Стена в грунте: технология устройства

Что такое стена в грунте

Стена в грунте — способ устройства подземной железобетонной стены без предварительной выемки грунта. Сначала по контуру будущего котлована отрывают узкую глубокую траншею, удерживая её стенки глинистым раствором, затем опускают в неё арматурный каркас и бетонируют. Только после того как стена набрала прочность, внутри контура разрабатывают котлован. Стена в грунте работает как ограждение котлована, а затем остаётся наружной стеной подземной части здания.

Метод называют ещё «траншейным» или «способом стена в грунте». Траншею делят на отдельные участки — захватки, или панели, длиной обычно 2,5–7 м. Каждую захватку разрабатывают, армируют и бетонируют отдельно, а стыки между ними делают с ограничителями, чтобы стена была сплошной и водонепроницаемой. Готовая конструкция — это монолитная лента толщиной 600–1200 мм и глубиной от 10 до 40 м и более, заглублённая ниже дна котлована.

Главное отличие от шпунтового ограждения — стена в грунте не извлекается и сразу входит в состав постоянной конструкции. Поэтому её проектирует тот же проектировщик, что и подземную часть здания, и считает не только на давление грунта при разработке котлована, но и на постоянные нагрузки от перекрытий, гидростатическое давление и эксплуатационные воздействия. Обзор всех вариантов ограждения — в других материалах раздела статьи о бурении, сваях и котлованах.

Когда выбирают метод стена в грунте

Стена в грунте — дорогой и технологически сложный метод. Его выбирают, когда более простые варианты — шпунт Ларсена, стальные трубы, буронабивные сваи — не проходят по одному из условий.

• Глубокий котлован. Под 3–5 подземными этажами глубина выемки достигает 15–25 м. Шпунт такой длины не погрузить без отказов, а прогибы гибкого ограждения будут слишком велики.
• Плотная застройка. Разработка траншеи грейфером не создаёт вибрации, поэтому метод подходит вплотную к существующим зданиям и сетям, где вибропогружение ограничено нормами.
• Высокий уровень грунтовых вод. Монолитная стена, заглублённая в водоупор, отсекает приток воды в котлован, и масштабное водопонижение не требуется.
• Постоянная стена подвала. Если ограждение всё равно должно стать наружной стеной, стоимость делится между временной и постоянной функцией.
• Метод «сверху вниз». Стена в грунте позволяет бетонировать перекрытия подземной части по мере разработки грунта и одновременно возводить надземную часть.

Если котлован неглубокий, рядом нет чувствительных зданий, а ограждение нужно только на время строительства, стену в грунте почти всегда заменяют временным извлекаемым ограждением. Именно так устроено типовое шпунтовое ограждение котлована: шпунт или трубы погружают, раскрепляют на время работ и извлекают после обратной засыпки пазух.

Технология возведения стены в грунте по шагам

Технология устройства стены в грунте одинакова для большинства объектов и различается только оборудованием и типом стыков. Последовательность работ такая.

1. Подготовка площадки: планировка, отвод воды, временные дороги под тяжёлую технику, площадка под растворный узел.
2. Устройство форшахты — двух направляющих железобетонных стенок по оси будущей стены.
3. Приготовление глинистого раствора и заполнение им растворного хозяйства: смесители, ёмкости, насосы, установка очистки.
4. Разработка траншеи первой захватки грейфером или фрезой с одновременной подачей раствора.
5. Проверка глубины, вертикальности и ширины траншеи, очистка забоя, замена загрязнённого раствора.
6. Установка ограничителей стыка и арматурного каркаса.
7. Бетонирование методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) с вытеснением раствора.
8. Разработка следующих захваток через одну, затем замыкающих захваток между ними.
9. Срубка некачественного бетона сверху и устройство обвязочной (распределительной) балки.
10. Поэтапная разработка котлована с монтажом распорок, анкеров или перекрытий по проекту.

Форшахта и разбивка захваток

Форшахта — это две параллельные железобетонные или монолитные стенки высотой 1–1,5 м, которые бетонируют по оси стены в неглубокой траншее. Расстояние между ними на 30–50 мм больше толщины стены. Форшахта выполняет четыре задачи: задаёт грейферу положение и направление в плане, удерживает от обрушения верхний, самый слабый слой грунта, служит опорой для подвески арматурных каркасов и труб ВПТ и образует «ванну» для запаса глинистого раствора.

По верху форшахты наносят разбивку захваток. Первичные захватки разрабатывают и бетонируют через одну, вторичные (замыкающие) — между ними, когда бетон соседних набрал достаточную прочность. Длину захватки выбирают по ширине грейфера, устойчивости грунта и близости зданий: возле фундаментов захватки делают короче, чтобы открытая под раствором траншея стояла меньше времени.

Разработка траншеи грейфером

Основной инструмент метода — гидравлический или канатный грейфер на тяжёлом гусеничном кране или специальной базовой машине. Грейфер стена в грунте разрабатывает «на один захват»: опускается в траншею, челюсти раскрываются на ширину 2,5–3,5 м и захватывают грунт по всей толщине стены. Длинную захватку проходят тремя заходами: два крайних «укуса» и средний между ними.

Для глубин более 30–40 м и для плотных, полускальных грунтов вместо грейфера применяют фрезу — установку с двумя вращающимися фрезерными барабанами. Фреза разрушает грунт и выдаёт его вместе с раствором по трубопроводу на установку очистки. Она точнее по вертикали, но дороже и требует мощного растворного хозяйства.

Во время разработки постоянно контролируют вертикальность: отклонение стены на глубине 20 м даже на 1% — это 20 см, которые потом съедают внутренний габарит подземной части или раскрывают стык между захватками. Поэтому допуски по вертикальности и положению стены в плане назначает проект с учётом требований СП 381.1325800.2018.

Глинистый раствор: зачем он и как контролируется

Траншея глубиной 20–30 м и шириной меньше метра без крепления обрушится через минуты. Её удерживает тиксотропный глинистый раствор на основе бентонита. Уровень раствора держат выше уровня грунтовых вод, поэтому гидростатическое давление раствора на стенки больше давления воды и грунта. Частицы бентонита проникают в поры грунта и образуют на стенках тонкую плотную корку, через которую раствор почти не фильтруется.

Параметры раствора проверяют в лаборатории на площадке: плотность, вязкость, водоотдачу, содержание песка, pH. Перед бетонированием раствор в забое заменяют или очищают: если в нём много песка, бетон не вытеснит его полностью, и в теле стены останутся включения. Отработанный раствор очищают на виброситах и гидроциклонах и используют повторно, а утилизируют по правилам обращения с буровыми отходами.

Армирование стены в грунте и бетонирование

Армирование стены в грунте выполняют пространственными каркасами, которые собирают на площадке на кондукторе по размеру захватки. Каркас поднимают краном, иногда в двух-трёх секциях, которые стыкуют сваркой или муфтами над траншеей. В каркас заранее закладывают трубы-направляющие для ВПТ, закладные детали под будущие перекрытия, выпуски для обвязочной балки и, если нужно, трубки для контроля сплошности бетона.

Защитный слой бетона в стене в грунте больше обычного — 70–100 мм: стенки траншеи неровные, а каркас нельзя прижать к грунту. Фиксаторы ставят на каркас так, чтобы при опускании он не сдирал глинистую корку. Установку каркаса оформляют актом освидетельствования скрытых работ до начала бетонирования.

Бетонируют методом вертикально перемещаемой трубы. Бетонолитную трубу опускают до дна захватки, заполняют бетоном и непрерывно поднимают так, чтобы её конец всегда оставался в бетонной смеси на 1–2 м. Бетон поднимается снизу и вытесняет раствор, который откачивают. Перерывы в бетонировании захватки недопустимы: остановка приводит к холодному шву и включениям раствора. Бетон применяют подвижный, удобоукладываемый, с замедленным схватыванием, класс и марку по водонепроницаемости задаёт проект.

Стыки между захватками

Стык — самое уязвимое место стены. Используют трубчатые ограничители, которые извлекают после схватывания бетона, плоские ограничители с гидрошпонкой, или при работе фрезой — «прорезку» края соседней панели. Хорошо выполненный стык не пропускает воду и обеспечивает совместную работу соседних захваток.

Обвязочная балка и раскрепление стены

После бетонирования всех захваток верхнюю часть стены, где бетон смешался с раствором, срубают до проектной отметки. По верху стены бетонируют обвязочную балку стены в грунте — монолитный ригель, который объединяет захватки в одну конструкцию и распределяет нагрузки от распорок или анкеров первого яруса. Без обвязочной балки отдельные захватки работают независимо и по-разному смещаются при разработке котлована.

Котлован внутри стены разрабатывают ярусами. Глубина консольной части без раскрепления невелика, поэтому на каждом ярусе стену раскрепляют одним из способов:

• распорки из стальных труб с распределительными поясами — в узких котлованах, где распорку можно упереть в противоположную стену;
• грунтовые анкеры — в широких котлованах, когда распорки мешают работе; подробнее в материале раздела статьи о грунтовых анкерах;
• перекрытия подземной части при методе «сверху вниз»: плиты бетонируют на отметках этажей и используют как жёсткие диски-распорки;
• берма — временный грунтовый откос у стены, который убирают после устройства центральной части фундамента.

Выбор раскрепления — часть расчёта. О том, как крепят стенки котлована распорками, анкерами и откосами при разной глубине, — на странице крепление котлована.

Нормы и контроль качества работ

Проектирование и строительство стены в грунте регулирует несколько сводов правил. Ссылаются на них в проекте и в ППР.

При производстве работ контролируют по каждой захватке: глубину и ширину траншеи, отклонение от вертикали, параметры раствора до разработки и перед бетонированием, положение каркаса, объём уложенного бетона в сравнении с теоретическим. Перерасход бетона говорит о вывалах стенок, недобор — о сужении траншеи. После вскрытия котлована осматривают лицевую поверхность и стыки, а места протечек инъецируют. Рядом со зданиями обязателен геотехнический мониторинг по программе проектировщика.

Исполнительная документация

• журнал разработки траншеи по захваткам с отметками и замерами вертикальности;
• журнал контроля параметров глинистого раствора;
• акты освидетельствования скрытых работ на установку арматурных каркасов;
• журнал бетонирования с объёмами по каждой захватке и протоколы испытаний бетона;
• исполнительные схемы положения стены в плане и по вертикали.

Типичные дефекты и их причины

Большинство дефектов стены в грунте видно только после вскрытия котлована, когда исправлять их дорого. Поэтому их причины закладывают в ППР как контрольные точки.

Отдельный риск — осадки соседних зданий. Даже без вибрации разработка траншеи временно снижает боковое давление на грунт под соседним фундаментом. Чем длиннее захватка и дольше открытая траншея, тем больше осадка. Поэтому у зданий захватки делают короткими, бетонируют в тот же день, а мониторинг начинают до начала работ, чтобы иметь нулевой отсчёт.

Как оценить стоимость стены в грунте

Стоимость складывается из мобилизации грейферного комплекса и растворного узла, разработки траншеи в кубометрах, арматуры в тоннах, бетона в кубометрах, обвязочной балки и раскрепления. Мобилизация тяжёлой техники делает метод невыгодным на коротких контурах: на небольшом котловане её стоимость приходится на малый объём стены. На больших объектах с постоянной функцией стены метод окупается за счёт отказа от отдельной наружной стены подвала и гидроизоляционных мероприятий.

Стена в грунте или шпунт: что выбрать

На большинстве городских объектов с одним-двумя подземными этажами выбор идёт между стеной в грунте, буронабивными сваями и шпунтовым ограждением. Сравнение по ключевым критериям:

Если котлован глубиной до 6–8 м и ограждение временное, рациональнее шпунт. В плотных грунтах шпунт Ларсена Л4–Л6 и трубы ф219–630 погружают в лидерные скважины: бурение под шпунт разрыхляет грунт по оси, и погружение шпунта Ларсена вибропогружателем идёт до проектной отметки без отказов. После засыпки пазух ограждение извлекают, металл возвращается поставщику или на следующий объект. Как организовано такое устройство шпунтового ограждения — от лидера до извлечения — описано на странице услуги.

Стену в грунте ФирмаСтрой не выполняет: для неё нужен грейферный комплекс и растворное хозяйство. Если проект предусматривает стену, а вам нужна консультация, можно ли на части контура перейти на шпунт или трубы, — пришлите проект и изыскания, ответим, где извлекаемое ограждение проходит по глубине и соседству.