Что такое шпунтовое ограждение котлована
Зачем и когда необходимо шпунтовое ограждение?
В ряде случаев шпунтовое ограждение в обязательном порядке сооружается на нулевом цикле работ. Это необходимо в целях соблюдения техники безопасности, когда требуется произвести работы ниже нулевого уровня грунта. Действующие СНиП устанавливают, что без установки ограждений можно выполнять работы:
Если выполняется вертикальная разработка грунта, то шпунтовое ограждение надежно защищает стенки котлована от оползней и осыпаний почвы. Котлованы с наклонной стенкой имеют повышенный риск осыпания, поэтому их укрепляют в обязательном порядке.
Шпунт можно впоследствии использовать повторно, поэтому сооружение стенок из этого материала является более рентабельным, чем выполнение работ по водопонижению. Замкнутая стенка из шпунта не пропустит воду в котлован и предотвратит его затопление.
Некоторые особенности установки шпунтовых ограждений
Шпунтовые работы относят к важнейшим строительным процессам. Выполнять их следует в строгой и последовательности и только тем, кто имеет соответствующий опыт и документально подтвержденную квалификацию. Только соблюдение всех технологических нюансов позволяет гарантировать прочность и надежность ограждения. В некоторых случаях укрепление траншеи шпунтом может быть не постоянным, а временным.
На выбор технологии сооружения котлована влияют:
Перед началом укрепления котлованов необходимо произвести предварительные расчеты. Аналогично требование действует для работ по берегоукреплению.
В зависимости от особенностей грунта и необходимости использовать дополнительные фиксирующие элементы шпунтовые ограждения делят на:
При работе в грунтах высокой плотности используют плоский, корытообразный или Z-образный шпунт. В почвах с низкой плотностью чаще делают ограждения из трубошпунта, имеющего больший диаметр и более устойчивого в грунте.
Различные технологии погружения шпунта
В современном строительстве применяют три основных технологии погружения шпунта в грунт:
Статическое погружение предусматривает применение специальных мобильных вдавливающих установок. Они снабжены особым гидравлическим узлом, обжимающим шпунтину и перемещающимся вниз по направляющим рамам, что приводит к ее погружению.
При вибропогружении и при забивке используют копровые установки. Они работают на самоходной базе. При вибропогружении установка комплектуется вибропогружателем, при забивке – навесными молотами гидравлического или дизельного типа.
Используемые для забивки молоты относятся к конструкциям штангового или трубчатого типа. По их направляющим элементам перемещается боек, производящий удары по шпунтине. Дизельные молоты работают под воздействием детонации находящейся в камере сгорания топливной смеси. В результате боек подлетает в верхнюю часть корпуса и в свободном падении опускается на погружаемый в грунт шпунт.
Вибропогружение подразумевает воздействие на шпунт колебаний высокой частотности. Под их воздействием почва делается менее плотной. Погружение конструкции в грунт происходит под тяжестью механизма и под ее собственным весом. Колебания низкой амплитуды вырабатываются вибропогружателем за счет разнонаправленного вращения неотцентрированных дебалансов. Их приводит в движение закрепленный на корпусе вибропогружателя электрический двигатель.
Об устройстве шпунтовых ограждений
Шпунтовые ограждения делают из деревянных, металлических или железобетонных свай. Их можно забивать с определенными промежутками (тогда потребуется забирка) или вплотную друг к другу. Ограждение может иметь дополнительное анкерное крепление или распорки или сооружаться без них. Чаще всего шпунтовая стенка делается из металлического шпунта, который после окончания работ извлекается и повторно используется на другом объекте. Это значительно снижает расходы заказчика, так как строительные компании выкупают использованный шпунт обратно.
Перед выполнением запланированных работ очень важно произвести точные расчеты, чтобы определить степень устойчивости стенки к давлению грунта. Полученные данные позволяют определить необходимую глубину погружения, подобрать оптимальный размер шпунта, выяснить необходимость выполнения анкерных креплений.
Монтаж шпунтовых ограждений состоит из следующих стадий:
Затем производится перемещение копром следующей шпунтины к месту монтажа. Ее стропуют и ставят в забивочное положение. Пазовые замки соединяют с замками уже забитой в грунт шпунтины. Далее выполняется погружение вышеописанным способом. Аналогично создают и всю шпунтовую стенку, пока она не сомкнется вокруг котлована.
Сплошная шпунтовая стенка не только предохраняет от оползней и осыпаний, но и не дает грунтовым водам проникнуть на участок.
Если условия работ не допускают вибраций, то предварительно пробуриваются лидерные скважины под шпунт.
Шпунтовые ограждения имеют следующие преимущества:
Полезная информация об ограждении котлована шпунтом
Во время строительства «на целине» нагрузка на грунт возрастает, и он может поплыть. Это приводит к риску повреждений расположенных рядом построек. При проведении работ в условиях плотной застройки производится укрепление котлованов шпунтом. По действующим СНиП его в обязательном порядке нужно выполнять во всех котлованах, глубина которых превышает два метра. Это упрощает процесс работы на объекте, исключает риск обвала стенок котлована и обрушения грунта.
Содержание статьи
Что такое шпунтовое ограждение котлованов?
Шпунтовое ограждение – это стенка, несущая часть которой состоит из погруженных в грунт шпунтовых свай. Оно способствует уплотнению почвы и локализации участка, на котором могут произойти деформации.
Шпунтовые ограждения бывают постоянными и временными. Во втором случае они используются, как несъемная опалубка для стен фундаментов, подвалов, цоколей. Они применяются в качестве не пропускающего влагу барьера для грунтовых вод. Шпунтовые ограждения используют для:
Глубина котлована зависит от вида почвы и составляет:
Какие виды свай используются для создания шпунтового ограждения котлованов?
Для того, чтобы обустроить ограждения котлована используются сделанные из дерева, железобетона или металла сваи. В современном строительстве для этих целей чаще всего применяют трубошпунт или шпунт Ларсена.
Деревянные сваи сколачиваются из досок, толщина которых составляет от четырех метров или соединяют пазогребневым способом из брусков. Обратите внимание, что такие сваи нельзя использовать многократно, так как их невозможно извлечь из грунта без повреждений. Их применяют, если глубина погружения составляет не более трех метров.
Железобетонные сваи очень сложно погружать в грунт, поэтому их используют преимущественно для сооружения постоянных ограждений, которые потом включают в состав фундамента. Их делают из квадратного сечения.
Металлические сваи делают из труб, металлопроката или двутавра. Их можно использовать до 20 раз. Шпунт Ларсена в профиль напоминает букву Л с закругленными концами. Трубчатый шпунт чаще всего используют на нестабильных грунтах, где возникают горизонтальные сдвиги и степени устойчивости шпунта Ларсена оказывается недостаточно. Трубы имеют большее сечение и толстую стенку, что делает их прочнее и устойчивее. Трубошпунт тоже оснащен замками на боковых стенках, что позволяет соединять его в единую конструкцию. В процессе выполнения монтажа используют поворотные элементы, чтобы сделать стенку с необходимой пространственной конфигурацией.
Марка стали, ширина, сечение, толщина, масса зависят от марки изделия:
Л4 (Ларсена) – сталь CTЗKП, полезная ширина 40,5 см, вес 74 кг на метр погонный;
Л5 – сталь 16 XГ, 42 сантиметра, 100 килограммов;
Л5-УМ – CTЗKП, 50 см, 114 кг;
LP (облегченный) – S270GP, 75, 60 кг максимум;
Омега (шпунт Ларсена) – 75 см, до 88 килограммов;
трубчатый шпунт со стенкой 0,9-1,6 см – длина 6-24 метра, сечение 53-122 см и т.д.
О различных технологиях шпунтового ограждения котлованов
Погружение шпунта производится следующими методами:
Использование установок статического вдавливания – самый безопасный вариант. Полностью отсутствует риск повредить находящиеся рядом постройки. Этот метод используется, когда нужно выполнить работу в условиях плотной застройки, на заболоченных и рыхлых почвах. Недостаток этого метода в том, что оборудование занимает очень много места в собранном виде.
Вибропогружение –универсальный способ, подходящий для любого типа шпунта. Применение такой технологии стоит недешево, но, например, на водонасыщенных песчаных грунтах никакие другие методы применять нельзя.
Забивка – способ погружения шпунта, при котором применяется копровая установка, снабженная навесным молотом. Этот метод используют на плотных грунтах, предварительно пробурив лидерную скважину. На участках с плотной застройкой забивку не применяют, чтобы не нанести вред соседним строениям.
На легких грунтах нередко применяют комбинированный метод погружения. Например, сваю начинают погружать виброметодом, а потом добивают до нужной отметки молотом.
О нюансах расчетов шпунтовых ограждений котлованов
Во время выемки грунта давление на ограждение со стороны стенок. При этом нужно учитывать расчетные характеристики, от которых зависит устойчивость ограждения: размер шпунта, глубина погружения, величина сил воздействия, способа ограждения.
Расчеты осуществляются по формуле или профаналитическим методом. Для этих целей разработаны специальные программы. Все необходимые нормативы и коэффициенты приведены в соответствующих СНиП.
В формуле обязательно учитываются:
Формула расчета прочности в общем виде – М1
Шпунтовые ограждения: разновидности, способы погружения, установка
Шпунтовое ограждение ‒ это закрепленные в грунте сваи, формирующие искусственную стену. Устанавливаются при строительстве сложных объектов по периметру котлованов, на склонах, вблизи акваторий. Основная функция ‒ защита от обрушения почвы. Такой барьер выдерживает высокие нагрузки, устойчив к воздействию влаги, перепадов температур.
Технология устройства шпунтовых креплений
Такие ограды нужны в следующих случаях:
Для устройства надежного шпунтового ограждения используется набор отдельных свай, которые соединяются между собой вплотную, входя в пазы. Стенки собираются быстро и легко.
Среди других преимуществ шпунтования:
Много способов применения и доступная цена делают шпунтирование популярным вариантом ограждения при строительстве в местности со сложным рельефом.
Пользователи часто ищут:
Виды шпунтов и их назначение
В зависимости от используемого сырья, технических характеристик выпускаются нескольких типов.
Ларсена
Получили такое название в честь разработчика данной технологии. Это отличная защита объектов от дождевых, подземных вод, обрушения почвы.
На вид ‒ это профиль корытообразной формы. Длина достигает 35 м, ширина ‒ до 80 см, толщина – от 15 до 23 мм. По краям находятся замочные элементы.
В зависимости от размеров выпускают модели:
Шпунты Ларсена производят из высококачественной стали с добавлением углерода. В качестве антикоррозийного покрытия в составе есть медь.
Чаще других используют модель Л5.
Она обладает такими рабочими свойствами:
Главное преимущество ‒ использование на объектах повышенной сложности. Помимо этого прочность и удобство монтажа.
Устанавливать элементы Ларсена придется со спецтехникой. Делают этого вибропогружателем или ударной технологией.
Порядок работ напоминает монтаж свайного фундамента под забор.
Вибрационный монтаж выполняется навесным модулем, который передает нагрузку к оголовку механизма.
В дополнение применяют осевую технологию, так что свая фиксируется уже в разжиженной почве (получена за счет действия вибрации).
Установка проводится на глубину в соответствии с ранее разработанным проектом.
Если в процессе строительства возникают осложнения с монтажом, нет возможности четко соблюдать задокументированные показатели, то такие моменты необходимо согласовывать с вышестоящим руководством.
После погружения первой сваи по очереди вводятся остальные. Замки каждого последующего элемента фиксируются в пазы предыдущего. Чтобы замки легче скользили, их обрабатывают густой смазкой.
На участках с высоким содержанием грунтовых вод особ следят за герметичностью стыков, соединений.
При многоразовом применении (более 20 раз) верхняя кромка профиля деформируется, поэтому ее рекомендуется аккуратно срезать.
Если в процессе установки погруженные сваи искривились, то лучше отрезать часть изделия и продолжить установку рабочих элементов.
Из ПВХ
Отличная альтернатива металлическим сваям. Пластиковые, композитные элементы не нуждаются в смазке, меньше стираются.
Глубина погружения меньше, поэтому их быстрее и удобнее монтировать. По прочности, сроку службы они не уступают металлу и железобетону, но при этом дешевле. Однако подходят не для любого состава почвы.
Стальные
Общепринятый тип. Применяются многократно, просты в крепеже, транспортировке.
Среди других преимуществ стальных опор:
Особенность стальных элементов ‒ применение только на прочном, устойчивом грунте с глубиной погружения от 7 м. Фиксация возможна, когда уровень грунтовых вод находится ниже минимум на 0,5 м.
Трубчатые сварные
Установка и эксплуатация осуществляются согласно национальным стандартам ГОСТ Р 52664-2010.
Ограждение из сварных труб возводится на начальном этапе строительства гидротехнических сооружений, жилых зданий. Это надежная защита от непредвиденного обвала грунта, которая обезопасит работников и спецтехнику от повреждений.
Диаметр труб подбирается в зависимости от назначения. Процесс фиксации аналогичен шпунтам Ларсена ‒ соединение замками в пазы.
Единственный минус ‒ трубчатые сварные элементы с большим весом обойдутся очень дорого.
Железобетонные
Каждая свая входит замками в пазы предыдущей. Устанавливаются забивным методом оборудованием высокой точности.
Особенность ‒ не подлежат демонтажу для повторного использования. Становятся внешним поясом для фундамента.
Монтируются при возведении мостов, причалов, плотин.
Длина железобетонных свай ‒ до 16 м.
Процесс транспортировки осложняется большим весом и риском повреждения ‒ образованием на поверхности трещин.
Деревянные
В качестве материала для защитных ограждений используется давно. Но с каждым годом теряет популярность, уступая по техническим характеристикам металлу, ПВХ.
На вид ‒ деревянный частокол из бревен, бруса. Допускается делать сборные стенки из доски большой толщины.
Деревянные элементы забиваются в почву. Могут служить временной или постоянной защитой. Не извлекаются из грунта для повторного монтажа в другом месте.
Монтаж возможен лишь при отсутствии в грунте камней, корней деревьев, ракушняка, которые могут стать препятствием для установки элементов или повредить их.
Максимальная глубина забивания ‒ до 6 м. Устанавливаются в 1 или 2 ряда вплотную друг к другу. Ширина между рядами ‒ до 1 м. Минимальная глубина погружения на дно водоема ‒ от 2 м. При погружении на 3‒5 м выполняется заделка зазоров в стенках раствором с концентрацией глины от 15%.
Способы погружения и необходимое оборудование
Выделяют несколько вариантов установки ограждения. Выбор зависит от типа грунта, назначения.
Забивание (ударный метод)
Наиболее быстрый и бюджетный способ монтажа шпунта Ларсена. Выполняется копровой установкой, укомплектованной навесными дизельными или гидравлическими молотами.
Копр ‒ это самоходная машина с колесами или гусеницей. Оснастка состоит из:
Молот сделан в виде штанги или трубы, по направляющим которой передвигается боек. Он и наносит удары по шпунту.
В дизельных молотах боек приводится в действие за счет сгорания топлива.
Перед установкой проводится обследование почвы. На тяжелых каменистых, скалистых грунтах сначала бурится лидерная скважина. За счет этого забивка получается бесшумной.
После этого в металлической свае сверлится отверстие, чтобы зацепить сваю крючком, закрепить в наголовнике, надетом на молот.
Установку нужно выполнять аккуратно, чтобы не вырвать шпунт из замка ‒ это не подлежит исправлению.
Забивание не рекомендуется применять на плотно застроенной местности, возле промышленных предприятий. Повышается риск деформации зданий.
Вибрационный
Вибропогружение ‒ способ установки с помощью копровой машины с навесным оборудованием. По технологии практически не отличается от ударного метода, за исключением функционирования навесного механизма.
При этом методе сваи придется шпунтовать вибропогружателем. За счет частотных колебаний плотность почвы снижается, и свая постепенно опускается в грунт на нужную глубину.
Это хороший способ строительства на сухих, песчаных почвах.
В зависимости от уровня частотности колебаний выпускаются вибропогружатели трех видов.
Низкочастотные
Оборудование предназначено для монтажа шпунта Ларсена на грунтах с низкой плотностью. Отличается большими размерами и весом. Частота колебаний не превышает 9,17 Гц. Динамическое усилие составляет до 1700 кН.
Среднечастотные
Универсальный вибропогружатель. Им удобно монтировать как шпунты, так и трубы. Рабочая частота колеблется от 10 до 30 Гц. Предельное динамическое усилие достигает 270 кН.
Высокочастотные
Усовершенствованный тип вибропогружателя, что позволяет вести строительство в черте города, вблизи жилых массивов.
Механизм состоит из:
Показатель рабочей частоты превышает 30 Гц. Оборудование может функционировать самостоятельно, но чаще используется в сочетании со стрелковым краном.
Завинчивание или вдавливание
Самый аккуратный способ установки свай, поэтому применяется на местностях с высокой плотностью застройки. Не создает шума, вибраций.
Рекомендуемый грунт ‒ глина, суглинок, песок и другие типы с низкой плотностью.
Исключается риск повреждения сваи при установке, как в случае забивки.
Вдавливание в почву выполняется специальной мобильной установкой с гидравлическим узлом, который прочно обжимает сваю, двигается вниз, постепенно погружая ее в землю.
Основной минус вдавливания ‒ большие размеры и вес оборудования, что существенно усложняет транспортировку и процесс подготовки к монтажу. Источник электроэнергии должен быть очень мощным.
Для перевозки всех необходимых деталей потребуется минимум 5‒6 грузовых машин, что скажется на общей стоимости проекта. Поэтому этот метод используется при застройке больших массивов.
Комбинированный (вибровдавливание)
Сочетание способа вдавливания и воздействия частотных колебаний. Хорошо подходит для мягкой почвы. Сфера, место применения не ограничены.
Для упрощения установки рекомендуется провести разметку по периметру стенок сваи.
При помощи технологии размыва
Этот метод используется как вспомогательный с одним из вышеперечисленных способов монтажа.
Принцип действия следующий:
Технологию размыва запрещено применять, когда есть риск просадки зданий поблизости.
Как проходит установка шпунта для котлована
Строительство искусственной стены выполняется в строгом соответствии с разработанной проектной документацией, чертежами. В проекте указываются глубина ограды, высота, диаметр, тип шпунта и фиксации.
Перед работами проводится гидротехнический анализ почвы, составляется технологическая карта.
Порядок установки следующий:
Установка элементов выполняется до тех пор, пока не будет получено герметичное ограждение по периметру котлована.
СНиП 3.02.01-87
Ограды, возводимые шпунтовым способом, регулируются нормами, описанными в технологической карте.
Это лишь малая часть описания. Нормы учитываются инженерами, бригадирами и другими людьми, которые отвечают за техническую сторону строительства.
Качество строительства оценивается СНиП. Полный перечень требований к установке таких оград приведен тут:
Формула и пример расчета
Для точности подсчетов ключевых показателей потребуется вооружиться специальными формулами.
Расчетная схема устойчивости шпунтового ограждения
Чтобы воспользоваться ими, необходимо учесть такие параметры:
Это лишь основные показатели, но есть и другие, которые учитываются индивидуально в зависимости от типа грунта и климатических условий региона.
Важно понимать, что при разрытии почвы нарушается равновесие сил. Так, при извлечении грунта увеличивается давление со стороны охлажденных стенок.
Техническая информация, которая понадобится при расчетах, для правильной установки шпунтов, приведена в СНиП 3.02.01-87.
Формула прочности стенок, которая поможет избежать их преждевременного разрушения, учитывает такие величины:
Вычисление выглядит так:
М1 ‒ опрокидывающий момент;
М2 ‒ момент удержания или противодействие силе опрокидывания;
m — показатель условий работ (для большинства регионов ‒ 0,95, в местностях со слабой почвой ‒ 0,7);
γ ‒ коэффициент надежности.
Чтобы получить М1, необходимо Еа (эпюрное равнодействующее активное давление) умножить на Са (равнодействующее плечо по отношению к нулевой отметке).
Для вычисления М2 потребуется En (эпюрное равнодействующее пассивное давление) умножить на Cn (равнодействующее плечо по отношению к нулю).
Расчеты выполняются из нижней точки сваи, поскольку на высоте шпунт подвергается действию дополнительных сил.
Чтобы не выполнять все действия вручную, рекомендуем воспользоваться специальными программами или строительными калькуляторами. А еще лучше поручить разработку технической документации мастерам.
Правильно рассчитанные показатели ‒ гарантия устойчивости шпунтовой конструкции, ее долговечности и прочности.
Раскрепление ограждения
Назначение такой ограды ‒ укрепить стенки котлована от оползня. Но когда установка фундамента завершена, шпунты в грунте уже не нужны и их можно демонтировать.
Исключение ‒ железобетонные сваи, которые монтируют единоразово и больше не вытаскивают из почвы.
Качественный демонтаж шпунтов позволяет применять их повторно в строительстве, снижая траты на стройматериалы.
Работы по раскреплению проводятся несколькими способами:
Этапы демонтажа ограды вибропогружателем:
Если извлеченный шпунт признан непригодным для эксплуатации, то на нем ставят отметку «брак».
Все пригодные элементы перевозят на отдельный участок и готовят к дальнейшей транспортировке.
Использование шпунтовых стенок позволяет проводить строительные работы даже в условиях сложных рельефов, вблизи водоемов или посреди жилых массивов. Это отличная защита сооружений от обвала грунта, продление срока эксплуатации конструкций без риска для человеческой жизни.