Подвесной котлован что это

Необходимость, виды и способы установки шпунтового ограждения

Процесс создания котлована включает в себя много важных этапов. Одним из них является создание ограждение для стенок, чтобы предотвратить обрушение.

Укрепление стенок шпунтами – надежный способ защиты котлована.

Рассмотрим технологию шпунтового ограждения котлована подробнее.

Что это такое?

Шпунтовое ограждение представляет собой сплошную стенку, составленную из одинаковых элементов, соединенных друг с другом.

Связь отдельных шпунтов позволяет конструкции выдерживать большие нагрузки и оставаться надежным укреплением для стен котлована.

Повышенная прочность и устойчивость позволяют применять шпунтовое ограждение на слабых почвах:

Некоторые разновидности шпунтов используются при укреплении береговой линии. Они широко применяются для широких котлованов с глубиной более пяти метров.

Строительные нормы и правила

СП 45.13330.2017 регламентирует обустройство земляных сооружений. В соответствии с требованиями документа при обустройстве шпунтовых ограждений, а также других строительных работах, необходимо учитывать пересечения с действующими коммуникациями. Особенное внимание следует уделять линиям связи, силовым кабелям и магистральным трубопроводам.

СНиП 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве» не требует применения каких-то конкретных методов укрепления отвесных стенок котлованов и траншей, но запрещает осуществление работ в таких выемках без дополнительного укрепления стен, если их глубина превышает:

Также обустройство конструкций ограждений регламентируются с помощью ГОСТ Р 57365—2016 «Стены шпунтовые. Правила производства работ».

Согласно данному документу, рекомендуется заранее проводить предварительную подготовку строительного участка к размещению шпунтов, маркировать отдельные сваи, а также проводить инженерные изыскания для определения необходимости использования шпунтового ограждения.

Разновидности

Для создания ограждений котлованов применяется несколько видов шпунтов. Каждая разновидность имеет свои особенности и назначение, вид шпунта также может ограничивать возможности применения технологий монтажа.

Шпунт Ларсена

Представляет собой металлический профиль особой формы, называемой «корытообразной». Края шпунта снабжены замками, которые делают ограждение цельной конструкцией. Размеры профиля могут достигать 35 метров в длину. Ширина составляет 0,8 м, а толщина варьируется от 1,5 до 2,3 см.

Существуют различные модели данного вида шпунта, которые могут отличаться как размерами, так и формой. Одна из моделей – Л5:

Как правило, шпунт Ларсена монтируется с помощью вибрационного оборудования. Сфера применения – сложные и повышенной сложности объекты. Хорошо показывает себя на неплотных грунтах, болотистой почве, защищает котлованы от грунтовых вод.

К недостаткам изделия можно отнести высокую стоимость и то, что при установке требуется более высокая точность монтажа, чем при работе с другими видами шпунтов.

Все современные стальные шпунты представляют собой различные аналоги шпунта Ларсена. Могут отличаться от него формой и конструкцией замков, которые улучшают прочностные характеристики, а также упрощают забивку свай.

По функциональному же назначению и свойствам стальные шпунты других конфигураций совершенно идентичны шпунту Ларсена.

Металлические трубчатые сварные

Особый вид металлических стальных шпунтов – трубчатые сварные. За счет своей формы они выделяются среди аналогов и отличаются от шпунтов Ларсена повышенной в несколько раз устойчивостью к нагрузкам. Другое достоинство – большие сроки службы. К недостаткам относится высокая цена крепления устройства из стальных труб.

Деревянные

Шпунты, изготовленные из древесины – самая старая разновидность. Допускается делать ограждения из бревен, досок, бруса. Элементы погружают в почву на глубину до 6 метров, монтируют в один или два ряда, вплотную друг к другу.

При обустройстве ограждения из специально обработанного бруса, в каждом элементе имеется выступ и паз, что позволяет связать между собой элементы конструкции.

Основные преимущества:

К отрицательным качествам стоит отнести трудоемкость монтажа, низкие прочность и устойчивость к воздействию окружающей среды в сравнении с металлическими и пластиковыми шпунтами.

Полимерные

В качестве альтернативы металлическим шпунтам, можно применять элементы из полимерных материалов. Наиболее популярны ограждения из ПВХ.

Они обладают повышенной сопротивляемостью к коррозии, стойки к механическому воздействию. Панели из ПВХ обладают небольшим весом, а потому облегчается их установка, что уменьшает сроки монтажа.

Железобетон

Изготовлены из армированного бетона. По краям имеют пазы, которые позволяют соединять соседние шпунты в ограждении. Максимальная длина – 16 метров. Отличаются большим весом, а также склонностью к растрескиванию, потере целостности при механическом повреждении.

Нет возможности демонтажа, после возведения здания становятся внешним периметром фундамента. Применяются при постройке гидротехнических сооружений.

Применяемые технологии шпунтирования

Основные разновидности методик погружения шпунта, которые могут применяться как по отдельности, так и комбинироваться в различных сочетаниях:

Для работы применяются разнообразные машины. Каждая из технологий предъявляет к технике особые требования. Наибольшее распространение имеют следующие установки:

Наиболее эффективным являются вибрационные методы, а использование свайного копра позволяет вибраторам достичь превосходной точности при монтаже шпунта на заданную глубину.

Вибропогружатель

Методика вибропогружения улучшает точность установки свай и уменьшает их склонность к перекашиванию. Для работы применяются строительные машины с навесной виброголовкой.

Перед началом работы ее соединяют со шпунтом. За счет вызываемых оборудованием частотных колебаний плотность грунта уменьшается, и свая постепенно проникает в землю, уходя на требуемую глубину.

Основные части агрегата:

Хоть работа вибромашин и меньше влияет на окружающее пространство, чем действие забивных свайных агрегатов, но вибрация также может оказывать отрицательное действие на окружающие сооружения. Передаваясь через грунт, она хорошо воспринимается фундаментами зданий и передается на несущие конструкции, что может приводить к их разрушению.

Для снижения эффекта, вызываемого вибрациями, используют высокочастотные установки, их негативное воздействие на близлежащие строения оказывается существенно меньше.

Забивка гидравлическим молотом

Вибрационные методы плохо действуют, если требуется устанавливать шпунтовое ограждение в плотный песок, гравий, в случае, если они расположены выше грунтовых вод, а также в связанный грунт. В этом случае более действенными являются ударные способы монтажа свай.

Для работы может использоваться гидравлический молот, который представляет собой вертикально установленную штангу с бойком. Боек перемещается по штанге и ударяет по шпунту, загоняя его в землю.

Это наиболее простой и дешевый способ монтажа шпунта, однако данная методика неприменима в густозаселенных районах, рядом с историческими и архитектурными памятниками.

Через грунт на окружающие сооружения передаются ударные нагрузки, которые приводят к снижению прочности фундаментов, несущих конструкций и может вызывать деформацию сооружений.

Забивка с лидерным бурением

Чтобы сваи было проще устанавливать, работа шла быстрее применяется технология лидерного бурения.

Для этого применяется шнековый бур, который осуществляет локальное разрыхление земли, создавая скважину с низкой плотностью грунта. Процесс бурения осуществляется с помощью специальных агрегатов – мобильных буровых установок.

Данный метод успешно используется при работе на мерзлых и плотных грунтах, где необходимость его применения очевидна. Лидерное бурение востребовано при строительстве на почвах с низкой плотностью – здесь это обусловлено невозможностью применять вибрационные и ударные методы погружения из-за высокого риска обрушения стен котлована.

В местах с высоким уровнем грунтовых вод предварительное бурение помогает обеспечить точность установки сваи, заранее задавая траекторию ее погружения.

Завинчивание и вдавливание, статическое вдавливание

Вибрационные и шумовые воздействия, оказываемые при забивке и вибропогружении могут далеко распространяться и оказывать негативное воздействие на окружающую местность.

Если недалеко находятся строительные конструкции, чувствительные к данным типам воздействий, то они будут повреждаться. Особенно ощутимо воздействие, если здания расположены на песчаных, рыхлых грунтах.

Водонасыщенный песок при вибрации склонен уплотняться, а значит грунт будет проседать, что приведет к разрушению фундамента близлежащих сооружений.

В таком случае безопаснее применять способы завинчивания или вдавливания шпунта. Хорошо подходит для глин, суглинков, песчаных грунтов, а также других почв, обладающих низкой плотностью.

Главные достоинства метода:

К недостаткам стоит отнести большую массу и размеры оборудования, что затрудняет подготовку его к работе и перевозку. Все элементы агрегата транспортируются несколькими грузовыми автомобилями, что сказывается на стоимости строительства, поэтому данный метод используется исключительно при строительстве крупных объектов или возведении больших массивов зданий.

Погружение с подмывом

Погружение с подмывом, когда вода идет под высоким давлением, является эффективным способом при установке шпунтов в грунты высокой плотности.

Методика предполагает введение небольшого количества воды или специального раствора через форсунки, расположенные около подошвы сваи.

Малый расход жидкости дает возможность хорошо контролировать степень размытия грунта. Поэтому негативное воздействие оказывается лишь на небольшом участке, по ходу движения шпунта, и незначительно влияют на прочность почвы.

При работе на плотном грунте используют воды под низким давлением. В таком случае вода оказывает незначительное действие на свойства грунта и не приводит к его просадке.

Промывку здесь, как правило, используют в качестве вспомогательной функции при вибрационном погружении свай. Особенно эффективна промывка в сочетании с высоковибрационным воздействием.

Расчеты

Шпунтовое ограждение делают перед началом работ по созданию котлована. Элементы, которые примут на себя основную нагрузку, забивают в землю. На начальном этапе система находится в равновесии и на шпунт грунт давит с обеих сторон с одинаковой силой.

После того, как начата разработка выемки, давление с одной стороны – с внутренней стороны котлована – снижается по мере того, как уменьшается количество грунта в этой зоне. Баланс нарушается, грунт с внешней стороны начинает давить на ограждение. Поэтому необходимо заранее произвести расчет шпунта, чтобы понимать какую нагрузку он сможет выдержать.

В ходе вычислений определяют необходимые размеры поперечного сечения и требуемую глубину погружения. Они должны быть такими, чтобы ограждение не просто оставалось устойчивым и сохраняло равновесие грунтов, но и оставался определенный запас прочности.

Расчеты могут производится одним из двух методов: графоаналитическим и аналитическим.

Параметры шпунтового ограждения определяются из условия Mu≤(m/yn)Mz, где:

Для определения момента сопротивления опрокидыванию необходимо вычислить несущую способность шпунта согласно общей формуле для расчета несущей способности свай F= yc(ycrR·d + V·∑ ycri·fi·li), где:

Значения коэффициентов берутся из соответствующих нормативных документов и определяются отдельно для каждой разновидности шпунта. Окончательные расчеты проводятся путем составления эпюр и подбора глубины забивки таким образом, чтобы выполнялось условие (1). В ходе вычислений также необходимо дополнительно проверить стенку, балки и распорки на прочность, а сам шпунт на разрыв замка.

Этапы работ

Установка шпунта может осуществляться несколькими способами:

Технологии отличаются по характеру воздействия и выбираются в зависимости от типа грунта, а также условий строительства. Но принципы установки в основном схожи и представляют собой погружение, тем или иным способом, сваи в почву.

Поэтому общий порядок действий сохраняется, а изменения касаются немногочисленных особенностей применения той или иной технологии:

При многократном использовании шпунта Ларсена верхняя часть профиля может деформироваться. Рекомендуется ее обрезать, чтобы продолжить эксплуатацию элемента.

После завершения установки шпунта, осуществляется контроль глубины его погружения. Разница между фактическим залеганием элементов и проектным значением не должна превышать предельно допустимые отклонения иначе производится выемка шпунта и повторный его монтаж.

Укрепление

В ходе строительных работ, проводимых на слабых грунтах, существует высокая вероятность проседания, деформации и даже обрушения шпунтового ограждения. Поэтому его необходимо дополнительно укреплять. Разработано несколько эффективных технологий, которые повышают устойчивость шпунтов.

Установка анкеров

При обустройстве шпунтового ограждения часто применяется метод, заключающийся в использовании для укрепления конструкции специальных анкеров. Их закладывают в грунт, находящийся за пределами зон активного взаимодействия почвы и шпунта. Один такой анкер способен выдерживать нагрузку до 500 кН.

Монтаж упрочняющих элементов производится по всему периметру котлована, промежутки между соседними анкерами делают 1-3 метра. Для максимизации эффекта элементы устанавливают под углом (от 30° до 60°).

Каждый анкер представляет собой железобетонную конструкцию, заглубленную в грунт. Для его закладки делается скважина, в которой затем размещается металлическая арматура и тяга. Затем скважина заливается бетоном. Когда раствор застынет, тягу крепят к шпунту, проводя её через специально сделанное для данной цели отверстие и фиксируя с помощью крепежных элементов.

Для успешной реализации данного метода необходимо выполнять все работы тщательно, с большой точностью, что требует больших трудозатрат и повышает финансовые расходы на строительство объекта. Поэтому анкеры устанавливают только в тех случаях, когда размеры котлована не позволяют применять распорные элементы.

Распорные крепления

Распорки устанавливаются, если это позволяет сделать расстояние между противоположными стенками котлована. Максимальное допустимое расстояние зависит от типа грунта и вида применяемых распорных элементов.

Обычно в этом качестве используют металлические трубы, которые устанавливают в несколько ярусов с промежутками от 4 до 6 метров. Если длина распоров велика, то применяют специальные стойки из двутавровой балки или шпунта.

Такой метод укрепления отличается повышенной металлоемкостью. Чтобы снизить данный параметр, можно применять инвентарные рамы. При этом на шпунты ограждения накладываются инвентарные щиты. Если размеры котлована невелики, а почва плотная, то можно обойтись без распоров, применив консольное закрепление шпунтов.

Ограждения консольного типа

Если глубина котлована составляет менее пяти метров, то допустимо использовать шпунты, закрепленные в грунте. Нижняя часть элемента погружается в почву ниже днища выемки – следует убедиться, что она надежно защемлена и не имеет тенденции к обрушению.

При установке шпунтов в слабых грунтах, их заглубляют более чем на две трети высоты котлована. Для повышения прочности конструкции по верхней части ограждения монтируют обвязочную раму, сделанную из балок различных сечений.

При таком методе укрепления необходимо запретить перемещение тяжелой техники рядом с котлованом. Также вблизи ограждения нельзя размещать и хранить стройматериалы.

Типичные ошибки

Чаще всего при обустройстве крепления котлована появляются сложности, которые трудно устранить. Поэтому следует заранее позаботится о соблюдении требований строительных норм и правил:

Если до начала работ изыскания были проведены недостаточно хорошо, то это может привести к серьезной аварии следствием которой могут стать ощутимые финансовые потери.

Необходимость исправлять ошибки может значительно повысить расходы на строительство, а значит каждый этап работы необходимо тщательно готовить. Также следует ответственно подходить к выполнению всех технологических операций установки шпунтового ограждения котлована.

Стоимость создания

Для расчета стоимости создания шпунтового ограждения необходимо знать тип шпунта, периметр и глубину котлована. Тогда не составит труда вычислить количество элементов, которые понадобятся во время строительства.

Так, например, для обустройства котлована периметром 120 метров, применяя шпунт Ларсена Л5, понадобится порядка 240 элементов общим весом около 657 тонн.

Полученные значения позволят определить затраты на доставку – количество рейсов вычисляется исходя из грузоподъемности автомобиля, километраж, определяется по дальности расположения строящегося объекта. Аналогично определяется стоимость погрузочно-разгрузочных работ.

Цена же монтажа шпунта зависит от количества погонных метров погружаемого шпунта – здесь пригодится знание глубины проектируемого котлована – а также от тарифов строительных организаций, предоставляющих услуги монтажа шпунтового ограждения.

В среднем стоимость работ составляет от 450 рублей за погонный метр.

Все самое важное и полезное о котловане и его разработке найдете в этом разделе.

Заключение

При всем многообразии разновидностей, материалов и технологий укрепления грунта во время строительных работ, обустройство шпунтованного ограждения остается самым эффективным способом упрочнения котлованов.

Источник

§ 145. КОТЛОВАННЫЙ СПОСОБ

Крепление котлованов металлическими сваями. Наиболее распространено временное крепление вертикальных стен котлована металлическими сваями (рис. 524).

Металлические сваи представляют собой двутавровые балки № 36—60, погружаемые вдоль котлована на расстоянии 0,9—1,2 м одна от другой. Профиль двутавровых балок зависит от ширины и глубины котлована и числа рядов распорок (расстрелов) между ними; наибольшее применение имеют двутавры № 40—55.

Ширину котлована принимают на 30—50 см больше ширины возводимого сооружения на случай отклонения свай при их забивке и для того, чтобы при выдергивании свай не повредить обделку тоннеля. При сборных обделках полное уширение котлована может доходить и до 2,2—2,4 м по условию устройства гидроизоляции.

Доски закладывают за полки двутавров по мере углубления котлована. Каждый последующий ряд досок подводят снизу, плотно прижигают к грунту при помощи клиньев, вгоняемых между доской и полками двутавров. Сваи распирают одним или двумя рядами расстрелов в зависимости от глубины котлована и интенсивности бокового давления. Для котлованов глубиной до 10 м, в которых может быть возведено подавляющее большинство сооружений мелко заложенной линии метрополитена, при благоприятных условиях может быть поставлен один ряд расстрелов. При глубине котлована 4—5 м возможно применение свай консольного типа.

В котлованах глубиной более 10 м ставят два ряда расстрелов. При этом нижний ряд съемных расстрелов устанавливают на высоте не менее 30 см от верха лотковой плиты, чтобы обеспечить возможность ее кладки или бетонирования; с этой же целью верхний ряд расстрелов устанавливают на высоте 50 см от верха перекрытия.

Расстрелы могут быть деревянные (из двух соединенных между собой бревен Ø 20—30 см) или металлические различных сечений: швеллерные состоящие из двух швеллеров №30 или 40 с накладками из листов через 0,8—1,2 м; трубчатые Ø 15—20 см или в редких случаях в виде сквозных ферм. Наибольшее применение имеют металлические расстрелы, употребляемые для котлованов шириной от 6 до 20 м.

В местах опирания расстрелов к сваям прикрепляют продольные пояса из швеллеров №24 или 26 для распределения усилий.

На одном или обоих концах расстрел имеет выдвижные части длиной 1,7 м из двух швеллеров, которые служат для раскрепления его на сваи посредством металлических клиньев и вкладышей.

Боковое давление грунта, воспринимаемое промежуточными сваями, передается на подкосы, имеющиеся по концам расстрелов (см. рис. 524).

Расстояние между расстрелами в продольном направлении составляет обычно от 3,6 до 4,5 м, но может быть увеличено до 6 и даже 10м при условии усиления продольных поясов.

Если ширина котлована превышает 20 м, можно применять дополнительные ряды свай и комбинированное крепление, состоящее из металлических и деревянных расстрелов (рис. 525).

При сооружении тоннелей в котлованах обычно применяют следующий порядок производства работ. По длине сооружаемого участка по обеим сторонам котлована проходят разведочные траншеи шириной 0,8 м и глубиной 1,2 м. Назначение этих разведочных траншей заключается в уточнении расположения подземных городских коммуникаций и облегчении забивки свай, так как сваи забивают в грунт из этих траншей.

Сваи погружают до необходимой глубины, превышающей глубину котлована на 3—5 м, вибраторами или молотами, установленными на копрах, передвигающихся вдоль котлована по специально уложенным путям. Погружение свай на глубину 12—14 м ведет бригада из 4—5 чел. Производительность такой бригады — от 8 до 12 свай в смену. Если расчетная длина свай превышает стандартную, их выполняют сварными из нескольких стандартных секций.

Котлован глубиной до 10 м разрабатывают в два захода (рис. 526). Первую заходку делают на глубину не более 4 м с разработкой в средней части котлована траншеи глубиной 2,5 м для пропуска экскаватора под расстрелами (рис. 527). Грунт первой заходки разрабатывают драглайном. Вторую заходку до полной глубины котлована разрабатывают экскаватором (прямая лопата) или грейфером.

Наиболее целесообразно применять для разработки котлована экскаваторы универсального типа, которые можно использовать как механические лопаты, драглайны и краны.

При наличии воды применяют искусственное водопонижение.

Крепление стен котлована ведут одновременно с разработкой грунта. За полки двутавров заводят доски и расклинивают их. После разработки котлована до отметки расстрелов верхнего ряда устанавливают продольную связь между сваями в виде поясов из швеллеров. Затем краном опускают расстрелы, устанавливаемые на каждую третью сваю.

Для разработки грунта второй заходки делают съезд для автомашин с уклоном до 0,01 (см. рис. 526), по которому опускают экскаваторы и автомашины. Вслед за разработкой котлована сооружают обделку с одновременным выполнением гидроизоляционных работ.

Обделки из монолитного бетона или железобетона сооружают в три приема: сначала делают лоток, затем стены и перекрытие. Бетон подают краном в ковшах по деревянным лоткам или металлическому шарнирному желобу; при этом используют инвентарную подвижную опалубку. Элементы сборных обделок укладывают козловым или стреловым краном.

После сооружения тоннеля ведут обратную засыпку котлована грунтом, выдаваемым из котлована на головных участках.

Зазор между тоннелями и креплением котлована засыпают песком слоями 30—50 см; каждый слой поливают водой и утрамбовывают. Сваи вытаскивают приспособенным для этой цели самоходным краном.

Заключительной работой является планировка строительной площадки, снос временных сооружений и асфальтирование поверхности.

Крепление котлованов стальным шпунтовым ограждением целесообразно при сооружении тоннелей в водонасыщенных и не отдающих воду породах, имеющих в основании водоупорный слой. Расположение крупных зданий на призме обрушения также вызывает необходимость применения шпунтового ограждения, как более надежного против осадок зданий. Необходимая жесткость крепи обеспечивается постановкой дополнительных расстрелов.

Наиболее удачной конструкцией являются шпунты корытообразного профиля Ларсен III, IV и V со следующими характеристиками:

Порядок производства работ при сооружении тоннелей мелкого заложения с применением стального шпунта остается таким же, как и при креплении котлована сваями. После сооружения тоннеля стальные шпунты выдергивают.

Крепление котлованов способом замораживания применяют в сложных геологических и гидрогеологических условиях при глубоком расположении водоупорного слоя и при замкнутых котлованах значительной площади, крепление стен которых сваями или шпунтами и расстрелами было бы слишком сложным. Искусственное замораживание грунта по контуру таких котлованов создает стены не только водонепроницаемые, но и воспринимающие активное давление грунта.

В котловане, освобожденном от временной крепи, создаются благоприятные условия для механизации выемки грунта и укладки бетона или готовых конструкций.

Анкерное крепление применяют в случаях разработки котлованов значительных размеров при возведении в них подземных вестибюлей или для сооружения перегонных тоннелей и станций метрополитенов. Сущность этого способа состоит в том, что обычную свайную крепь 1 котлованов заанкеривают в грунт за линией естественного откоса. Необходимость в установке расстрелов (рис. 528, а) отпадает. Наиболее целесообразно применение нагнетаемых железобетонных анкеров, обеспечивающих надежную связь их с несвязным грунтовым массивом (песок, гравий).

Усилие, воспринимаемое анкером длиной в 3—4 м, достигает 20—30 тс.

Остальную часть скважины заполняют цементным молоком под давлением 5 кгс/см 2 для образования защитной оболочки 5 вокруг стержня анкера. Эту часть анкера иногда защищают от коррозии полиэтиленовой трубкой. Через головную часть 6 анкера усилие передается на ограждение котлована.

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены

Источник