Метод строительства сверху вниз
Описан метод строительства высотных зданий сверху вниз (TOP-DOWN), который применяется при устройстве глубоких котлованов в центральных районах крупных городов. Приведен пример строительства высотного здания Maintower во Франкфурте-на-Майне в Германии.
Рис. 1. Порядок производства работ при строительстве высотного здания Maintower во Франкфурте-на-Майне.Метод сверху вниз предусматривает одновременное устройство котлована, подземного пространства и фундамента здания. Принцип технологии сверху вниз состоит в возведении ограждения котлована, как правило, из буросекущихся свай или методом стены в грунте, с поверхности земли и поуровневым бетонированием перекрытий, которые работают как распорки во время строительства. Для поддержки перекрытий во время строительства производятся буровые колонны. При этом буровые колонны могут быть выполнены и как временные, учитывающие нагрузки на период строительства, и как постоянные конструкции.
Рис. 2. Пионерный котлован с распорками при строительстве высотного здания Maintower.После набора бетоном перекрытия достаточной прочности проводится последующая выемка грунта до уровня фундаментной плиты, который вывозится на поверхность через предварительно оставленные технологические отверстия в перекрытиях верхних этажей. С уровня возведенных перекрытий одновременно с идущей на нижних уровнях выемкой грунта для высотной части здания возможно строительство надземной части. С целью сокращения сроков строительства в области высотной части возможно устройство пионерного котлована. Одновременное строительство вверх и вниз в англоязычных странах называется TOP-DOWN, строительство вниз с поверхности земли - UP-DOWN.
Порядок производства работ при строительстве высотного здания Maintower во Франкфурте-на-Майне по методу TOP-DOWN схематично представлен на рис. 1.
Основной областью применения метода TOP-DOWN является устройство глубоких котлованов в центральных районах крупных городов. Зачастую этот метод используется при невозможности устройства анкеров в грунте вследствие стесненных грунтовых условий, имеющейся развитой подземной части на соседних участках или неурегулированных юридических взаимоотношений с владельцами соседних участков. Кроме того, этот метод используется при невысоких допустимых деформациях соседних зданий и сооружений. Несомненным преимуществом метода TOP-DOWN является ускоренный темп строительства при устройстве высотной части.
Пионерный котлован с распорками при строительстве высотного здания Maintower во Франкфурте-на-Майне (вид сверху) показан на рис. 2.
Метод UP-DOWN используется при транспортном строительстве, если небходимо сохранить возможность наземного движения транспорта во время строительства подземной части. На рис. 3 схематично представлен порядок производства работ при возведении подземного паркинга под Гете-плац во Франкфурте-на-Майне, при котором сохранялось движение автотранспорта.
Рис. 4. Узлы соединения перекрытия и ограждения котлована.Расчет конструкций подземной части должен производиться с учетом всех возможных строительно- монтажных процессов, очередности производства работ и эксплуатационных нагрузок. Заложенная в расчете очередность работ должна учитываться во время строительного производства.
При строительстве по методу сверху вниз ограждение котлована используется впоследствии как несущая конструкция. Во время строительства и эксплуатации здания должна обеспечиваться передача нагрузки от крепления котлована на перекрытия и наоборот. На рис. 4 показаны варианты устройства таких узлов для стены из буросекущихся свай (слева) и для стены в грунте (справа).
Рис. 5. Виды устройства буровых колонн: стальные профили (слева), железобетонные колонны заводского производства ( справа).Особенным конструктивным элементом при строительстве сверху вниз являются буровые колонны. При устройстве этих колонн с поверхности земли особенно важна их вертикальная установка и ограничение отклонения от оси. В этой связи буровые колонны зачастую производятся из стальных профилей меньшего сечения, чем колонны в конечном состоянии. В случае больших отклонений они могут служить как временные конструкции, при отклонениях в допустимых рамках они могут входить в сечение постоянной конструкции колонн. Возможно использование готовых железобетонных колонн, выравниваемых при погружении с помощью гидравлических домкратов. Для контроля их расположения используются инклинометры. Крепление колонн к арматуре перекрытия производится при помощи муфт.
Виды устройства буровых колонн представлены на рис. 5.
Производство работ по методу сверху вниз вследствие необходимости поддерживать перекрытия, работающие как распорки во время строительства, подразумевает устройство свайного либо свайно-плитного фундамента. На рис. 6 показаны временные (стальные трубы) и постоянные буровые колонны (железобетонные конструкции) на сваях при строительстве сверху вниз.
Так как производство ограждения котлована, фундамента, выемка грунта и строительство подземных этажей, а также зачастую надземной конструкции ведется параллельно во времени, необходимо тесное сотрудничество между всеми проектировщиками, подрядчиками и заказчиком.
Рис. 6. Устройство временных и постоянных буровых колонн.При многих преимуществах метода строительства сверху вниз он в большинстве случаев ведет к удорожанию строительного производства по сравнению со строительством в открытом котловане. Производство зачастую осложняется большим количеством логических зависимостей, таким образом, осложняется параллельное ведение различных видов работ. Особую сложность представляет собой организация снабжения и логистики при подобном виде работ. Необходимо отметить, что устройство котлована по методу сверху вниз требует высокой квалификации подрядчика и детальной проектной проработки.
Так как производство котлована по методу сверху вниз считается одним из самых сложных видов строительного производства с геотехнической точки зрения, необходимо предусматривать комплексную программу мониторинга во время строительства.