Крепление котлованов
Освоение подземного пространства крупных городов России с численностью населения более миллиона человек является более чем актуальной задачей, особенно учитывая факт стесненной застройки.
Практически всегда в городской застройке для безопасного производства земляных работ на строительных площадках при возведении подземных сооружений необходимо выполнять крепление котлованов, особенно глубоких. На схеме (см. фото) представлены основные виды крепления стенок котлована.
Вспомогательные элементы крепления, представленные на схеме, не являются самостоятельным видом крепления стенок котлованов. Поэтому они могут использоваться, при необходимости, как дополнение к вертикальным ограждающим конструкциям котлована, а также к конструкциям при производстве работ декельным методом. Цементизация (или набрызг-бетон) может быть использована дополнительно во время укрепления грунта стенок котлована инъекционным способом, искусственным замораживанием и нагельным креплением.
Под комбинированными вариантами крепления стенок котлована подразумеваются наиболее известные:
1. Сочетания типов вертикальных ограждающих конструкций, декельного метода или метода опускного колодца с представленными типами укрепления грунтов. Например, сочетания нагельного крепления (в верхней части стенок котлована) с другими типами вертикальных ограждающих конструкций (в нижней части стенок котлована) в случае глубоких котлованов (глубиной более 10 м) и/или при разнородной слоистости грунтов;
2. Сочетания типов вертикальных ограждающих конструкций с декельным методом. Например, верхняя часть котлована разрабатывается открытым методом с креплением стенок котлована вертикальными ограждающими конструкциями, а дальше нижележащий грунт разрабатывается под защитой конструкций декельного метода.
Под комбинированными вариантами крепления стенок котлована подразумеваются наиболее известные:
1. Сочетания типов вертикальных ограждающих конструкций, декельного метода или метода опускного колодца с представленными типами укрепления грунтов. Например, сочетания нагельного крепления (в верхней части стенок котлована) с другими типами вертикальных ограждающих конструкций (в нижней части стенок котлована) в случае глубоких котлованов (глубиной более 10 м) и/или при разнородной слоистости грунтов;
2. Сочетания типов вертикальных ограждающих конструкций с декельным методом. Например, верхняя часть котлована разрабатывается открытым методом с креплением стенок котлована вертикальными ограждающими конструкциями, а дальше нижележащий грунт разрабатывается под защитой конструкций декельного метода.
Для нашего уральского региона при производстве земляных работ, как показывает практика, наиболее оптимальным и экономически целесообразным является применение следующих типов крепления стенок котлована: балочное ограждение («берлинская стенка») и свайное ограждение, а именно буросекущие сваи, которое также относится к свайному способу сооружения «стена в грунте». Сегодня мы рассмотрим подробно балочное ограждение или «берлинская стенка».
Балочное ограждение («берлинская стенка») представляет собой дискретно расположенные в грунте металлические стойки из прокатного профиля (трубы, двутавры, швеллера; спаренные или одиночные), промежутки между которыми заполняются деревянной забиркой (доски или бревна), либо стальными листами, или не заполняются. Например, в связных грунтах с низким уровнем грунтовых вод возможно не устраивать забирку, при условии, что зазор между вертикальными стойками будет около 10-50 см, который образует горизонтальные своды в грунте, создающие «арочный эффект» и препятствующие его обвалованию.
Рационально применять данное ограждение:
- в связных и не водонасыщенных грунтах, с низким уровнем грунтовых вод (ниже дна котлована);
- в гравелистых и скальных грунтах, при условии использования бурильных и ударных установок;
- при относительно неглубоких котлованах (в среднем до 8 м) и в плотных городских условиях при отсутствии вблизи бровки котлована значительных нагрузок, причем консольное крепление более эффективно при глубине котлована до 3 м, а при расположении ограждения в два ряда – до 5-6 м. При более глубоком котловане чаще всего нужно закреплять такие ограждения грунтовыми анкерами, распорками или подкосами.
Балочное ограждение («берлинская стенка») представляет собой дискретно расположенные в грунте металлические стойки из прокатного профиля (трубы, двутавры, швеллера; спаренные или одиночные), промежутки между которыми заполняются деревянной забиркой (доски или бревна), либо стальными листами, или не заполняются. Например, в связных грунтах с низким уровнем грунтовых вод возможно не устраивать забирку, при условии, что зазор между вертикальными стойками будет около 10-50 см, который образует горизонтальные своды в грунте, создающие «арочный эффект» и препятствующие его обвалованию.
Рационально применять данное ограждение:
- в связных и не водонасыщенных грунтах, с низким уровнем грунтовых вод (ниже дна котлована);
- в гравелистых и скальных грунтах, при условии использования бурильных и ударных установок;
- при относительно неглубоких котлованах (в среднем до 8 м) и в плотных городских условиях при отсутствии вблизи бровки котлована значительных нагрузок, причем консольное крепление более эффективно при глубине котлована до 3 м, а при расположении ограждения в два ряда – до 5-6 м. При более глубоком котловане чаще всего нужно закреплять такие ограждения грунтовыми анкерами, распорками или подкосами.
Преимущества балочного ограждения:
- простота исполнения и, следовательно, более низкий срок и стоимость строительства;
- возможность многоразового использования;
- наконечник балки может быть усилен специальными стальными материалами для погружения в дисперсные грунты в случае вдавливания.
- простота исполнения и, следовательно, более низкий срок и стоимость строительства;
- возможность многоразового использования;
- наконечник балки может быть усилен специальными стальными материалами для погружения в дисперсные грунты в случае вдавливания.
Недостатки балочного ограждения:
- не является водонепроницаемым, поэтому в водонасыщенных грунтах требуется водопонижение;
- обладает меньшей жесткостью и большей деформативностью;
- необходима дополнительная засыпка или заделка бетонной смесью при предварительном устройстве скважины, а также в возможные пустоты между устроенным ограждением и грунтом.
- не является водонепроницаемым, поэтому в водонасыщенных грунтах требуется водопонижение;
- обладает меньшей жесткостью и большей деформативностью;
- необходима дополнительная засыпка или заделка бетонной смесью при предварительном устройстве скважины, а также в возможные пустоты между устроенным ограждением и грунтом.
При проектировании котлованов, устраиваемых в непосредственной близости и ниже уровня заложения фундаментов существующих зданий и сооружений, необходима разработка мероприятий против их деформаций, а также решение задач, связанных с обеспечением устойчивости ограждающих конструкций котлованов на период производства земляных работ и совместной работы с несущими конструкциями подземных сооружений.Расчеты подобных конструкций являются неотъемлемой и ответственной частью при проектировании подземных сооружений и подземных частей зданий, поэтому специалисты ООО НИЦ «ГЕОТЕХСТРУКТУРА» качественно выполняют поставленные задачи, связанные с вышеперечисленными вопросами.
Еще один не менее интересный тип крепления котлованов - свайное ограждение, а именно буросекущие сваи, которое также относится к свайному способу сооружения «стена в грунте».
Ограждение из буросекущих свай представляет собой конструкцию из свай диаметрами от 400 до 1200 мм, расположенные в грунте вертикально в один ряд параллельно друг другу и «впритык» таким образом, что каждая свая (пересекающая свая) пересекает тело соседней сваи (опережающая свая), образуя тем самым герметичную стену, способную выдерживать значительные статические и динамические нагрузки.
Ограждение из буросекущих свай представляет собой конструкцию из свай диаметрами от 400 до 1200 мм, расположенные в грунте вертикально в один ряд параллельно друг другу и «впритык» таким образом, что каждая свая (пересекающая свая) пересекает тело соседней сваи (опережающая свая), образуя тем самым герметичную стену, способную выдерживать значительные статические и динамические нагрузки.
Рационально применять данное ограждение:
- в неустойчивых и водонасыщенных грунтах, с высоким уровнем грунтовых вод (выше дна котлована) и стабильном притоке поверхностных вод;
- при значительной глубине заложения подземного пространства;
вблизи улиц с интенсивным движением транспорта, вблизи зданий и - инженерных коммуникаций, а также на плотно застроенных территориях;
при сложных формах сооружения в плане.
- в неустойчивых и водонасыщенных грунтах, с высоким уровнем грунтовых вод (выше дна котлована) и стабильном притоке поверхностных вод;
- при значительной глубине заложения подземного пространства;
вблизи улиц с интенсивным движением транспорта, вблизи зданий и - инженерных коммуникаций, а также на плотно застроенных территориях;
при сложных формах сооружения в плане.
Такой вид ограждения обладает следующими преимуществами:
- наибольшая жесткость конструкции (чем гибче ограждение, тем больше осадки сохраняемых зданий), позволяющая почти полностью исключить перемещения и деформации грунтового массива и расположенных поблизости зданий и инженерных коммуникаций. В наихудших случаях жесткость конструкции может достигаться за счет вспомогательных элементов крепления стенок котлована;
- наибольшая безопасность для соседних зданий и сооружений, отсутствие существенных вибраций и сотрясений в процессе производства работ;
- наибольшая глубина котлована (как следствие 1-го пункта);
- водонепроницаемость конструкции и, следовательно, полное или частичное исключение необходимости водопонижения;
- снижение влияния зимнего периода на темпы и качество работ, за счет повышения маневренности буровых установок зим
- наибольшая жесткость конструкции (чем гибче ограждение, тем больше осадки сохраняемых зданий), позволяющая почти полностью исключить перемещения и деформации грунтового массива и расположенных поблизости зданий и инженерных коммуникаций. В наихудших случаях жесткость конструкции может достигаться за счет вспомогательных элементов крепления стенок котлована;
- наибольшая безопасность для соседних зданий и сооружений, отсутствие существенных вибраций и сотрясений в процессе производства работ;
- наибольшая глубина котлована (как следствие 1-го пункта);
- водонепроницаемость конструкции и, следовательно, полное или частичное исключение необходимости водопонижения;
- снижение влияния зимнего периода на темпы и качество работ, за счет повышения маневренности буровых установок зим
Недостатки ограждения из буросекущихся свай:
- ограничение использования на территориях с сильными подземными течениями, рыхлыми и макропористыми грунтами, карстовыми пустотами и твердыми включениями;
- опасность проникновения бентонитового раствора (в случае необходимости применения) в близлежащие инженерные коммуникации;
- удорожание технологии по сравнению с другими способами при условии неправильной оценки целесообразности и преимуществ данного ограждения;
- сложность контроля за изготовлением свай;
- более низкая скорость строительства по сравнению с другими способами.
- ограничение использования на территориях с сильными подземными течениями, рыхлыми и макропористыми грунтами, карстовыми пустотами и твердыми включениями;
- опасность проникновения бентонитового раствора (в случае необходимости применения) в близлежащие инженерные коммуникации;
- удорожание технологии по сравнению с другими способами при условии неправильной оценки целесообразности и преимуществ данного ограждения;
- сложность контроля за изготовлением свай;
- более низкая скорость строительства по сравнению с другими способами.
Эффективность применения того или иного метода крепления по технико-экономическим показателям зависит от: определенных инженерно-геологических и гидро-геологических условий участка; конструктивных особенностей и конфигурации подземного сооружения в плане и в глубину; наличия свободной или плотной городской территории; возможностей и средств строительной организации, выполняющие работы; экологических требований и условий по охране окружающей среды.