив. Участок работ сложен водонасыщенными породами и находится в низине, некоторые участки которой расположены ниже уровня воды. В связи с высоким риском подтопления автотрассы было принято решение провести магистраль в выемке, ограниченной противофильтрационными завесами типа «стена в грунте».
Репортаж с места строительства ЗСД на Васильевском острове.
Согласно предварительным расчетам, в самой низкой точке новая автомагистраль будет проходить на 4 метра ниже уровня воды. Общий объем выемки под Центральный участок ЗСД составит более 14 тыс. кубометров породы. Длина каждого из противофильтрационных сооружений по сторонам магистрали – 1750 метров, общая протяженность конструкции – 3500 метров.
На данный момент на участке работ уже создана форшахта и ведется выемка грунта с помощью грейферов. Согласно проекту, противофильтрационная завеса ЗСД будет изготовлена из бетона, дополнительно укрепленного металлическими армокаркасами. Для снижения расходов на транспортировку материалов армокаркасы будут создаваться непосредственно на стройплощадке с помощью ручной сварки. Для обустройства сооружения применяется классическая технология: после создания траншеи ее стенки стабилизируются связывающим глинистым раствором, после чего в углубление опускается армокаркас и производится заливка бетона. Общая высота «стены в грунте» на Васильевском острове составляет 27 метров и сложена 25-ти метровой подземной частью и 2-х метровой надземной частью. Как отметили создатели проекта, заглубление на 25 метров позволило достигнуть первого глубинного водоупорного слоя и таким образом обеспечить будущей автотрассе эффективную защиту от подтопления.
Кожуховская линия Московского метрополитена
В период с 2015 по 2020 год на территории Москвы должно появиться более 70 новых станций метро. Для большей экономической эффективности проводимых работ для создания столичной подземки были привлечены крупнейшие иностранные компании, обладающие значительным опытом подземного строительства. Создание Кожуховской линии московского метро будет выполняться под руководством испанского строительного концерна Bustren, принимавшего активное участие в создании метрополитена в Испании, Эквадоре, Доминиканской республике и ряде других стран. Главной инновацией испанских специалистов является прогрессивная технология подземного строительства, основанная на применении противофильтрационных завес типа «стена в грунте».
Основные преимущества испанского подхода к строительству подземки – максимально высокая скорость строительства туннелей, высокая безопасность и экономическая эффективность. Надземные работы на объекте занимают всего 3-6 месяцев, после чего строительство полностью «уходит под землю», избавляя жителей города от транспортных проблем и повышенного уровня шума. Весь цикл работ по обустройству новой станции метро – от проектирования до запуска – занимает всего 2 года.
Достигать рекордных результатов строительным экспертам из Мадрида помогает грамотное использование всего потенциала методики «стена в грунте».
Видеоинфографика, демонстрирующая испанскую методику строительства метро.
Суть методики основана на уникальной способности «стены в грунте» выполнять двойную функцию, являясь одновременно несущей стеной и противофильтрационной завесой. Продуманный процесс строительства новой станции полностью исключает лишние затраты ресурсов на создание временных конструкций: каждый созданный новый элемент является постоянной частью строящегося объекта.
Первым этапом строительства становится создание противофильтрационной завесы, позволяющей изолировать участок работ от грунтовых вод и одновременно создать внешние стены будущей станции. Обустроенное коробчатое сооружение накрывается сверху монолитной бетонной плитой, после чего надземная стройплощадка ликвидируется, а все дальнейшие работы переносятся под землю. После выемки грунта до проектной отметки создается вторая монолитная плита, одновременно представляющая собой пол вестибюля будущей станции и распорный элемент, сообщающий дополнительную устойчивость внешним бетонным стенам. После создания нижнего уровня станции работы опускаются на уровень проходческого щита, который протягивается из уже существующего отрезка туннеля.
Согласно официальной информации, по испанской технологии будут создаваться четыре новых станции московского метро, расположенные на Кожуховской линии. По неподтвержденным данным, представленный компанией Bustren проект подразумевает создание классических траншейных противофильтрационных завес из бетона, дополнительно усиленных армокаркасами. Глубина заложения новых станций Кожуховской линии составит от 18 до 20 метров, что позволяет предположить также примерную глубину запланированных «стен в грунте» – около 25-30 метров.
Заключение
На сегодняшний день противофильтрационные завесы типа «стена в грунте» являются наиболее прогрессивным и экономически выгодным способом защиты от грунтовых вод.
К числу несомненных преимуществ технологии относится высочайшая водонепроницаемость и сравнительно невысокая стоимость, быстрый процесс возведения, отсутствие шумового фона и необходимости проводить масштабные земляные работы. Высокую рентабельность методики обуславливают исключительно широкие возможности применения «стены в грунте» в строительстве, позволяющие использовать бетоносвайные завесы как для обеспечения защиты от грунтовых вод, так и для создания элементов фундамента или несущих стен.
Противофильтрационные завесы
Противофильтрационные завесы (ПФЗ) применяются для защиты котлованов от грунтовых вод, а также в основаниях гидротехнических сооружений (дамб, плотин).
ПФЗ представляет практически водонепроницаемую преграду, устраиваемую в грунте, которая препятствует проникновению через нее грунтовых вод.
Противофильтрационные завесы устраиваются из секущихся грунтоцементных свай, выполняемых по технологии Jet Grouting.
Струйная цементация грунтов (Jet Grouting)
ПФЗ в котлованах
Часто строительство котлованов сопряжено с их затоплением грунтовыми водами. Применение водопонижения является опасными в связи с суффозионными процессами, негативно влияющими на фундаменты близко расположенных зданий и сооружений. Безопасной альтернативой водопонижению являются противофильтрационные завесы.
Для защиты котлованов применяют вертикальные и горизонтальные ПФЗ.
Если в дне котлована находятся водоупорные глинистые грунты, а приток воды возможен только из бортов котлована, для защиты от грунтовых вод будет достаточно выполнения вертикальной ПФЗ по контуру котлована, заглубленной в водоупорный слой.
Если в дне котлована нет водоупорных грунтов, для защиты котлована от грунтовых вод будет необходимо выполнить как вертикальную ПФЗ (для защиты притока из бортов котлована), так и горизонтальную ПФЗ в дне котлована (для защиты котлована от притока вод со дна).
ПФЗ в гидротехнических сооружениях
Противофильтрационные завесы обеспечивают плотинам, дамбам, основаниям и гидротехническим сооружениям дополнительную прочность и водонепроницаемость, применяются как при новом строительстве, так и при ремонте гидротехнических сооружений.
Выбор технологии устройства ПФЗ определяются специалистами ООО «ГЕОБИЛДИНГ» для каждого объекта индивидуально с учетом всех особенностей инженерно-геологических условий, конструктива и технического состояния объекта.