Ограждение котлована

Технология шпунтового ограждения котлованов

Требования к укреплению котлованов в зависимости от их глубины и типа грунта изложены в СНиП 3.02.01-87 (актуал. ред. СП 45.13330.2012):

• котлованы с песчаными стенками необходимо укреплять, начиная с 1 м;
• котлованы в супесях – от 1,25;
• в мягких глинах и суглинках – от 1,5;
• в плотных глинах и других плотных грунтах – от 2.

Необходимость укрепления грунта в процессе устройства земляных сооружений возникает по естественным причинам. При выемке грунта его внутренние связи ослабевают, стенки образовавшейся полости подвержены разрушению.

Степень риска зависит от состава грунта, его физических характеристик – вязкости, сыпучести. Нестабильность усиливается за счет грунтовых вод (а также речных или морских в процессе возведения различных береговых конструкций). В итоге:

• стенки деформируются, грунт осыпается/оплывает внутрь, на рабочую площадку, и создает помехи для строительства;
• соседние с карьером участки грунта тоже деформируются. Это чревато повреждениями уже существующих построек, представляет опасность для рабочих и техники.

Решение этой проблемы – укрепление стенок сооружения. Самый дешевый и быстрый способ укрепления – устройство шпунтового ограждения котлована. Его альтернативы:

• устройство стены в грунте из буросекущих свай. Минус – процесс длительный, приходится ждать застывания бетона;
• стенка из деревянного шпунта. Минусы – стенка не рассчитана на большие нагрузки, деревянный шпунт гниет в земле;
• стенка из железобетонного шпунта. Минусы – большой вес, сложность монтажа.

Независимо от других недостатков, у всех этих ограждений есть один общий минус: они используются однократно. Бетонные шпунты и сваи впоследствии часто входят в состав фундамента. Демонтаж по окончании работ невозможен или нецелесообразен.

Металлический шпунт легко демонтировать и можно использовать на следующем объекте. Оборачиваемость металлошпунта достигает 20 циклов. Благодаря этой особенности цена устройства шпунтового ограждения котлована практически сводится к стоимости самих работ, материал обходится очень дешево.

Ограждение состоит из шпунтовых свай, соединенных друг с другом пазогребневыми замками. Особенности соединения зависят от вида профиля. Например, корытообразные шпунты Ларсена мы при монтаже разворачиваем относительно друг друга на 180 градусов, чтобы гребни соседних шпунтин смотрели в противоположные стороны.

Металлошпунты делятся на два типа:

• профильные – шпунты Ларсена и аналогичные. Профиль может быть корытообразным, зетовым, S-образным, плоским;
• трубные – отрезки стальных труб. Этот шпунт отличается повышенной устойчивостью к горизонтальным подвижкам грунта. Он тяжелее профильного, монтаж требует больших мощностей. Трубошпунты мы используем на очень нестабильных грунтах и в суровых климатических условиях.

Кроме повышенной прочности у трубошпунта есть еще одно преимущество перед профильным: на поворотных элементах замки могут быть размещены под любым углом друг к другу. За счет этого можно изготовить стенку практически любой конфигурации.

Оба типа шпунтов существуют в большом ассортименте. Масса и габариты изделия, его прочностные характеристики зависят от марки, например:

• шпунт Л4 изготавливается из стали СТЗКП, его рабочая ширина – 40,5 см, вес – 74 кг/п.м;
• Л5 – из стали 16ХГ, ширина 42 см, вес 100 кг/п.м;
• LP – сталь S270GP, 75 см, 60 кг/п.м;
• Омега – 75 см, 88 кг/п.м;
• Л5-УМ – сталь СТЗКП, ширина 75 см, вес 114 кг/п.м и т.д.

Чтобы выбрать подходящую модель, мы выполняем расчет шпунтового ограждения котлована. Основной фактор, воздействующий на шпунт – опрокидывающее усилие со стороны грунта. Сопротивление материала должно быть выше этого усилия. Вычисляется по формуле М1< my x M2. Обозначения:

• M2 – сопротивление опрокидыванию;
• М1 – опрокидывающее усилие;
• m и y – коэффициенты условий работы и надежности, приведены в таблицах СНиП. Зависят от особенностей грунта. Например, коэфф. m для слабого грунта принимается 0,7; коэфф. y для сухого грунта – 1,1, в обводненных условиях – 1,2 и т.д.

Основные технологии погружения:

• забивка молотом. Вариант дешевый и высокоэффективный, но самый разрушительный из всех: сильные вибрации передаются на грунт и далее, к фундаментам расположенных рядом сооружений. В районах с плотной застройкой эта технология не применяется. Кроме того, большое усилие от молота может привести к деформации шпунта;
• статическое вдавливание – наиболее деликатный метод, не оказывает негативного влияния на окружающую среду. Минус – низкая эффективность на плотных грунтах;
• вибропогружение. Универсальный вариант: подходит для всех грунтов, кроме скальных. Вибрации есть, но при серьезном риске мы снижаем их уровень с помощью лидерного бурения.

В зависимости от грунта и других особенностей объекта мы также применяем комбинированные методы – вибровдавливание или виброударный, либо выполняем погружение с использованием вспомогательных технологий – бурение лидерных скважин или подмыв с использованием гидравлического оборудования. Выбор и особенности способа погружения мы обосновываем в проекте.

Лидерное бурение мы выполняем в следующих ситуациях:

• для уменьшения вибраций в районах с плотной застройкой;
• для снижения рабочего усилия вибропогружателя на плотном грунте;
• при наличии в составе грунта значительных каменистых включений;
• при наличии в разрезе песчаных слоев большой толщины, которые могут привести к дестабилизации всего участка. В этом случае лидерная скважина не только позволяет снизить уровень вибраций при погружении, но и выполняет функцию направляющей.

Последний этап устройства шпунтового ограждения – укрепление готовой стены. Его необходимость определяется расчетом и зависит от глубины котлована, характеристик грунта, типа шпунта. Основные виды усиливающих конструкций:

• распределительный пояс (обвязка) состоит из горизонтальных стальных балок или швеллеров, которые крепятся к шпунтам сплошной полосой по всему периметру котлована. В зависимости от высоты стенки у обвязки может быть несколько уровней, верхний из которых мы располагаем не глубже двух метров от поверхности;
• анкерное крепление – погруженные в грунт анкера, соединенные со шпунтами стальными тягами;
• подкосы – металлические элементы, располагающиеся диагонально. Одним концом подкос подпирает шпунт, вторым опирается на плиту фундамента или на сваю;
• распорная система – горизонтальные балки, расположенные выше дна котлована, опирающиеся концами на противоположные стенки ограждения (либо на смежные стенки, в углах котлована). Средний шаг – 5 м. В зависимости от глубины может быть несколько уровней;
• сочетания крепежных конструкций – обвязка + распорки, обвязка + анкерные тяги и т.д. В любой комбинации мы сначала устанавливаем распределительный пояс, потом второй элемент.