Что такое металлический шпунт
Особенности шпунтового ограждения котлована
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:
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:
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
Считается наиболее популярным типом, который создается на основе металлических профилей высокого качества. Система обладает желообразным исполнением и закругленными концами. Такие шпунты еще называются «замками», поскольку после соединения они обеспечивают максимальную защиту почвы от оползней и прочих негативных воздействий на этапе строительства. С помощью профилей можно сформировать прочную стену, которая станет востребованной при возведении мостов, причалов, дамб и других гидротехнических сооружений, подвергающихся негативному воздействию.
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:
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:
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:
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:
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:
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:
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:
В зависимости от индивидуальных требований и пожеланий заказчика исполнитель составит подробный расчет расходов, подготовит всю технику для предстоящих работ и займется обустройством шпунтовой системы.
Шпунт
Внешний вид шпунта
Шпунтовая продукция представляет собой группу металлопроката, который имеет специфический длинномерный профиль с пазами на продольных кромках. За счет этих пазов можно соединять вместе несколько элементов без применения сварки или сборки на разъемных соединениях (или с последующим использованием указанных способов соединения). Такая технология, среди прочего, востребована при обустройстве котлованов под фундамент, при строительстве дамб и других гидротехнических сооружений и пр.
Основным видом шпунтовых профилей является шпунт Ларсена, представляющий собой продольный корытообразный элемент с замками для присоединения соседних элементов.
К этой же группе относят шпунтовые профили S-, Z-, L-, плоского и корытного сечения по ГОСТ 4781, которые могут применяться для обустройства свай и других составных конструкций.
История изобретения шпунта Ларсена
Идея создания отдельного элемента для обустройства составных стальных стен пришла в голову бременскому инженеру Тригве Ларссену (Tryggve Larssen), который получил патент на корытный профиль в 1910 году.
Всего через 2 года с мощностей немецкого завода Tyssen сошла первая продукция, которая была названа в честь своего изобретателя. Через сто с небольшим лет, компания Thyssen слилась с Friedrich Krupp AG Hoesch-Krupp, и сегодня известна под брендом ThyssenKrupp AG.
Штаб-квартира ThyssenKrupp AG в городе Эссен, первой компании произведшей Шпунт Ларсена
Широкому распространению шпунта Ларсена способствовала невысокая цена изделия, которое было выгодно производить и оставлять на месте монтажа, не извлекая из грунта после завершения основных работ.
Впоследствии на основе этого изделия были разработаны другие разновидности шпунтового проката с той же сферой применения.
Разновидности и классификация шпунтов
По ГОСТ 4781 выпускаются шпунтовые профили двух типов:
Геометрия и характеристики профиля ШП-1
Длина свай обоих типоразмеров составляет от 8 до 22 м. Они изготавливаются из недорогой стали обыкновенного качества по ГОСТ 380: Ст3пс (спокойной) или Ст3сп (полуспокойной). На поверхности изделий допускается наличие отпечатков, рябизны, царапин, раскатанных загрязнений, но дефекты в виде раскатанных пузырей, плен, закатов должны быть зачищены или вырублены.
Также для изделий регламентируется кривизна профиля (не более 3 мм на каждый погонный метр) и допустимая величина осевой растягивающей нагрузки (24,5 кН/см).
Геометрия и характеристики профиля ШК-1
Шпунт Ларсена изготавливается по ТУ 14-2-879-89 в следующих исполнениях:
Геометрия и характеристики профиля Л4
Основной объем продукции изготавливается из марок Ст3пс/сп по ГОСТ 380, но для ответственных задач может применяться шпунт из хромо-марганцовистой стали 16ХГ с содержанием химических элементов: не более 0,18% С; 0,6-1% Si; 0,05-0,5 Si; 0,4-0,7% Cr; не более 0,04% S; не более 0,035% P.
Геометрия и размеры профиля Л5
Еще одна разновидность шпунта Ларсена выпускается по ТУ 14-102-147-93. Это усиленная марка Л5-У, которая имеет ширину 545 мм, глубину корытного профиля 238 мм и толщину стенки 23 мм. Масса погонного метра для такой продукции составляет 113,57 кг. Для изготовления продукции используются заготовки из сталей от С235 до С320. А по тем же ТУ в редакции 2003 года изготавливается марка Л5-УМ длиной до 24 м.
Также на рынке присутствуют шпунты зарубежного производства, например, Larssen 607n, PU 32 или VL 606, но массово они не используются из-за более высокой цены.
Технологии производства шпунтов
Для производства шпунта используется заготовка из низко- или среднеуглеродистой стали. Она предварительно нагревается в проходных печах и подвергается поэтапной деформации в клетях универсального балочного или рельсобалочного стана. Такая технология носит название горячей прокатки. Нагрев заготовки осуществляется до температур около 1200°С (конкретное значение зависит от марки стали), что позволяет повысить пластичность металла и деформировать его без образования поверхностных дефектов. Кроме того, нагрев дает возможность снизить экономические затраты на производство изделий и, соответственно, предложить рынку относительно дешевые шпунтовые сваи.
В ходе деформации блюмовой или сортовой заготовки формирование корытного профиля и замков по обеим кромкам изделия осуществляется в 12-13 пропусков. При этом используются разрезные калибры сложной формы, а прокатка ведется с защемлением металла. В первых калибрах более интенсивно обжимаются фланцы, а потом формируется стенка изделия. Наиболее сложный элемент шпунта Ларсена — замок. Его начинают формировать, начиная с первого формирующего калибра, а завершают в последнем проходе.
В России шпунт Ларсена изготавливается только на одном предприятии: Нижнетагильском металлургическом комбинате, входящем в группу ЕВРАЗ. НТМК изготавливает свою собственную марку Л5-УМ (трансформированную из Л5-У). Производительность балочного стана составляет 1,6 млн тонн, но под шпунт мощности задействуются только в небольшой промежуток времени, поскольку эта продукция относится к специфическому сегменту и пользуется ограниченным спросом. Оценочный объем производства этого вида проката на НТМК составляет около 60 тыс. тонн в год, а емкость всего российского рынка — до 150 тыс. тонн.
Холодильник (цех охлаждения) на ЕВРАЗ НМТК
Из крупных конкурентов НТМК следует выделить Днепровский металлургический комбинат (Каменское, Украина, сортамент: профили Л4, Л5, Л7 и модификации), завод Витковице Стил (принадлежит группе ЕВРАЗ, сортамент: корытные профили VL), а также Arcelor Mittal (Люксембург) и Thyssen Krupp (Германия).
Сфера применения шпунта
Основная сфера применения шпунта: сооружение сборных стен или перегородок большой высоты и ширины.
Схема монтажа шпунтовых свай
Такие элементы находят применение в следующих случаях:
Монтаж свай методом вдавливания
Монтаж шпунта Ларсена осуществляется забивкой с помощью копровых установок. Кроме того, могут применяться методы вибропогружения и погружения под постоянной нагрузкой (вдавливания). Выбор способа зависит от наличия спецтехники и условий выполнения работ. Например, забивку шпунтовых свай нельзя осуществлять при строительстве в плотной городской застройке
Применение шпунта при гидротехнических работах
Необходимость, виды и способы установки шпунтового ограждения
Процесс создания котлована включает в себя много важных этапов. Одним из них является создание ограждение для стенок, чтобы предотвратить обрушение.
Укрепление стенок шпунтами – надежный способ защиты котлована.
Рассмотрим технологию шпунтового ограждения котлована подробнее.
Что это такое?
Шпунтовое ограждение представляет собой сплошную стенку, составленную из одинаковых элементов, соединенных друг с другом.
Связь отдельных шпунтов позволяет конструкции выдерживать большие нагрузки и оставаться надежным укреплением для стен котлована.
Повышенная прочность и устойчивость позволяют применять шпунтовое ограждение на слабых почвах:
Некоторые разновидности шпунтов используются при укреплении береговой линии. Они широко применяются для широких котлованов с глубиной более пяти метров.
Строительные нормы и правила
СП 45.13330.2017 регламентирует обустройство земляных сооружений. В соответствии с требованиями документа при обустройстве шпунтовых ограждений, а также других строительных работах, необходимо учитывать пересечения с действующими коммуникациями. Особенное внимание следует уделять линиям связи, силовым кабелям и магистральным трубопроводам.
СНиП 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве» не требует применения каких-то конкретных методов укрепления отвесных стенок котлованов и траншей, но запрещает осуществление работ в таких выемках без дополнительного укрепления стен, если их глубина превышает:
Также обустройство конструкций ограждений регламентируются с помощью ГОСТ Р 57365—2016 «Стены шпунтовые. Правила производства работ».
Согласно данному документу, рекомендуется заранее проводить предварительную подготовку строительного участка к размещению шпунтов, маркировать отдельные сваи, а также проводить инженерные изыскания для определения необходимости использования шпунтового ограждения.
Разновидности
Для создания ограждений котлованов применяется несколько видов шпунтов. Каждая разновидность имеет свои особенности и назначение, вид шпунта также может ограничивать возможности применения технологий монтажа.
Шпунт Ларсена
Представляет собой металлический профиль особой формы, называемой «корытообразной». Края шпунта снабжены замками, которые делают ограждение цельной конструкцией. Размеры профиля могут достигать 35 метров в длину. Ширина составляет 0,8 м, а толщина варьируется от 1,5 до 2,3 см.
Существуют различные модели данного вида шпунта, которые могут отличаться как размерами, так и формой. Одна из моделей – Л5:
Как правило, шпунт Ларсена монтируется с помощью вибрационного оборудования. Сфера применения – сложные и повышенной сложности объекты. Хорошо показывает себя на неплотных грунтах, болотистой почве, защищает котлованы от грунтовых вод.
К недостаткам изделия можно отнести высокую стоимость и то, что при установке требуется более высокая точность монтажа, чем при работе с другими видами шпунтов.
Все современные стальные шпунты представляют собой различные аналоги шпунта Ларсена. Могут отличаться от него формой и конструкцией замков, которые улучшают прочностные характеристики, а также упрощают забивку свай.
По функциональному же назначению и свойствам стальные шпунты других конфигураций совершенно идентичны шпунту Ларсена.
Металлические трубчатые сварные
Особый вид металлических стальных шпунтов – трубчатые сварные. За счет своей формы они выделяются среди аналогов и отличаются от шпунтов Ларсена повышенной в несколько раз устойчивостью к нагрузкам. Другое достоинство – большие сроки службы. К недостаткам относится высокая цена крепления устройства из стальных труб.
Деревянные
Шпунты, изготовленные из древесины – самая старая разновидность. Допускается делать ограждения из бревен, досок, бруса. Элементы погружают в почву на глубину до 6 метров, монтируют в один или два ряда, вплотную друг к другу.
При обустройстве ограждения из специально обработанного бруса, в каждом элементе имеется выступ и паз, что позволяет связать между собой элементы конструкции.
Основные преимущества:
К отрицательным качествам стоит отнести трудоемкость монтажа, низкие прочность и устойчивость к воздействию окружающей среды в сравнении с металлическими и пластиковыми шпунтами.
Полимерные
В качестве альтернативы металлическим шпунтам, можно применять элементы из полимерных материалов. Наиболее популярны ограждения из ПВХ.
Они обладают повышенной сопротивляемостью к коррозии, стойки к механическому воздействию. Панели из ПВХ обладают небольшим весом, а потому облегчается их установка, что уменьшает сроки монтажа.
Железобетон
Изготовлены из армированного бетона. По краям имеют пазы, которые позволяют соединять соседние шпунты в ограждении. Максимальная длина – 16 метров. Отличаются большим весом, а также склонностью к растрескиванию, потере целостности при механическом повреждении.
Нет возможности демонтажа, после возведения здания становятся внешним периметром фундамента. Применяются при постройке гидротехнических сооружений.
Применяемые технологии шпунтирования
Основные разновидности методик погружения шпунта, которые могут применяться как по отдельности, так и комбинироваться в различных сочетаниях:
Для работы применяются разнообразные машины. Каждая из технологий предъявляет к технике особые требования. Наибольшее распространение имеют следующие установки:
Наиболее эффективным являются вибрационные методы, а использование свайного копра позволяет вибраторам достичь превосходной точности при монтаже шпунта на заданную глубину.
Вибропогружатель
Методика вибропогружения улучшает точность установки свай и уменьшает их склонность к перекашиванию. Для работы применяются строительные машины с навесной виброголовкой.
Перед началом работы ее соединяют со шпунтом. За счет вызываемых оборудованием частотных колебаний плотность грунта уменьшается, и свая постепенно проникает в землю, уходя на требуемую глубину.
Основные части агрегата:
Хоть работа вибромашин и меньше влияет на окружающее пространство, чем действие забивных свайных агрегатов, но вибрация также может оказывать отрицательное действие на окружающие сооружения. Передаваясь через грунт, она хорошо воспринимается фундаментами зданий и передается на несущие конструкции, что может приводить к их разрушению.
Для снижения эффекта, вызываемого вибрациями, используют высокочастотные установки, их негативное воздействие на близлежащие строения оказывается существенно меньше.
Забивка гидравлическим молотом
Вибрационные методы плохо действуют, если требуется устанавливать шпунтовое ограждение в плотный песок, гравий, в случае, если они расположены выше грунтовых вод, а также в связанный грунт. В этом случае более действенными являются ударные способы монтажа свай.
Для работы может использоваться гидравлический молот, который представляет собой вертикально установленную штангу с бойком. Боек перемещается по штанге и ударяет по шпунту, загоняя его в землю.
Это наиболее простой и дешевый способ монтажа шпунта, однако данная методика неприменима в густозаселенных районах, рядом с историческими и архитектурными памятниками.
Через грунт на окружающие сооружения передаются ударные нагрузки, которые приводят к снижению прочности фундаментов, несущих конструкций и может вызывать деформацию сооружений.
Забивка с лидерным бурением
Чтобы сваи было проще устанавливать, работа шла быстрее применяется технология лидерного бурения.
Для этого применяется шнековый бур, который осуществляет локальное разрыхление земли, создавая скважину с низкой плотностью грунта. Процесс бурения осуществляется с помощью специальных агрегатов – мобильных буровых установок.
Данный метод успешно используется при работе на мерзлых и плотных грунтах, где необходимость его применения очевидна. Лидерное бурение востребовано при строительстве на почвах с низкой плотностью – здесь это обусловлено невозможностью применять вибрационные и ударные методы погружения из-за высокого риска обрушения стен котлована.
В местах с высоким уровнем грунтовых вод предварительное бурение помогает обеспечить точность установки сваи, заранее задавая траекторию ее погружения.
Завинчивание и вдавливание, статическое вдавливание
Вибрационные и шумовые воздействия, оказываемые при забивке и вибропогружении могут далеко распространяться и оказывать негативное воздействие на окружающую местность.
Если недалеко находятся строительные конструкции, чувствительные к данным типам воздействий, то они будут повреждаться. Особенно ощутимо воздействие, если здания расположены на песчаных, рыхлых грунтах.
Водонасыщенный песок при вибрации склонен уплотняться, а значит грунт будет проседать, что приведет к разрушению фундамента близлежащих сооружений.
В таком случае безопаснее применять способы завинчивания или вдавливания шпунта. Хорошо подходит для глин, суглинков, песчаных грунтов, а также других почв, обладающих низкой плотностью.
Главные достоинства метода:
К недостаткам стоит отнести большую массу и размеры оборудования, что затрудняет подготовку его к работе и перевозку. Все элементы агрегата транспортируются несколькими грузовыми автомобилями, что сказывается на стоимости строительства, поэтому данный метод используется исключительно при строительстве крупных объектов или возведении больших массивов зданий.
Погружение с подмывом
Погружение с подмывом, когда вода идет под высоким давлением, является эффективным способом при установке шпунтов в грунты высокой плотности.
Методика предполагает введение небольшого количества воды или специального раствора через форсунки, расположенные около подошвы сваи.
Малый расход жидкости дает возможность хорошо контролировать степень размытия грунта. Поэтому негативное воздействие оказывается лишь на небольшом участке, по ходу движения шпунта, и незначительно влияют на прочность почвы.
При работе на плотном грунте используют воды под низким давлением. В таком случае вода оказывает незначительное действие на свойства грунта и не приводит к его просадке.
Промывку здесь, как правило, используют в качестве вспомогательной функции при вибрационном погружении свай. Особенно эффективна промывка в сочетании с высоковибрационным воздействием.
Расчеты
Шпунтовое ограждение делают перед началом работ по созданию котлована. Элементы, которые примут на себя основную нагрузку, забивают в землю. На начальном этапе система находится в равновесии и на шпунт грунт давит с обеих сторон с одинаковой силой.
После того, как начата разработка выемки, давление с одной стороны – с внутренней стороны котлована – снижается по мере того, как уменьшается количество грунта в этой зоне. Баланс нарушается, грунт с внешней стороны начинает давить на ограждение. Поэтому необходимо заранее произвести расчет шпунта, чтобы понимать какую нагрузку он сможет выдержать.
В ходе вычислений определяют необходимые размеры поперечного сечения и требуемую глубину погружения. Они должны быть такими, чтобы ограждение не просто оставалось устойчивым и сохраняло равновесие грунтов, но и оставался определенный запас прочности.
Расчеты могут производится одним из двух методов: графоаналитическим и аналитическим.
Параметры шпунтового ограждения определяются из условия Mu≤(m/yn)Mz, где:
Для определения момента сопротивления опрокидыванию необходимо вычислить несущую способность шпунта согласно общей формуле для расчета несущей способности свай F= yc(ycrR·d + V·∑ ycri·fi·li), где:
Значения коэффициентов берутся из соответствующих нормативных документов и определяются отдельно для каждой разновидности шпунта. Окончательные расчеты проводятся путем составления эпюр и подбора глубины забивки таким образом, чтобы выполнялось условие (1). В ходе вычислений также необходимо дополнительно проверить стенку, балки и распорки на прочность, а сам шпунт на разрыв замка.
Этапы работ
Установка шпунта может осуществляться несколькими способами:
Технологии отличаются по характеру воздействия и выбираются в зависимости от типа грунта, а также условий строительства. Но принципы установки в основном схожи и представляют собой погружение, тем или иным способом, сваи в почву.
Поэтому общий порядок действий сохраняется, а изменения касаются немногочисленных особенностей применения той или иной технологии:
При многократном использовании шпунта Ларсена верхняя часть профиля может деформироваться. Рекомендуется ее обрезать, чтобы продолжить эксплуатацию элемента.
После завершения установки шпунта, осуществляется контроль глубины его погружения. Разница между фактическим залеганием элементов и проектным значением не должна превышать предельно допустимые отклонения иначе производится выемка шпунта и повторный его монтаж.
Укрепление
В ходе строительных работ, проводимых на слабых грунтах, существует высокая вероятность проседания, деформации и даже обрушения шпунтового ограждения. Поэтому его необходимо дополнительно укреплять. Разработано несколько эффективных технологий, которые повышают устойчивость шпунтов.
Установка анкеров
При обустройстве шпунтового ограждения часто применяется метод, заключающийся в использовании для укрепления конструкции специальных анкеров. Их закладывают в грунт, находящийся за пределами зон активного взаимодействия почвы и шпунта. Один такой анкер способен выдерживать нагрузку до 500 кН.
Монтаж упрочняющих элементов производится по всему периметру котлована, промежутки между соседними анкерами делают 1-3 метра. Для максимизации эффекта элементы устанавливают под углом (от 30° до 60°).
Каждый анкер представляет собой железобетонную конструкцию, заглубленную в грунт. Для его закладки делается скважина, в которой затем размещается металлическая арматура и тяга. Затем скважина заливается бетоном. Когда раствор застынет, тягу крепят к шпунту, проводя её через специально сделанное для данной цели отверстие и фиксируя с помощью крепежных элементов.
Для успешной реализации данного метода необходимо выполнять все работы тщательно, с большой точностью, что требует больших трудозатрат и повышает финансовые расходы на строительство объекта. Поэтому анкеры устанавливают только в тех случаях, когда размеры котлована не позволяют применять распорные элементы.
Распорные крепления
Распорки устанавливаются, если это позволяет сделать расстояние между противоположными стенками котлована. Максимальное допустимое расстояние зависит от типа грунта и вида применяемых распорных элементов.
Обычно в этом качестве используют металлические трубы, которые устанавливают в несколько ярусов с промежутками от 4 до 6 метров. Если длина распоров велика, то применяют специальные стойки из двутавровой балки или шпунта.
Такой метод укрепления отличается повышенной металлоемкостью. Чтобы снизить данный параметр, можно применять инвентарные рамы. При этом на шпунты ограждения накладываются инвентарные щиты. Если размеры котлована невелики, а почва плотная, то можно обойтись без распоров, применив консольное закрепление шпунтов.
Ограждения консольного типа
Если глубина котлована составляет менее пяти метров, то допустимо использовать шпунты, закрепленные в грунте. Нижняя часть элемента погружается в почву ниже днища выемки – следует убедиться, что она надежно защемлена и не имеет тенденции к обрушению.
При установке шпунтов в слабых грунтах, их заглубляют более чем на две трети высоты котлована. Для повышения прочности конструкции по верхней части ограждения монтируют обвязочную раму, сделанную из балок различных сечений.
При таком методе укрепления необходимо запретить перемещение тяжелой техники рядом с котлованом. Также вблизи ограждения нельзя размещать и хранить стройматериалы.
Типичные ошибки
Чаще всего при обустройстве крепления котлована появляются сложности, которые трудно устранить. Поэтому следует заранее позаботится о соблюдении требований строительных норм и правил:
Если до начала работ изыскания были проведены недостаточно хорошо, то это может привести к серьезной аварии следствием которой могут стать ощутимые финансовые потери.
Необходимость исправлять ошибки может значительно повысить расходы на строительство, а значит каждый этап работы необходимо тщательно готовить. Также следует ответственно подходить к выполнению всех технологических операций установки шпунтового ограждения котлована.
Стоимость создания
Для расчета стоимости создания шпунтового ограждения необходимо знать тип шпунта, периметр и глубину котлована. Тогда не составит труда вычислить количество элементов, которые понадобятся во время строительства.
Так, например, для обустройства котлована периметром 120 метров, применяя шпунт Ларсена Л5, понадобится порядка 240 элементов общим весом около 657 тонн.
Полученные значения позволят определить затраты на доставку – количество рейсов вычисляется исходя из грузоподъемности автомобиля, километраж, определяется по дальности расположения строящегося объекта. Аналогично определяется стоимость погрузочно-разгрузочных работ.
Цена же монтажа шпунта зависит от количества погонных метров погружаемого шпунта – здесь пригодится знание глубины проектируемого котлована – а также от тарифов строительных организаций, предоставляющих услуги монтажа шпунтового ограждения.
В среднем стоимость работ составляет от 450 рублей за погонный метр.
Все самое важное и полезное о котловане и его разработке найдете в этом разделе.
Заключение
При всем многообразии разновидностей, материалов и технологий укрепления грунта во время строительных работ, обустройство шпунтованного ограждения остается самым эффективным способом упрочнения котлованов.