Ограждающие конструкции котлованов реферат

Обновлено: 05.07.2024

Шпунтовое ограждение котлована представляет собой специальную ограждающую конструкцию, которая возводится из стальных или деревянных свай, забитых в почву. Ее используют в тех случаях, если углубление расположено в откосах и возможность проводить внутренние работы отсутствует. Шпунтовая система обеспечивает надежную защиту почвы и препятствует ее обрушению при подвижках или больших нагрузках.

Что такое ограждение котлована шпунтом

Шпунтовая ограждающая система — это монолитная стенка, которая состоит из шпунтовых свай, уплотняющих почву и локализующих участок, где могут происходить деформации или сдвиги. В зависимости от назначения конструкции бывают временными или постоянными. Второй тип выполняет функции несъемной опалубки для оснований построек, цоколей, стен и подвалов. Еще он создает водонепроницаемый барьер для поверхностных вод.

Для обустройства шпунтовой стенки не нужно проводить земляные работы. Все составляющие предварительно вкапываются в почву и фиксируются там. После этого почву достают на поверхность.

Стенка не нуждается в ленточном фундаменте и может размещаться на любых грунтах без учета глубины промерзания. Она не оказывает большого воздействия на грунт и устанавливается глубже линии промерзания. Удерживание шпунтовых свай обеспечивается силой трения почвы, а не прочностью фундамента.

В отличие от традиционных систем, шпунтовая ограда выдерживает большие смещающие и изгибающие нагрузки, причем без внедрения армированных бетонных опор.

Когда и зачем оно необходимо

Укрепление котлована шпунтом применяется для следующих целей:

Укрепление бортов углублений под основания постройки.
Защита стенок котлована от осыпания.
Локализация строительной площадки.
Поддержание береговой линии.
Обустройство гидротехнических сооружений.
Укрепление фундаментов.
Организация герметичных емкостей для промышленных отходов.
Обустройство очистных конструкций.
Укрепление железнодорожных путей.

В отдельных случаях шпунтовую стенку возводят на нулевом этапе работ с целью соблюдения требований СнИП, когда нужно работать ниже нулевого уровня почвы. При вертикальной разработке грунта подобное ограждение обеспечивает усиленную защиту стенок от осыпаний и оползней. Углубления с наклонными стенками чаще подвергаются осыпанию, поэтому они укрепляются в первую очередь.

Отличительной особенностью шпунта является возможность повторного применения, поэтому выбор таких систем предпочтительнее, чем организация водопоглощающей системы.

Виды шпунтовых ограждений их преимущества и недостатки

Для организации ограждений из шпунтов используют сваи из следующих материалов:

Древесины.
Железобетона.
Металла.

Деревянные изделия сооружаются из досок толщиной от 4 см или из брусков, которые соединяются пазами. Такой тип востребован при глубине погружения до 3 м и является одноразовым, т.к. демонтаж конструкций из дерева невозможен без поломок.

Железобетонные модели требуют сложного монтажа и предназначаются для постоянной опалубки. Металлические шпунты отличаются многократной эксплуатацией (до 20 циклов). Для их изготовления используется профильный металлопрокат или трубы.

Стальной шпунт Ларсена

Для изготовления шпунтов используют прочный металл с углеродистыми примесями. С целью защиты конструкций от коррозийных процессов, в состав исходного сырья добавляют медные частицы. Чтобы снизить расходы на материалы, можно применить пластиковые шпунты на основе поливинилхлорида. Они не уступают металлическим изделиям по прочностным свойствам.

Ключевым достоинством стального шпунта является удобный монтаж на стройплощадке и устойчивость к негативным факторам.

Трубошпунт

Шпунтовое ограждение котлована из труб устанавливается на первых этапах строительных работ. Его широко применяют в жилищной, гидротехнической или транспортной отрасли с целью защиты траншеи от осыпания стенок.

Такая система включает в себя плотную стену, основные элементы которой закрепляются пазами. К преимуществам трубошпунтов относят:

Стойкость к негативным факторам, что позволяет использовать изделия в качестве несъемной опалубки.
Возможность удобного дробления валунов и прочих инородных частиц внутри трубы.
Возможность монтажа балок и швеллеров внутри трубы.
Быстрый и простой демонтаж труб для последующего применения.

Единственным недостатком является высокая стоимость изделий.

Шпунт из полимеров

С целью снижения расходов на укрепление котлованов многие строители используют шпунты из полимерных материалов. В их качестве применяется композит или поливинилхлорид. Кроме небольшого веса и доступности, такие конструкции обладают уменьшенным коэффициентом трения, что упрощает их забивку и последующее изъятие.

Из-за небольшой прочности монтаж полимерных шпунтов выполняется со строгими ограничениями по допустимым нагрузкам. Но существует большое количество условий, в которых такие ограждения котлованов становятся незаменимыми.

Сваи из дерева

Деревянные конструкции использовались для укрепления котлованов раньше всех остальных типов. По внешнему виду система напоминает частокол, выполненный из бруса и бревен. Нередко строители используют толстые доски в сборной конструкции.

Установка деревянного ограждения выполняется посредством забивки досок в почву. Недостатком этой разновидности является невозможность демонтажа конструкций из земли без повреждения.

Сваи из железобетона

Железобетонные сваи закрепляются с помощью замков, которые герметизируют всю конструкцию. Их ключевыми составляющими являются трапециевидные шпунты и пазы. При выполнении монтажных работ сваи устанавливаются по принципу одна в другую. Действие выполняется забивным оборудованием с высокой производительностью. Шпунтовые ограждения из железобетона не подходят для изъятия и повторной эксплуатации, поскольку они применяются для наружной оболочки основания.

Как рассчитать ограждение

Чтобы исключить деформацию стенок ограждающей конструкции после разрытия грунта, необходимо провести несколько расчетов. Они основываются на следующих характеристиках:

Тип ограждения.
Глубина установки материала.
Габариты шпунта.
Силы взаимодействия.

С помощью математических расчетов шпунтового ограждения можно определить требуемый диаметр шпунта в месте забивки ниже основания и в подборке распорной системы. Строители используют проверенные формулы или онлайн-калькуляторы, позволяющие получить точный результат за несколько секунд.

Формула расчета выглядит следующим образом: М1 ≤ m/γ * M2, где:

M1 указывает на устойчивость к опрокидыванию.
M2 определяет удерживающий момент.
m указывает на коэффициент условий работы.
y является условным обозначением коэффициента надежности.

Устройство шпунтового ограждения котлована

Устройство шпунтованной ограды зависит от используемых материалов. Деревянные изделия могут использоваться только в тех случаях, если почва не содержит крупных камней, древесных отходов и другого мусора. Допустимая глубина забивки свай не может превышать 6 метров. Если не соблюдать это требование, ограждение станет малоэффективным или будет повреждено. Шпунты погружаются в почву вплотную на всю длину. На данном этапе следует исключить любые щели и пустоты. Если применяется двойная система, то между шпунтами выдерживается ширина до 1 м.

При монтаже конструкции на дно водоема глубина не должна составлять меньше 2 м. Чтобы минимизировать или предотвратить вероятность вымывания засыпки, следует предусмотреть наружный ряд шпунта с повышенной плотности. При глубине котлована в 3-5 м выемки между стенками закрывают смесью, которая на 15% состоит из глины.

Стальные шпунты подходят исключительно для прочных грунтов. Они забиваются на глубину от 7 м и подходят для многократного использования, при соблюдении правил эксплуатации. При шпунтировании молотом либо вибропогружателем следует учитывать плотность прилегания изделий по периметру ограждения. В большинстве случаев подобные системы устанавливают по такому принципу, что уровень поверхностных вод становится ниже на 50 см, а по отношению к водоносному горизонту — на 0,7 м.

Демонтаж изделий из стали производится быстро и просто. Для этого используют пояса-обвязки, размещенные по периметру траншеи, и распорки — по углам.

Способ крепления стального шпунта определяется технологией разработки грунта и глубиной котлована. Чтобы упростить процесс монтажа, лучше использовать цилиндровые сваи, а не прямоугольные. Они создаются из листовой стали и не оснащаются поперечными распорками.

Нормы в технологической карте и СНИП

Базовые требования СНИП к монтажу шпунтовых конструкций выглядят следующим образом:

Оснащение подбирают с учетом длины составляющих свайной системы. Если она достигает 26 м, следует предусмотреть специальные отметки для шпунтов. Оснащение рассчитывается специальными компьютерными калькуляторами, которые используют теорию удара волн.
Подмыв котлована для более легкой фиксации шпунтов разрешен только в тех случаях, если стройплощадка находится далеко от жилых построек. Минимальная дистанция между зданиями должна составлять 20 м. В таком случае глубину погружения увеличивают в 2 раза.
Ограждение котлованов относится к тем типам работ, которые регламентируются государственными стандартами и требуют оформления документации.

Технология шпунтового ограждения

Для монтажа шпунтовых оград используют разные технологии и оборудование. В большинстве случаев бурение под трубы производится шнековым или шарочным методом, который предусматривает монтаж стенок глинистым раствором. Повышенная плотность посадки трубы обеспечивается глиной.

Используемая техника и оборудование

Для монтажа свай методом вдавливания необходимо использовать специализированную технику, которая создает постоянную статическую нагрузку. Это делается с помощью мощного строительного оборудования, сконструированного по принципу клинового захвата свай с последующим погружением в углубление.

Применение электронных систем на разных этапах шпунтирования позволяет вовремя внести корректировки в угол погружения и сформировать ровный ряд свай. Кроме того, электроника помогает создать ограждение котлованов с круглой или угольной конфигурацией.

Для решения большинства задач по организации шпунтовых оград подходит следующая техника:

Гидравлическая установка СВУ TITAN DTZ. Обладает допустимым усилием в 320 тс.
Система SUNWARD ZY J120. Выделяется отсутствием шума при работе и соблюдением экологических стандартов.
СВУ-В-6. Представляет собой автономную установку, которая самостоятельно передвигается по стройплощадке и реализует все этапы шпунтирования.

Вдавливание

Технология отличается универсальностью и подходит для проведения работ возле зданий в густонаселенных районах или на рыхлой и заболоченной почве. При вдавливании свай не нужно постоянно следить за их состоянием. Недостатком метода является внедрение крупногабаритной спецтехники, которая доставляется на объект в демонтированном состоянии.

Вибропогружение

Вибропогружение относится к эффективным способам установки шпунтов и может использоваться с любыми типами таких конструкций, включая:

Трубошпунты с любым сечением труб.
Двутавровые балки.
Шпунты Ларсена.

Если работы ведутся на почве с высоким уровнем грунтовых вод, то вибропогружение станет единственным вариантом, позволяющим установить шпунтовое ограждение. Однако использование технологии сопровождается большими затратами, т.к. техника для решения задач продается достаточно дорого.

Забивка

Производится посредством молота — специального навесного оборудования, который забивает сваи в лидерные скважины. Ударный метод не подходит для забивки конструкций в районах с уплотненной застройкой.

Стоимость ограждения шпунтом

Цена на ограждение котлована шпунтом зависит от нескольких факторов. В их числе:

Количество свай и объем работ.
Удаленность строительной площадки от населенного пункта.
Особенности рельефа и работы.

В зависимости от индивидуальных требований и пожеланий заказчика исполнитель составит подробный расчет расходов, подготовит всю технику для предстоящих работ и займется обустройством шпунтовой системы.

К земляным работам относятся рытье разведывательных траншей, планировочные работы, разработка котлованов, рытье водоотводных канав и засыпка котлованов.

Ширина дна котлованов зависит от ширины возводимой конструкции и ее материала (сборный или монолитный железобетон), наличия и вида крепления котлована, а также используемых средств водопонижения.

Допустимая глубина выемки, т. е. максимальная (критическая) глубина, при которой откос связного грунта удерживается в вертикальном положении без крепления стенок, определяется расчетом. Ориентировочные величины критических глубин выемок, устраиваемых с вертикальными стенками: 1,0 м в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах естественной влажности; 1,25 м — в супесчаных; 1,5 — в суглинках и глинах; 2,0 — в особо плотных нескальных грунтах.

Устройство шпунтового ограждения

Устройство шпунтового ограждения из труб б/у любых диаметров
Устройство распорной системы
Устройство забирки
Устройство шпунтового ограждения из шпунта Ларсена

Устройство ограждений котлована

Устройство шпунтового ограждения из труб применяется для раскопки котлованов в городской черте которую необходимо обезопасить от обрушении грунта при возведении различных конструкций. Шпунтовое ограждение устраивается в случае, когда невозможна разработка котлованов в откосах. Погружение элементов ограждения может выполняться в предварительно пробуренные скважины, заполненные цементнопесчаным раствором, а также забивкой, вибропогружением, задавливанием и завинчиванием. Стенки котлована в процессе разработки крепятся забиркой из обрезной доски или металлического листа. Забирка может впоследствии использоваться в качестве опалубки для бетонирования подземных конструкций здания. Ограждающие конструкции с забиркой не являются водонепроницаемыми, поэтому при расположении уровня грунтовых вод выше котлована требуется выполнение строительного водопонижения.

Принципиальные схемы типов креплений:

а — консольного; б — анкерного; в — консольнораспорного; г — распорного; д — подкосного; е — подвесного; 1 — щиты (доски); 2 — стойки (сваи); 3 — анкеры; 4 — распорки; 5 — подкосы; 6 — упоры (якоря); 7 — опора; 8 — кольцо

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

При открытом и полузакрытом способами работ большинство городских подземных сооружений, тоннелей и объектов метрополитена устраивается в котлованах. При открытом и полузакрытом способами работ большинство городских подземных сооружений, тоннелей и объектов метрополитена устраивается в котлованах. Максимальная глубина котлованов, проектируемых в городских условиях, обычно не превышает 25-30м. При этом строительство подземных сооружений может осуществляться: - в котлованах без крепления (борта которых сформированы под углом естественного откоса грунта), - в котлованах, подкрепленных ограждающими конструкциями или укрепленными грунтами. Классификация способов крепления котлованов (рис. 1).

Устройство котлованов с откосами Устройство котлованов с откосами является наиболее простым и, как правило, экономичным решением, однако применение этого способа встречает множество ограничений, особенно в условиях стесненной городской застройки. Ограничением, в первую очередь, является требуемая глубина котлована. При увеличении глубины заложения следует делать более пологие откосы, занимаемая площадь поверхности и объемы вынутого из котлована грунта существенно возрастают, что делает этот способ нецелесообразным или невозможным в силу ограниченности площадки.

Ограждение котлована из стальных элементов с забиркой (затяжкой) из деревянных элементов (досок и кругляка) а) б)

Шпунтовое ограждение Шпунтовая стенка представляет собой сплошную стенку, образованную забитыми в грунт деревянными, железобетонными или стальными шпунтовыми сваями.

Строительство подземных сооружений открытым способом всегда сопровождается устройством котлована. Котлован может быть сформирован без ограждающих конструкций, а иногда их применение просто необходимо.

Крепление стенок котлована можно произвести множеством способов. Выбор какого конкретного варианта зависит от геологических и гидрогеологических условий, размеров подземной части здания, наличия примыкающих зданий, сооружений и коммуникаций.

Опускной колодец

На поверхности или в пионерном котловане собирается конструкция колодца, его стены обязательно должны быть снабжены режущим краем. За счет него и собственного веса (или дополнительной нагрузки) конструкция погружается в грунт. По достижении колодцем проектной отметки, монтируется днище.

Колодец может выполняться как из монолитного железобетона, так и из сборного, и сборно-монолитного. Традиционно, колодец круглый в плане, но возможны вариации. Его диаметр также варьируется от нескольких до десятков метров.

Основной областью применения метода является строительство инженерных сооружений, таких как насосные станции, стволы шахт, подземные резервуары. В городской застройке использование этого метода ограничено, ввиду возможности развития больших осадок прилегающей застройки. Еще одним ограничением к использованию является наличие крупных включений в грунтах или прослойки слабых, водонасыщенных грунтов на пути монтажа.

Стальные элементы с забиркой

Этот метод является самым простым в исполнении, что делает его наиболее экономичным по сравнению с остальными.

По контуру котлована погружаются стальные элементы (двутавры, трубы) в заранее пробуренные скважины, а между ними по мере откопки котлована устанавливаются деревянные доски или стальные листы, так называемая забирка. Она необходима для предотвращения осыпания грунта в котлован.

Использование данного метода ограничено глубиной котлована до 10 метров, так как его прочностные характеристики не достаточно велики для более глубоких котлованов. Конструкция с забиркой не является водонепроницаемой, поэтому при наличии водонасыщенных или структурно-неустойчивых грунтов сводит применение метода на нет.

Шпунтовое ограждение

Шпунтовое ограждение представляет собой систему из металлических элементов U-образного, Z-образного профиля или плоских, скрепленных между собой замковыми приспособлениями, расположенными на краях каждого из элементов. За счет такого способа крепления конструкция обладает большой жесткостью и способна воспринимать значительные изгибающие моменты.
Широкое использование метод получил при строительстве гидротехнических сооружений. Шпунт помимо давления грунтовой массы воспринимает и гидростатическое давление, что делает его не только ограждающей конструкций, но и противофильтрационной завесой. Сложность использования шпунтового ограждения заключается в его высокой стоимости, а также при наличии гравелистых или скальных, полускальных грунтов погружение становится слишком трудным либо невозможным. Этот же недостаток накладывает ограничения на использование конструкции в черте города. Во время прохождения плотных грунтов соседние здания могут получить значительные осадки.

По достижении экскавационных работ проектной отметки в захватку погружается арматурных каркас, затем траншею бетонируют, а закачанный ранее бентонитовый раствор вытесняется на поверхность. Как только бетон набирает прочность начинается бетонирование следующей.
Результатом окончания работ является сплошная замкнутая железобетонная стена.

Кроме монолитного способа выполнения конструкции существует возможность выполнения сборных и сборно-монолитных конструкций, путем их установки в траншею.

Можно сказать, что такая конструкция ограждения является универсальной. Она идеально подходит для условий городского строительства, а также может использоваться как противофильтрационная завеса. Основной ее недостаток заключается в высокой стоимости, а также в отсутствии возможности устройства траншей криволинейной формы.

Буровые сваи

Сваи могут быть касательными и секущимися, иногда ограждение делается из отдельностоящих свай, но этот вариант возможен только если уровень грунтовых вод находится ниже отметки дна котлована.

При устройстве свайного ограждения все сваи забиваются в шахматном порядке.
Тело сваи может выполняться по разным технологиям, но наиболее распространенной является бурение под защитой инвентарной обсадной трубы. Бетонирование происходит с помощью бетонолитной трубы, которая постепенно поднимается на поверхность, арматурный каркас сваи погружают в еще не схватившийся бетон.
Буровые сваи позволяют создать сложное в плане подземное сооружение, но их значительным недостатком является тот факт, что дефектные швы между сваями могут пропускать воду, а также возможен прорыв грунтовой массы в котлован.

Ограждающая конструкция, выполненная по струйной технологии

Суть технологии состоит в перемешивании грунта с цементным раствором или полном замещении грунта раствором под большим давлением. В результате в грунте получается столб из грунтоцемента, при последовательном устройстве соседних грунтоцементных вертикальных элементов получается вертикальный экран из jet-свай. При работе в качестве ограждения, а не противофильтрационной завесы, сваи армируются металлическими или железобетонными сердечниками.

Широко технология используется при работе со слабыми глинистыми грунтами высокой влажности.

Каждая технология по устройству ограждений котлованов имеет свои преимущества и недостатки. Выбор наиболее подходящей к ситуации конструкции зависит от сочетания множества факторов. Помочь разрешить эту сложную задачу могут только высококвалифицированные инженеры.

Читайте также: