Технология шпунтового ограждения котлованов: как это устроено?

Разработка котлована под фундамент — важный этап нулевого цикла работ в многоэтажном строительстве. В промышленных масштабах рытье котлованов производят при помощи экскаватора. Согласно положениям СНиП № 3.02.01 «Земляные сооружения», все котлованы глубиной более 2 м должны укрепляться шпунтовыми ограждениями, препятствующими их обрушению и затоплению грунтовыми водами.

В данной статье представлена технология ограждения котлованов шпунтом. Вы узнаете, какие виды шпунта используются и как выполняется их монтаж. Также будет рассмотрены особенности проектирования шпунтовых ограждений и приведены примеры расчетов.

Когда и зачем необходимо ограждение котлованов шпунтом?

Потребность укрепления котлованов шпунтовыми ограждениями обуславливается требованиями техники безопасности и нормативами СНиП, согласно положениям которых укреплению шпунтовыми стенками подлежат следующие виды котлованов:

• все котлованы глубиной более 1 м. в песчаной почве;
• котлованы глубиной от 1.25 м в супесях;
• котлованы глубиной от 1.5 м в глинистом грунте и суглинке;
• котлованы глубиной от 2 м. в грунтах высокой плотности.

Функциональное назначение шпунтового ограждения — защита стенок котлована от обрушения, которое может произойти при проведении на строительной площадке работ по забивке свай (на свайных фундаментах стоит свыше 80% многоэтажных зданий).

Читайте также: как происходит погружение железобетонных и металлических свай-оболочек.

Технология шпунтового ограждения также может рассматриваться в качестве альтернативы водопонижающим работам. Используемый для монтажа ограждения шпунт имеет пазовые замки, посредством которых отдельные шпунтины соединяются в герметичную, не пропускающую воду стенку, что сводит к минимуму риск затопления котлована грунтовыми водами.

к оглавлению ↑

Виды шпунта для ограждения котлованов

В современной строительной практике для ограждения котлованов применяется два вида шпунтового металлопроката — шпунт Ларсена и трубопшунт. Деревянный и железобетонный шпунт практически не используется ввиду финансовой нецелесообразности.

Шпунт Ларсена представляет собой корытообразный профиль, длина которого может доходить до 35 метров, а ширина до 80 см. Существует несколько модификаций шпунта Ларсена, отличающихся в плане габаритных характеристик:

• шпунт Л4;
• шпунт Л5;
• шпунт Л5-УМ;
• шпунт Ларсена «Омега»;
• шпунт Л5.

Чаще всего используется шпунт Л5, изготовленный из сталей марок СТ3КП либо 16 ХГ. Ширина профиля Л5 составляет 42 см, вес 1 п.м.  — 100 кг, вес 1 м² — 217 кг. Нормативная прочность шпунтового ограждения из профиля Л5 составляет 800 кНм/м.

Ограждения из шпунтовых труб применяются в условиях нестабильных, склонных к горизонтальным сдвигам грунтов, в которых стенки из корытообразного профиля не имеют требуемой устойчивости. За счет большего сечения труб, которое дает увеличенную площадь защемления шпунта грунтовыми массами, момент сопротивления и прочность стенки из труб значительно выше.

Диаметр шпунтовых труб варьируется в пределах 530-1420 мм. Трубы, используемые для ограждения котлованов, имеют унифицированную в соответствии с нормативами СНиП маркировку типа Т1420×12, в которой:

• Т — трубчатый шпунт;
• 1420 — диаметр (мм);
• 2 — толщина стенки (мм).

Как и шпунт Ларсена, трубошпунт имеет пазовые замки, расположенные на боковых контурах труб, посредством которых конструкции соединяются в сплошную стенку. При монтаже ограждений дополнительно используются стальные поворотные элементы, посредством которых стенке придается требуемая пространственная конфигурация.

Широкое распространение в строительной практике стального шпунта обуславливается возможностью его повторного использования, которому не подлежат железобетонные и деревянные конструкции. Строительная организация получает возможность сделать временное шпунтовое ограждение и по завершению фундаментных работ демонтировать шпунт и реализовать его на вторичном рынке, возместив тем самым часть финансовых затрат. Согласно нормам СНиП, оборачиваемость шпунтовых труб и шпунта Ларсена может доходить до 20 циклов.

к оглавлению ↑

Расчет шпунтового ограждения

Расчет шпунтовых ограждений выполняется профильными специалистами в соответствии с требованиями СНиП № 2.09.03 «Проектирование подпорных стен». Целью расчетов ограждения является:

• определения требуемого типоразмера шпунта;
• определение глубины погружения шпунта исходя из соответствия расчетной устойчивости и сопротивлению стенки нормативным данным;
• проектирование дополнительных мер по укреплению шпунтовой стенки.

Читайте также: технология укрепления буринъекционными сваями.

Расчет сопротивление шпунтовой стенки к опрокидыванию выполняется по формуле: , в которой:

• Оu — нормативное сопротивление;
• Oz — сила защемления шпунта в грунте;
• К — коэфф. условий работы шпунта (зависит от типа грунта);
• Cn — коэфф. запаса надежности (1.2).

Расчет прочности шпунтового ограждения ведется по формуле: , где:

• Lk — величина нагрузки на м2 ограждения;
• Pck — расчетное сопротивление стенки;
• Du — момент сопротивления стенки;
• К — коэфф. работы шпунта в грунте.

Расчет глубины погружения шпунта осуществляется по формуле: T = t0 + ∆t, в которой ∆t =  :

• Fn — эпюра распределения нагрузок по шпунтовой стенке;
• qtO — момент максимальной нагрузки на ограждение, исходящей от давления почвы;
• d — коэфф. пассивного давления почвы на стенку (l — активное воздействие).

На погружение шпунта в каждом конкретном случае составляется технологическая карта, в которой указываются сведения и инструкции по реализации работ для персонала, выполняющего шпунтовое ограждение.

Технологическая карта создается на основе ТТК (типовой карты) №4-104-1 «Устройство металлических шпунтовых стенок» (обновленная версия ТТК выпущена в 21.05.2015 г). Технологическая карта на временное шпунтовое ограждение должна утверждаться главным инженером строительной компании подрядчика и лицом, ответственным за технику безопасности.

к оглавлению ↑

Вибропогружение трубчатого шпунта (видео)

к оглавлению ↑

Технология монтажа шпунтовых стенок

Устройство шпунтового ограждения выполняется с привлечением строительной спецтехники — копровых установок. Копр представляет собой самоходную машину на гусеничной либо колесной базе, которая укомплектована необходимым для погружения шпунта оборудованием.

Функциональная оснастка копра включает:

• копровую мачту — стальная направляющая балка опалубки, на которой фиксируется погружающее оборудование и шпунтовая конструкция;
• погружающий механизм — ударный молот либо вибпропогружатель;
• лебедочные блоки — для понятия и установки шпунта в исходное положение.

Существует три метода монтажа шпунта: ударная забивка, вибропогружение и статическое вдавливание. В строительной практике наиболее распространен метод забивки — это наиболее эффективная и недорогая технология, однако действующие СНиП запрещают забивать шпунт в условиях плотной застройки, поскольку динамические нагрузки, вырабатываемые молотом в процессе забивки, могут стать причиной деформации и разрушений фундаментов близстоящих зданий.

Вибропогружение — метод, при реализации которого шпунт углубляется в землю под воздействием высокочастотных низкоамплитудных колебаний. Вибропогружатель вырабатывает колебания, которые передаются на зафиксированный в нем шпунт, далее вибрация переходит на контактирующие со шпунтиной пласты почвы, которые под воздействием колебаний разуплотняются, что приводит к углублению шпунта под своим весом и массой давящего на него вибопрогружателя.

Читайте также: вибропогружение свай: способы и технологические особенности.

Устройство шпунтового ограждения котлована выполняется в соответствии с положениями СНиП 3-Б.6-62. Технология выполняется в следующей последовательности:

1. На объект перебазируется копровая техника, доставляется и распределяется по расходным складам шпунт.
2. Выполняется разметка шпунтового ограждения в соответствии с проектными данными.
3. Размещенная на расходном складе шпунтина зацепляется лебедкой копра и подтягивается к точке погружения, производится строповка шпунта, его поднятие и установка в положение для забивки.
4. Шпунт стыкуется с наголовником погружающего механизма, проверяется пространственное положение конструкции.
5. В работу включается погружающий агрегат — молот либо вибопрогружатель, под воздействием которого шпунт углубляется в землю до проектной отметки.
6. По завершению монтажа процесс повторяется. Замок следующей шпунтины стыкуется с пазами погруженной конструкции.

Погружение шпунта выполняется до тех пор, пока вокруг котлована не будет выполнено устройство замкнутого ограждения.