RU2417284C1 - Method to reinforce foundation pit boards - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: method to reinforce foundation pit and trench boards includes arrangement of a rigid L-shaped structure made as a vertical retaining wall with a collar protruding towards the foundation pit fixed along the wall top, soil working in the foundation pit, installation of anchors and their tensioning. At first anchors are installed on the collar and tensioned, besides, anchors are installed in direction parallel to wall reinforcement, and value of anchors tension is maintained at the calculated level, reinforcement movement start is recorded, afterwards soil is worked in the foundation pit (trench).

EFFECT: neutralisation of impact from compressed pressure and putting reinforcement in operation before soil working in foundation pit, exclusion or minimisation of horizontal displacements of the wall, increased bearing capacity of soil massif.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для усиления крепления стен котлована, бортов траншеи достаточной длины (плоская задача) при устройстве трубопроводов, в том числе, газо - и нефтепроводов, возведении подземных и заглубленных сооружений открытым способом в условиях плотной городской застройки в местах, требующих минимизации нарушения природного напряженно-деформированного состояния (НДС) вмещающего грунтового массива.The invention relates to the construction and can be used to strengthen the walls of the pit, the sides of the trench of sufficient length (flat task) when installing pipelines, including gas and oil pipelines, the construction of underground and buried structures in an open way in dense urban areas, requiring minimizing violations of the natural stress-strain state (VAT) of the host soil mass.

Известны способы крепления бортов траншеи и котлована, включающие выполнение ограждающих и несущих стенок из шпунта, свай, «стен в грунте» и пр., объединение отдельных элементов крепления обвязочным поясом, установленным поверху стенок, например, [1] горизонтальным «шапочным» элементом с последующей разработкой грунта в котловане.Known methods of fastening the sides of the trench and pit, including the execution of the enclosing and supporting walls of sheet pile, piles, "walls in the ground", etc., the combination of individual fastening elements with a strapping belt installed on top of the walls, for example, [1] a horizontal "cap" element with subsequent excavation in the pit.

Недостатком указанного способа [1] является создание крепления, вступающего в работу после развития бокового активного давления грунта и приращений деформаций, т.е. носящего пассивный характер. Кроме того, крепление, устроенное таким способом, не может быть применено для траншей большой длины (десятки и сотни метров) при прокладке газо- и нефтепроводов в случае незамкнутого контура котлована без дополнительной поярусной установки анкеров или распорок. Даже при установке анкеров или распорок не исключаются горизонтальные перемещения несущей стенки и грунта в сторону котлована, поскольку установка анкеров производится после частичной выемки грунта из котлована. Эти перемещения являются причиной образования новых или раскрытия существовавших дефектов в инженерных сооружениях, находящихся в зоне влияния строительства вплоть до возникновения предаварийного или аварийного состояния.The disadvantage of this method [1] is the creation of a fastener that comes into operation after the development of lateral active soil pressure and deformation increments, i.e. wearing a passive character. In addition, a fixture arranged in this way cannot be used for long trenches (tens and hundreds of meters) when laying gas and oil pipelines in the case of an open pit circuit without additional tier installation of anchors or spacers. Even when installing anchors or spacers, horizontal movements of the bearing wall and soil towards the pit are not excluded, since the installation of anchors is carried out after partial excavation of the soil from the pit. These movements are the cause of the formation of new or disclosure of existing defects in engineering structures located in the zone of influence of the construction until the occurrence of a pre-emergency or emergency condition.

Разработка грунта является техногенным воздействием, т.е. вторжением в сформировавшийся природный массив грунта. В процессе выемки грунта существовавшие ранее природные бытовые напряжения на контуре выработки снимаются; поэтому в расчетных схемах снимаемая нагрузка прикладывается с обратным знаком к контуру, с которого удаляется грунт. Этот фактор является причиной изменения сложившего природного поля напряжений и деформаций. Реакция противодействия зависит от физико-механических свойств массива и параметров воздействия внешних факторов. Поэтому крепление повышает свою эффективность в случае вступления в работу до начала выемки грунта, т.е. когда это крепление является активным по отношению к вмещающему массиву.Excavation is an anthropogenic impact, i.e. intrusion into the formed natural massif of soil. In the process of excavation, previously existing natural household stresses on the output circuit are removed; therefore, in the design schemes, the removed load is applied with the opposite sign to the contour from which the soil is removed. This factor is the cause of the change in the existing natural field of stress and strain. The reaction of reaction depends on the physicomechanical properties of the array and the parameters of the influence of external factors. Therefore, fastening increases its effectiveness in the event of entry into operation before the start of excavation, i.e. when this mount is active with respect to the enclosing array.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ крепления бортов замкнутого в плане котлована с обвязочным поясом, выполненным в виде уширенного в средней части армированного воротника [2] и соединенного по верху с ограждением, выступающего в сторону от котлована, который образует жесткую конструкцию Г- образной формы. Способ включает возведение ограждающей стеновой конструкции, например, способом «стена в грунте», затем производят "обнажение" верхней части арматурного каркаса «стены в грунте» и жесткое соединение его с арматурным каркасом будущего воротника ограждения. В местах установки соединения устраивают углубление в форшахте, после чего узел соединения бетонируют с включением в конструкцию нижнего элемента бывшей форшахты и производят разработку грунта в котловане. Для снижения приращений деформаций грунта вес воротника может быть увеличен путем приложения сверху воротника дополнительного пригруза. Этот способ можно отнести к «полуактивному».Closest to the proposed technical solution is a method of fastening the sides of a foundation pit closed in plan with a strapping belt made in the form of a reinforced collar broadened in the middle part and connected along the top with a guard protruding to the side of the foundation pit, which forms a rigid L-shaped structure forms. The method includes erecting a walling of a wall structure, for example, using the wall-in-ground method, then exposing the upper part of the wall-in-wall reinforcing cage and tightly connecting it to the reinforcing cage of the future fence collar. In the places of installation, the joints arrange a recess in the fore shaft, after which the joint assembly is concreted with the lower element of the former fore shaft included in the structure and the soil is excavated in the foundation pit. To reduce the increment of soil deformations, the weight of the collar can be increased by applying an additional weight on top of the collar. This method can be attributed to the "semi-active".

Однако, в случае протяженной стенки траншеи, как показывают расчеты, размеры воротника должны быть неприемлемо велики. Например, для стены ограждения глубиной Н=12 м и длиной L=26 м, устраиваемой в песчаном грунте с γ=18,5кН/м³, φ=30° при использовании конструкции крепления с воротником в форме балки прямоугольного сечения высотой h=0,8 м и шириной b=1,5 м и принятых грунтовых условий значение изгибающего момента в середине пролета получается равным 5450 кНм, прогиб y_max=0,0454 м. Кроме того, в ряде случаев, применение сплошного воротника может стать проблематичным в силу различных причин, а создание распределенного пригруза на поверхности воротника не позволяет эффективно использовать его площадь и оперативно реагировать на изменения, обнаруженные, например, при геотехническом мониторинге.However, in the case of an extended trench wall, calculations show that the size of the collar should be unacceptably large. For example, for a fencing wall with a depth of H = 12 m and a length of L = 26 m, arranged in sandy soil with γ = 18.5 kN / m ³ , φ = 30 ° when using a fastening design with a collar in the form of a rectangular beam with a height of h = 0 , 8 m and a width of b = 1.5 m and accepted soil conditions, the value of the bending moment in the middle of the span is 5450 kNm, the deflection y _max = 0.0454 m. In addition, in some cases, the use of a solid collar can become problematic due to various reasons, and the creation of a distributed weight on the surface of the collar does not allow effective area and use it to respond quickly to changes detected, e.g., when geotechnical monitoring.

Задачей настоящего изобретения является нейтрализация влияния снимаемого бытового давления путем включения крепления в работу до разработки грунта в котловане с целью исключения или минимизации горизонтальных перемещений стенки.The objective of the present invention is to neutralize the effect of removable domestic pressure by turning on the fasteners before excavation in the pit in order to eliminate or minimize horizontal wall movements.

Решение поставленной задачи согласно изобретению достигается за счет установки и соединения с воротником анкеров в вертикальной плоскости и приложения к ним усилий стягивания до разработки грунта. Натяжение анкеров, во-первых, освободит воротник от пригруза, во-вторых, создаст изгибающий момент нужной полярности (т.е. противоположной активному снимаемому бытовому давлению), который начнет прижимать крепление и, соответственно, грунт в сторону борта будущей выработки, который будет оказывать пассивное сопротивление. Увеличивая усилие натяжения, можно зарегистрировать момент, когда стенка получит перемещение в сторону борта котлована, означающее вступление крепления в работу. Для регистрации начала перемещения могут быть использованы известные методы: лазерный, геодезический, инструментальный и др. И, наконец, предлагаемый способ приведет к улучшению НДС грунтового массива в пределах потенциальной призмы давления грунта на ограждение, поскольку грунт между анкером и воротником будет сжат.Сжатие массива будет препятствовать образованию его предельного состояния и, соответственно, призмы обрушения, и способствовать повышению несущей способности грунтового массива. Таким образом, благодаря данному способу достигается наибольший положительный эффект в креплении протяженных котлованов и траншей, особенно при строительстве газо- и нефтепроводов, без распорок и связанных с креплением анкеров, устраиваемых из котлована.The solution of the problem according to the invention is achieved by installing and connecting to the collar of the anchors in a vertical plane and applying pulling forces to them before excavation. The tension of the anchors, firstly, will release the collar from the load, and secondly, it will create a bending moment of the required polarity (i.e., opposite to the active removable household pressure), which will begin to press the fastening and, accordingly, the soil towards the side of the future development, which will provide passive resistance. By increasing the tension force, it is possible to register the moment when the wall receives a movement in the direction of the side of the pit, which means that the fastening is coming into operation. Known methods can be used to register the start of movement: laser, geodesic, instrumental, etc. Finally, the proposed method will improve the VAT of the soil mass within the potential prism of ground pressure on the fence, since the soil between the anchor and the collar will be compressed. will prevent the formation of its limiting state and, accordingly, the collapse prism, and will increase the bearing capacity of the soil mass. Thus, thanks to this method, the greatest positive effect is achieved in the fastening of long pits and trenches, especially during the construction of gas and oil pipelines, without spacers and associated with the fastening of anchors arranged from the pit.

На фиг.1 приведена активная конструкция крепления, выполненная с помощью предлагаемого способа. На фиг.2 отражена конструкция, выполненная известным способом [3], при котором установка и закрепление анкера на ограждении выполнена после частичной выемки грунта. С помощью предлагаемого способа сначала ограждение прижимается к борту будущей выработки за счет создания изгибающего момента к верху будущего ограждения анкерами, расположенными на воротнике и тем самым улучшается НДС массива, после чего производится выемка грунта.Figure 1 shows the active mounting design made using the proposed method. Figure 2 reflects the structure made in a known manner [3], in which the installation and fixing of the anchor on the fence is made after partial excavation. Using the proposed method, the fence is first pressed against the future development board by creating a bending moment to the top of the future fence with anchors located on the collar, thereby improving the array VAT, after which excavation is carried out.

Способ осуществляют следующим образом. Возводится стеновая ограждающая конструкция (1) котлована. Устраивается воротник (3), который соединяется со стеной. При необходимости выполняется усиление (5) места этого соединения. Устанавливают в вертикальной плоскости анкера (6) с замком (2) на воротнике (3). Производят натяжение анкеров, выполняют регистрацию начала перемещения крепления в сторону котлована, после чего выполняют разработку грунта в котловане до проектной отметки (4).The method is as follows. A wall enclosing structure (1) of the pit is being erected. A collar (3) is arranged that connects to the wall. If necessary, reinforcement (5) of this joint is performed. Set in the vertical plane of the anchor (6) with the lock (2) on the collar (3). Anchors are tensioned, registration of the beginning of the movement of the fastening towards the pit is performed, and then excavation is carried out in the pit to the design level (4).

В случаях, когда воротник невозможно устроить в виде ленты в силу различных причин (технологических, отсутствие свободного места и т.п.), он может быть выполнен в виде балок в перпендикулярном к стене направлении, соединенных или не соединенных между собой, к которым прикладывают изгибающий момент с помощью натяжения установленных в вертикальном направлении анкеров. Для крепления отдельных балок со стеной по верху крепления устраивают укороченный обвязочный пояс, аналогично [1]. В ряде случаев для достижения равенства угловых перемещений балки и стены ограждения в узле их соединения или увеличения его жесткости, возможно выполнение усиления этого узла в виде устройства, например, вутов, причем не только в горизонтальном, но и вертикальном направлениях.In cases where the collar cannot be arranged in the form of a ribbon for various reasons (technological, lack of free space, etc.), it can be made in the form of beams in the direction perpendicular to the wall, connected or not connected to each other, to which they are applied bending moment by tensioning anchors installed in the vertical direction. For fastening of individual beams with a wall, a shortened strapping belt is arranged at the top of the fastening, similarly to [1]. In some cases, in order to achieve equality of angular displacements of the beam and the wall of the fence in the node of their connection or to increase its rigidity, it is possible to strengthen this node in the form of a device, for example, vut, and not only in horizontal but also in vertical directions.

В случаях, когда анкера необходимо расположить на близком расстоянии от крепления, для исключения расклинивающего эффекта в грунте борта котлована, корень анкера заглубляют ниже дна будущего котлована.In cases where the anchor must be located at a close distance from the mount, to exclude a wedging effect in the soil of the pit side, the anchor root is buried below the bottom of the future pit.

В результате испытаний установлено, что наиболее эффективным является крепление, в котором создается изгибающий момент противоположного знака относительно изгибающего момента в креплении от давления грунта до начала земляных работ. На фиг.3 представлен фрагмент испытания стенки котлована, устойчивость которой обеспечивает создание с помощью рычага на поверхности грунта изгибающего момента в креплении в сторону бортов этого котлована.As a result of the tests, it was found that the fastening is the most effective, in which a bending moment of the opposite sign is created relative to the bending moment in the fastening from the ground pressure to the start of excavation. Figure 3 presents a fragment of the test wall of the pit, the stability of which provides the creation using a lever on the soil surface of the bending moment in the mount towards the sides of this pit.

ЛитератураLiterature

1. Способ возведения ограждающей стенки в грунте / Пат. RU № 2095520. Перцовский М.И. // БИ №31, 1997. 1. The method of construction of the enclosing wall in the ground / Pat. RU No. 2095520. Pertsovsky M.I. // BI No. 31, 1997.

2. Крепление бортов котлована / Патент RU 2327008. Картозия Б.А., Репников Л.Н., Сандуковский А.Э. и др. // БИ. - 2008. - №17.2. Mounting the sides of the pit / Patent RU 2327008. Kartoziya B.A., Repnikov L.N., Sandukovsky A.E. et al. // BI. - 2008. - No. 17.

3. Маковский Л.В., Чеботарев С.В., Зеге C.O. Системы крепления котлованов при строительстве подземных сооружений: Учебное пособие / МАДИ (ТУ). - 2000. - 120 с.3. Makovsky L.V., Chebotarev S.V., Zege C.O. Pit fixing systems for the construction of underground structures: Textbook / MADI (TU). - 2000. - 120 s.

Claims (4)

1. Способ крепления бортов котлована и траншеи, включающий устройство жесткой Г-образной конструкции, выполненной в виде вертикальной подпорной стенки с выступающим в сторону от котлована воротником, закрепленным по верху стенки, разработку грунта в котловане, установку анкеров и их натяжение, отличающийся тем, что сначала на воротнике устраивают анкера и производят их натяжение, при этом анкера устанавливают в направлении, параллельном креплению стены, а величину натяжения анкеров поддерживают на расчетном уровне, регистрируют начало перемещения крепления, после чего производят разработку грунта в котловане (траншее).1. The method of fastening the sides of the pit and trench, including a device of a rigid L-shaped design made in the form of a vertical retaining wall with a collar protruding to the side of the pit, mounted on the top of the wall, excavating the pit, installing anchors and their tension, characterized in that at first the anchors are arranged on the collar and tension is produced, while the anchors are installed in the direction parallel to the wall fastening, and the value of the anchors tension is maintained at the calculated level, the beginning is recorded eremescheniya fixing, whereupon the development of soil in the trench (trench). 2. Способ крепления бортов котлована по п.1, отличающийся тем, что воротник выполняют в виде отдельных балок, соединенных или не соединенных между собой, причем для связи со стеной по верху крепления устраивают обвязочный пояс.2. The method of fastening the sides of the pit according to claim 1, characterized in that the collar is made in the form of separate beams, whether or not connected to each other, and a tie belt is arranged on top of the fastener for communication with the wall. 3. Способ крепления бортов котлована по п.2, отличающийся тем, что место соединения воротника и пояса стены ограждения усиливают в вертикальном и горизонтальном направлениях.3. The method of fastening the sides of the pit according to claim 2, characterized in that the junction of the collar and the belt of the fence wall is strengthened in the vertical and horizontal directions. 4. Способ крепления бортов котлована по п.1, отличающийся тем, что корень анкера заглубляют ниже дна будущего котлована. 4. The method of attaching the sides of the pit according to claim 1, characterized in that the anchor root is buried below the bottom of the future pit.

Images