КРЕПЛЕНИЕ КОТЛОВАНОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

SUPPORTING EXCAVATIONS IN THE CONSTRUCTION OF TRANSPORT STRUCTURES

Manvelyan Masis Manvelovich

student, Department of Highways, Bridges and Tunnels, Kazan State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Kazan

Kadyrov Ruzal Rifatovich

student, Department of Highways, Bridges and Tunnels, Kazan State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Kazan

Petropavlovskikh Olga Konstantinovna

scientific supervisor, senior teacher, Kazan State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

В статье обозначена проблема крепления котлованов в ходе строительно-монтажных работ при строительстве транспортных сооружений. Предложен оптимальный способ проектирования ограждающих конструкций котлована с применением программного комплекса «Geowall», что позволяет выполнить оценку устойчивости ограждающих конструкций; подобрать сечения и глубину типов ограждения; рассчитать усилия в распорках, анкерах и распределительных поясах; выполнить анализ влияния различных инженерно-геологических условий и проверить безопасность конструкции при заданных нагрузках.

ABSTRACT

This article addresses the problem of pit support during construction and installation work at construction sites. A method for designing pit enclosing structures using the Geowall software package is proposed, this allows for an assessment of the stability of enclosing structures; selection of the cross-sections and depth of enclosure types; calculation of the forces in struts, anchors, and distribution belts; analysis of the impact of various engineering and geological conditions; and verification of the safety of the structure under specified loads.

Ключевые слова: транспортные сооружения, котлован, усиление, ограждающие конструкции.

Keywords: transport structures, pit, reinforcement, enclosing structures.

Транспортные сооружения являются важной частью инфраструктуры городов и регионов, они обеспечивают бесперебойное движение транспорта, позволяют увеличиться пропускную способность дорог, доступность населения и совершенствовать улично-дорожную сеть. При этом строительство мостовых и тоннельных сооружений трудоемкий сложный процесс, который требует значительных инвестиций и организованного управления. Строительство транспортных сооружений направлено на решение актуальных задач, связанных с повышением качества транспортного обслуживания населения, обеспечением быстрого, комфортного передвижения, снижения зависимости населения от личного автотранспорта и уменьшению заторов на дорогах [1, с.261]. Увеличение транспортных сетей, несомненно влияет на развитие экономики в стране и для обеспечения безопасности, долговечности, высокого качества сооружений необходимо уделять особое внимание на все этапы жизненного цикла объекта строительства. Во многих случаях при сооружении фундаментов опор мостов, путепроводов, станций метрополитенов ведется разработка котлована. При этом предполагается полное вскрытие грунта с устройством широкого и глубокого котлована, в пределах которого выполняются все строительные работы, что требует предварительной разработки грунта с обустройством ограждающих конструкций для обеспечения устойчивости стенок выемки.

Ограждающие конструкции котлована необходимы для удержания стенок выемки в устойчивом состоянии. Основу таких конструкций составляют, например, буронабивные или буросекущие сваи, металлические трубы, шпунт. Дополнительно применяются распорки, которые удерживают ограждение котлована от смещения. Усилия от распорок передаются через распределительные пояса. Вся система работает совместно, предотвращая обрушения и обеспечивая безопасность при строительстве в городской среде (рис. 1).

Рисунок 1. Разработка котлована с креплением

Обрушение ограждающих конструкций котлована представляет собой одну из наиболее опасных аварийных ситуаций на строительной площадке [2, с.176]. Такие конструкции предназначены для удержания откосов выемки от смещения и предотвращения проникновения грунтовых вод. При их разрушении происходит внезапное перемещение грунта в зону котлована, что может сопровождаться провалом строительной техники, повреждением строящегося объекта, разрушением близлежащих зданий, а также инженерных сетей и коммуникаций. Причиной обрушений является ошибка проектирования, включая недооценку нагрузок и неправильный выбор типа ограждения, а также нарушения технологии строительства [3, с.38]. Ситуация усугубляется в условиях сложной геологии, повышенного уровня грунтовых вод, а также при отсутствии должного мониторинга состояния ограждающих конструкций в процессе эксплуатации (рис. 2).

Рисунок 2. Обрушение ограждающей конструкции котлована

Цель работы – запроектировать ограждающую конструкцию котлована при строительстве станции метрополитена открытым способом. Современное проектирование ограждающих конструкций котлована невозможно без применения численных методов расчёта и специализированных программных средств [4, с.85]. Одним из таких инструментов является программный комплекс «GeoWall», разработанный для инженерного анализа устойчивости подпорных стен и стенок котлованов.

Исходные данные для расчета на прочность ограждающей конструкции котлована при строительстве станции метрополитена в городе Казань Республики Татарстан, следующие: габарит котлована с 277х22 м, глубина 13,5 м, состав грунтов песок мелкий, супесь пластичная, глина полутвердая и песок гравелистый. Использование программы «GeoWall» позволит точно оценить работу ограждающих конструкций и выбрать оптимальные параметры их усиления. Расчётная схема представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Расчетная схема

Необходимо учесть, что при разработке котлована на ограждающую конструкцию действует нагрузка от грузоподьемного оборудованя и от места складирования материалов [5, с.111]. Вид ограждения примем - «стена в грунте» из буросекущих свай, длиной 17 м, Æ1000 мм, шаг 800 мм (рис. 4). Класс бетона В35. Армирование сваи производится с чередованием через одну сваю, арматурный каркас из 16 стержней арматуры Æ32мм.

Рисунок 4. Схема поперечного сечения ограждения

Распорная система в котловане представляет собой распорки – трубы 530х8 длиной 21 м, шаг распорок 5 м, имеет 2 яруса распорок на уровне заглубления 0,5 м и 6,1 м от отметки уровня земли.

Распределительный пояс состоит из двух двутавров 45Б1; имеет 2 яруса распределительного пояса на уровне заглубления 0,5м и 6,1м от отметки уровня земли. Процесс разработки грунта в котловане производится в четыре этапа сначала на глубину 2 м, 6.6 м, 10,8 м и затем 13 м при отметке уровня воды 15 м.

В ходе расчета на прочность ограждающей конструкции котлована из буросекущих свай при разработке грунта с учетом коэффициентов запаса для металлических и бетонных конструкций определены следующие значения:

- максимальные значения изгибающих моментов на 1 этапе составили 467 кНм/м, на 2 этапе - 483 кНм/м, на 3 этапе – 489 кНм/м, на 4 этапе – 565 кНм/м.

- горизонтальные перемещения от воздействия внешних сил находятся в диапазоне от 1,6 см - 4,4 см.

Выводы:

1. Использование программного обеспечения позволяет эффективно моделировать взаимодействие конструкций с грунтом, избежать ошибок проектирования, а также выбирать рациональные способы усиления котлованов.
2. В результате расчетов запроектирована ограждающая конструкция котлована «стена в грунте» из буросекущих свай, с учетом распорной системы и распределительных поясов.

Список литературы:

1. Казаков, Н. П. Передовые технологии и материалы при проектировании и строительстве мостов / Н. П. Казаков, О. В. Сабуров, Б. Б. Дудурич // Актуальные проблемы военно-научных исследований. – 2024. – № 3(31). – С. 261-263. – EDN IRHBEE.
2. Хузиахметов, Р. А. Предотвращение обрушения стенок котлованов и траншей в стесненных условиях застроенных территорий / Р. А. Хузиахметов, К. Р. Хузиахметова, Ф. Р. Расулев // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2023. – № 3(65). – С. 175-184. – DOI 10.52409/20731523_2023_3_175. – EDN NSPDCV.
3. Эффективное крепление откосов котлована / В. О. Боровик, Д. С. Корчевный, А. Свердленко [и др.] // Школа Науки. – 2021. – № 1(38). – С. 14-15. – DOI 10.5281/zenodo.4473513. – EDN UFUUNL.
4. Пановская, П. П. Применение TIM-технологий при проектировании сооружений тоннельного типа / П. П. Пановская, А. А. Гурьянов, О. К. Петропавловских // Автомобильные дороги и транспортная инфраструктура. – 2025. – № 1(9). – С. 85-91. – EDN OYGZNE.
5. Верстов, В. В. Технология и комплексная механизация шпунтовых и свайных работ : учебное пособие / В. В. Верстов, А. Н. Гайдо, Я. В. Иванов ; В. В. Верстов, А. Н. Гайдо, Я. В. Иванов. – Изд. 2-е, стер.. – Санкт-Петербург [и др.] : Лань, 2012. – 288 с. – (Учебники для вузов. Специальная литература). – ISBN 978-5-8114-1360-7. – EDN QNQBKN.