Материалы для подземных конструкций | Строительный справочник

Материалы для подземных конструкций

Постоянные несущие конструкции подземных сооружений пред­назначены для восприятия всех действующих нагрузок, а также для защиты сооружения от подземных вод. Материалы, из кото­рых возводят подземные конструкции, должны обладать повышен­ной прочностью, водонепроницаемостью, невыветриваемостью, морозостойкостью, огнестойкостью и стойкостью к химической и
электрохимической агрессии. В связи со сложностью реконструкции подземных сооружений срок их службы должен быть больше, чем наземных, а следовательно, материалы для изготовления таких конструкций должны быть более долговечными.

Материалами, в разной степени отвечающими этим требова­ниям, являются бетон, железобетон, сталь и чугун. При возве­дении бетонных конструкций проектная марка бетона по проч­ности должна быть не менее М200, а толщина несущих элемен­тов— не менее 20 см. Для железобетонных ненапрягаемых конструкций марку бетона по прочности принимают не менее М200 для монолитных и не менее М300 для сборных элементов, а толщину их не менее 15 см. Для предварительно напряженных железобетонных конструкций марка бетона должна быть не менее М300. Марка бетона по водонепроницаемости должна быть не менее В-6 для конструкций, находящихся в водонасы­щенных грунтах, и не менее В-4 для конструкций, зало­женных в грунтах естественной влажности. Расчетные сопро­тивления бетона в бетонных и железобетонных конструкциях принимают в соответствии с действующими нормами (СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»).

Марку бетона по морозостойкости при расположении подзем­ного сооружения в необводненных грунтах, а также для назем­ных и полуподземных частей подземных конструкций (рампы, порталы, припортальные участки транспортных тоннелей, сходы в пешеходные тоннели и т. п.) принимают в районах со средне­месячной температурой самого холодного месяца 273—253 К не менее Мрз150, а при температуре ниже 253 К — не менее Мрз200. Если подземные конструкции залегают в водонасыщенных грун­тах и среднемесячная температура воздуха ниже 263 К, марка бетона по морезостойкости должна быть не менее Мрз300.

В практике подземного строительства наряду с обычными применяют особые виды бетонов, характеризующиеся меньшим удельным весом, повышенной прочностью на растяжение, мень­шей водопроницаемостью и т. п. Широкое распространение в тоннелестроении получил набрызг-бетон (торкретирование), наносимый на поверх­ность выработки под действием сжатого воздуха. Толщина от­дельных слоев набрызг-бетона (торкретирование) составляет около 3—5 см, а полная толщина покрытия может достигать 20 см и более. Увлажнение сухой смеси происходит только при вылете ее из сопла нагнетательной машины, причем водоцементное отношение составляет 0,35—0,5. При толщине покрытия более 8—10 см набрызг-бетон армируют стальной сеткой. Набрызг-бетон (торкретирование) имеет достаточно высокие прочностные характеристики, причем прочность на растяжение примерно на 10% выше, чем у обычного бетона. К достоинствам набрызг-бетона (торкретирование) относится хорошее сцеп­ление его с грунтом (1,5—2,5 МПа) и с арматурой (2,5—4,5 МПа); а также повышенная плотность и водонепроницаемость.

В последнее время начали применять дисперсное армирование набрызг-бетонного покрытия стальными иглами длиной 20—25 см и диаметром 0,4—0,5 мм. Такие иглы вводят в состав сухой смеси в количестве 3—5% по массе (около 140 кг на 1 м3 смеси). Дисперсно-армированный набрызг-бетон (фабронабрызг-бетон) характеризуется повышенной прочностью (Rсж увеличивается в 1,3—1,5 раза, а Rр при изгибе— в 1,2 раза) и деформативностью.

При щитовой проходке тоннелей в ряде случаев успешно применяют монолитную обделку из прессованного бетона. Бетонная смесь, состав которой практически не от­личается от состава обычных смесей, с водоцементным отноше­нием 0,5—0,6 укладывается за опалубку и прессуется щитовыми домкратами или автономными домкратными устройствами под давлением до 5 МПа. За счет отжатия части воды бетонная смесь приобретает водоцементное отношение 0,3—0,35 и обделка полу­чается прочной и водонепроницаемой. Уже через сутки прочность бетона может достигать < 10 МПа.

При возведении подземных конструкций иногда целесообраз­но применение облегченных или легких бетонов на пористых за­полнителях. Бетоны на искусственных заполнителях (керамзит, трепел, аглопорит и др.) или на природных заполнителях вулка­нического происхождения (пемза, шлак, туф) могут быть облегчен­ными плотностью 1,8—2,2 т/м3 и легкими плотностью 0,5— 1,8 т/м3. Такие бетоны характеризуются повышенной трещиностойкостью, долговечностью и морозостойкостью. Поскольку значения модуля упругости у них примерно на 30% ниже, чем у тяжелых бетонов, улучшаются условия совместной работы конструкции с окружающим грунтом. Изготовленные из облегченных и легких бетонов сборные элементы имеют сравнительно небольшую массу и более низкую стоимость, чем элементы из тяжелых бетонов.

Для сооружения подземных конструкций можно использовать полимербетоны, в составе которых в качестве вяжущего применя­ются синтетические смолы.

Полимербетоны характеризуются высокой прочностью на сжа­тие (до 70—80 МПа) и более высокой, чем обычные бетоны, проч­ностью на растяжение (6,4—7 МПа). Изготовленные из полимер­бетона образцы непроницаемы для воды при давлении до 2— 2,5 МПа. Полимербетон обладает стойкостью к химической агрес­сии, имеет высокие показатели сцепления с арматурой (6,5— 8 МПа). Он может применяться как для возведения монолитных, так и для изготовления сборных конструкций. Однако широкому внедрению полимербетонов в подземное строительство препятству­ет его повышенная ползучесть и не определенная пока долговеч­ность.

Наряду с полимербетонами можно применять бетонополимеры — бетоны на минеральном вяжущем, пропитанные под давле­нием полимерами и обладающие благодаря этому повышенной плотностью и водонепроницаемостью.

Перспективным в подземном строительстве может оказаться самонапряженный бетон на напрягающем цементе (НЦ). Послед­ний изготовляют путем совместного помола портландцементного клинкера, глиноземистого шлака и гипсового камня в соотноше­нии 70:15:15. Напрягающий цемент способен расширяться после набора прочности порядка 13—15 МПа, за счет чего в бетоне и арматуре создаются предварительные напряжения. Самонапряженный бетон характеризуется повышенной плотностью, водо- и газонепроницаемостью, трещиностойкостью и может быть исполь­зован как для возведения монолитных, так и для изготовления сборных конструкций подземных сооружений.

Несмотря на некоторые различия в свойствах, все виды бето­нов имеют существенные недостатки — невысокую прочность на растяжение и водопроницаемость. В связи с этим бетон применя­ют только в таких подземных конструкциях, которые заложены в сухих грунтах и работают главным образом на сжатие.

Широкое распространение при строительстве подземных кон­струкций получил железобетон. Наиболее эффективно использо­вать в городских условиях конструкции из сборного железобетона. Наличие в городах мощной индустриальной базы и широкого фронта работ в условиях массового подземного строительства, концентрации подземных объектов на сравнительно небольшой территории (в пределах города), возможность использования мощного грузоподъемного оборудования — основные предпосыл­ки для широкого внедрения сборного железобетона. Сборные железобетонные конструкции получаются более высокого качества, чем монолитные, изготовленные непосредственно на месте строи­тельства подземного сооружения. Индустриальные конструкции возможно делать тонкостенными и облегченными, что приводит к уменьшению размеров подземных выработок и сокращению объемов земляных работ. Сборные конструкции могут иметь гото­вую гидроизоляцию по наружной поверхности и отделку по внут­ренней.

Применение сборных железобетонных конструкций позволяет стандартизировать готовые элементы. Типовые блоки с единым размерным модулем обеспечивают взаимозаменяемость и воз­можность применения их в различных подземных сооружениях. Для повышения степени сборности конструкций, сокращения чис­ла их типоразмеров и марок следует унифицировать элементы сборных железобетонных конструкций в части их основных пла­нировочных параметров, расчетных нагрузок и геометрических размеров.

Уменьшение числа типоразмеров и марок элементов приводит к увеличению производительности заводского оборудования и сни­жению себестоимости и трудоемкости изготовления железобетон­ных конструкций. Преимущества применения сборного железо­бетона подтверждаются практикой подземного строительства прежде всего в Советском Союзе, где впервые в мире в широком плане начали применять сборные конструкции в подземных со­оружениях.

Арматурная сталь для изготовления железобетонных конструк­ций должна соответствовать требованиям ГОСТ 5781—82. Сталь используют также для изготовления несущих конструктивных элементов: перекрытий, колонн и прогонов каркасных подземных сооружений, тюбингов тоннельных обделок, а также элементов временной крепи (ограждение стен котлованов, арки, анкеры и пр.).

При строительстве подземных сооружений в сложных инже­нерно-геологических условиях в качестве несущих конструкций применяют обделки из чугунных тюбингов. Тюбинги изготовляют путем отливки их в формах с последующей механической обра­боткой бортов. В большинстве случаев в тоннелестроении приме­няют серый литейный чугун марок СЧ 21-40, СЧ 24-44, СЧ 28-48, расчетные сопротивления сжатию которого составляют 180—210, а растяжению 60—80 МПа. Находят также применение и более прочные виды чугуна: модифицированный серый чугун, содержа­щий графитизирующие присадки (МСЧ 32-52, МСЧ 352-56, МСЧ 38-60), а также синтетический высокопрочный чугун с шаровид­ным графитом (ВЧ 338-17, ВЧ 42-12, ВЧ 50-2, ВЧ 60-2, ВЧ 100-4). Созданный в нашей стране высокопрочный чугун (продукт пере­плавки отходов стали) обладает повышенной прочностью на рас­тяжение (в 2,5—3 раза выше, чем у серого чугуна), высокой из­носоустойчивостью и жаростойкостью.

comments powered by HyperComments
comments powered by HyperComments
Рейтинг@Mail.ru