Укрепление котлованов

Технология укрепления котлована

В процессе рытья котлованов и траншей ослабевают внутренние связи в грунте независимо от его типа. Укрепление откосов котлована при возведении фундаментов и устройстве подземных сооружений необходимо по следующим причинам:

• в отсутствие прочного сдерживающего барьера грунт со стенки будет осыпаться;
• существует риск затопления котлована грунтовыми (речными, морскими, паводковыми) водами;
• существует угроза повреждения эксплуатируемых построек во всей прилегающей к котловану зоне, поскольку при оползании стенок котлована соседние с ними участки тоже придут в движение.

Основных технологий укрепления котлованов две: буросекущие сваи (стена в грунте) и шпунтовое ограждение.

Стена в грунте представляет собой сплошной частокол из железобетонных свай, сформированных прямо в грунте и частично перекрывающих друг друга. Достоинство этой технологии – практически неограниченная несущая способность (зависит только от габаритов свай). Основных недостатков в сравнении с металлошпунтом несколько:

• дольше сроки возведения – необходимо учитывать время затвердевания бетона;
• низкая экономичность, поскольку ограждение возводится из необорачиваемых материалов, демонтажу и повторному использованию не подлежит;
• непластичность. В отличие от металлошпунта бетонная стенка подвержена растрескиванию при подвижках грунта.

Относительным плюсом буросекущей стены можно считать отсутствие вибраций при монтаже. Но при погружении шпунтов вибрации тоже можно свести к минимуму (мы обычно используем для этого лидерное бурение). В итоге основным преимуществом стены в грунте остается высокая несущая способность. Мы обычно применяем эту технологию с расчетом, что сваи впоследствии войдут в структуру фундамента. Это отражено в проекте.

Шпунтовая стенка представляет собой сплошное ограждение из шпунтовых свай, соединенных друг с другом пазогребневыми замками. Преимущества этого типа ограждения:

• высокая скорость монтажа при относительно низкой энергоемкости (материал достаточно легкий);
• оборачиваемость (у металлических шпунтов она достигает 20 циклов), предельно удешевляющая процесс;
• прочность и устойчивость ограждения.

Кроме металлических существуют шпунты железобетонные, деревянные и полимерные. Все они проигрывают стальным по разным причинам:

• бетонные – большой вес, энергоемкость монтажа, отсутствует оборачиваемость материала;
• деревянные – низкая прочность, низкая несущая способность, отсутствует оборачиваемость;
• полимерные – оборачиваемый материал, но значительно уступает стальному шпунту по прочности.

Металлошпунт бывает двух видов – трубный и профильный (шпунт Ларсена и другие аналогичные). Профиль может быть:

• корытообразный (трапециевидный);
• S-образный;
• Z-образный;
• плоский.

Чаще всего мы используем корытообразный шпунт, и у него самый большой сортамент. При монтаже отдельные элементы устанавливаются с разворотом друг относительно друга на 180°, что обеспечивает повышенную устойчивость стенки.

Шпунты Ларсена универсальны и подходят для монтажа ограждений в подавляющем большинстве случаев. Там, где их рабочих характеристик не хватает, мы используем трубошпунты. Их отличия от профильных:

• больше масса;
• монтаж требует больших затрат энергии;
• выше прочность плюс возможность дополнительного усиления – полость шпунта можно забетонировать или поместить внутрь стальной швеллер;
• высокое сопротивление опрокидыванию, практически отсутствует веерность.

Мы используем трубошпунт для укрепления котлована на нестабильных грунтах, где боковое давление на стенку очень высокое. Варианты монтажа:

• временная стенка;
• стационарная стенка (впоследствии будет служить усилению фундамента);
• отдельные трубошпунты в составе ограждения из профильных. Мы их устанавливаем в критических точках периметра.

Кроме ограждений мы используем трубный шпунт для монтажа береговых конструкций в суровых климатических условиях.

Нормативы на производство металлических шпунтов содержатся в следующих разделах ГОСТ:

• 380-94 и 4543-81 – марки высокоуглеродистых сталей;
• 1497, 9454 и 14019 – правила испытания металлошпунта на устойчивость к нагрузкам;
• 4781-85 – форма профиля и замки;
• 7566 – правила маркировки.

Устройство стенки начинается с изучения грунта на участке и составления проекта. При расчете параметров ограждения мы учитываем в первую очередь особенности грунта:

• состав и структуру, вязкость, сыпучесть;
• наличие и уровень грунтовых вод;
• характер напластования.

Исходя из этих параметров, с учетом поправочных коэффициентов СНиП, мы вычисляем боковое и вертикальное давление на шпунт и определяем момент сопротивления опрокидывающему усилию. Далее выбираем подходящую марку и типоразмер шпунта.

Предварительный этап работы включает в себя разметку участка, подвоз материала и транспортировку оборудования. После этого мы переходим непосредственно к погружению. Технологии погружения:

• забивка молотом. Практически не применяется в черте города из-за шума и сильных разрушительных вибраций;
• статическое вдавливание. Безопасная технология, оптимальная для мягких грунтов;
• вибропогружение. Подходит для всех грунтов, кроме скальных. Допускается использование в черте города при условии понижения уровня вибраций.

Для уменьшения вибраций мы применяем технологию лидерного бурения или подмыв с помощью гидравлического оборудования.

Существуют также комбинированные методы погружения – виброударный и вибровдавливание. Целесообразность их применения мы определяем в процессе составления проекта в зависимости от типа грунта и условий работы.

Нюансы монтажа:

• для снижения трения в области замков мы их смазываем;
• после соединения шпунтов промазываем замки герметиком;
• в обводненных условиях погружаем шпунты не по одному, а секциями до 7 штук, которые собираем на берегу. На место погружения переносим секцию крановой стрелой.

Последний этап монтажа – установка вспомогательных усиливающих элементов. Их разновидности:

• распределительный пояс – горизонтальная обвязка, один или больше уровней (в зависимости от глубины котлована);
• горизонтальные распорки между противоположными стенками котлована или между смежными, в углах периметра. Один или несколько уровней, шаг 5 м максимум;
• диагональные подкосы с опорой на плиту фундамента или дополнительные сваи;
• анкера, соединенные со шпунтами стальными тягами;
• комбинации разных элементов (распределительный пояс и распорки и др.)