Технология строительства шлюзовых стен (или Диафрагменные стены: технология строительства)

Введение

Сплавная стена – это технология в гражданском строительстве, используемая для возведения железобетонных стен в районах с мягким грунтом вблизи открытых водоемов или при высоком уровне грунтовых вод. Эта технология обычно применяется для строительства диафрагменных (водонепроницаемых) стен вокруг туннелей и котлованов, а также для устройства фундаментов. Сплавные стены используются на объектах, подпадающих под программу Superfund, для локализации отходов или загрязнений и снижения потенциальной будущей миграции компонентов отходов, часто в сочетании с другими методами очистки отходов. Сплавные стены – это "широко применяемая" технология, однако решение об их использовании в конкретном проекте требует проведения геофизических и других инженерных изысканий для разработки плана, соответствующего потребностям данной локации. Для достижения целей проекта может потребоваться комбинирование сплавных стен с другими методами.

Строительство

В то время как траншея выкапывается для создания опалубки для стены, она одновременно заполняется шламим (обычно смесью бентонита и воды). Плотный, но жидкий шлам предотвращает обрушение траншеи, оказывая наружное давление, которое уравновешивает внутренние гидравлические силы и замедляет приток воды в траншею. Плотность шлам-смеси должна тщательно контролироваться и регулироваться для создания необходимого наружного давления, предотвращающего обрушение стенок траншеи. Шламовые стены обычно строятся, начиная с бетонных направляющих стенок, как правило, глубоких и толстых. Направляющие стенки возводятся вблизи поверхности земли для обозначения контура будущей шламовой траншеи и для направления экскаваторной техники. Выемка грунта производится с помощью специального ковша-захвата или гидрофрезы, подвешенной на кране. Экскаватор углубляется до проектной отметки (или скального основания) для первого участка стены. Затем экскаватор поднимается и перемещается вдоль направляющих стенок траншеи, продолжая выемку последовательными захватами по мере необходимости. Траншея постоянно поддерживается заполненной шламом, чтобы предотвратить ее обрушение, при этом жидкость позволяет беспрепятственно перемещать экскаваторную технику и вынимаемый грунт. После достижения определенной глубины траншеи в заполненную шламом выемку опускается арматурный каркас, и выемка заливается бетоном снизу вверх с помощью труб треми. Более тяжелый бетон вытесняет бентонитовый шлам, который откачивается, фильтруется и хранится в резервуарах для использования в следующем участке стены или перерабатывается. Шламовые стены последовательно возводятся, образуя ограждение, препятствующее проникновению воды и размытого грунта. После затвердевания бетона можно приступать к выемке грунта внутри огражденной бетонной стены. Для предотвращения обрушения бетонной стены в вырытый котлован устанавливаются временные подпорки, такие как анкеры или внутренние поперечные балки. По завершении строительства возведенная внутри огражденной зоны конструкция обычно поддерживает стену, что позволяет опционально демонтировать анкеры или другие временные подпорки.

While a trench is being excavated to create a form for a wall, it is simultaneously filled with slurry (usually a mixture of bentonite and water). The dense but liquid slurry prevents the trench from collapsing by providing outward pressure, which balances the inward hydraulic forces and also retards water flow into the trench. The density of the slurry mix must be carefully monitored and adjusted to produce the correct outward pressure to prevent the trench walls from collapsing. Slurry walls are typically constructed by starting with a set of concrete guide walls, typically deep and thick. The guide walls are constructed near the ground surface to outline the desired slurry trench, and to guide the excavation machinery. Excavation is done using a special clamshell shaped digger or a hydromill trench cutter, suspended from a crane. The excavator digs down to design depth (or bedrock) for the first wall segment. The excavator is then lifted and moved along the trench guide walls to continue the trench with successive cuts as needed. The trench is at all times kept filled with slurry to prevent its collapse, but the fluid filling allows the excavation machinery and excavation spoil to be moved without hindrance. Once a particular depth of trench is reached, a reinforcing cage is lowered into the slurry filled pit and the pit is filled with concrete from the bottom up using tremie pipes. The heavier concrete displaces the bentonite slurry, which is pumped out, filtered, and stored in tanks for use in the next wall segment, or it is recycled. Slurry walls are successively extended to enclose an area, blocking water and softened earth from flowing into it. Once the concrete has hardened, excavation within the now concrete wall enclosed area can proceed. To prevent the concrete wall from collapsing into the newly excavated area, temporary supports such as tiebacks or internal crossbeams are installed. When completed, the structure built within the walled off area usually supports the wall, so that tiebacks or other temporary bracing may be optionally removed.

История

Техника строительства сплошных стен была впервые применена в 1950-х годах при строительстве Красной линии Миланского метро в Италии компанией ICOS (Impresa Costruzioni Opere Specializzate). Эта новая технология стала важным элементом метода строительства тоннелей сверху вниз, также известного как Metodo Milano ("Миланский метод"). Строительство сплошных стен использовалось в 1967–1968 годах для возведения "ванны", опоясывающей фундаменты большинства зданий Всемирного торгового центра в Нью-Йорке. В 1980-х годах проект Северо-Западного расширения Красной линии в Бостоне стал одним из первых в США, где была применена современная версия технологии, с использованием траншейных режущих установок гидромельницы и "Миланского метода". Сплошные стены также широко использовались при реализации проекта тоннеля Big Dig в Бостоне в 1990-х годах.

Дизайн

Конструкция стены из бентонитовой смеси (диафрагменной стенки) включает в себя проектирование толщины стенки и армирования. Толщина стены из бентонитовой смеси на предварительной стадии проектирования обычно принимается равной примерно 4-8% от глубины выемки. Проектирование диафрагменной стенки выполняется на основе изгибающего момента и огибающей напряжений сдвига, полученных в результате анализа напряжений. При проектировании таких подземных стен ширина единицы принимается за один метр, а стена анализируется в условиях плоской деформации. Поскольку отношение длины к ширине выемки обычно велико, можно допустить условия плоской деформации. В однофазной диафрагменной стене, также известной как "отсечная стена", к поддерживающей жидкости добавляется вяжущее вещество (обычно цемент), чтобы поддерживающая жидкость затвердела без замены. Одним из применений этого типа конструкции является герметизация полигона ТБО, которая подлежит последующей реконструкции.