Что указывается в проекте котлована
Глава 20. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ
20.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Проекты разработки котлованов составляют в тех случаях, когда глубина котлована превышает 2 м и для его устройства требуется применение каких-либо защитных мероприятий — сложных ограждений, глубинного водоотлива и т.д. Проект разработки котлована должен включать в себя чертежи котлована (в том числе чертежи креплений стен, схемы расположения водопонизительных средств и т.д.) и указания о комплекте машин для выполнения всех работ, о расстановке землеройных машин и транспортных средств в забое, о способах производства работ и последовательности выполнения операций, о производительности землеройных машин, а также данные о потребности в основных материалах.
При проектировании котлованов и траншей, устраиваемых в непосредственной близости и ниже уровня заложения существующих сооружений, необходима разработка мероприятий против осадки и деформации этих сооружений. К этим мероприятиям относятся:
Выбор типа мероприятий зависит от геологических и гидрогеологических условий, величины заглубления и других местных условий и проводится на основе технико-экономического сравнения вариантов.
В зависимости от свойств грунта, глубины выработки и наличия подземных вод котлованы устраивают с откосными или вертикальными стенками. В маловлажных грунтах природного сложения допускается устройство котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений, если они оставляются открытыми на непродолжительный срок. При отсутствии вблизи будущего котлована или траншеи существующих фундаментов глубина выемки с вертикальным откосом (в зависимости от грунтов) не должна превышать следующих величин, м:
При большей глубине выемки необходимо предусматривать крепление стенок котлована или разрабатывать выемку с откосными стенками.
При благоприятных условиях, исключающих возможность оползней, сдвига, неравномерных просадок, распыления грунтов, при однородности сложения грунтов и отсутствии подземных вод крутизна откосов котлованов и траншей, выполненных без креплений, должна быть не более величин, указанных в табл. 14.1.
При глубине котлована более 5 м крутизна откосов принимается по расчету.
При наличии подземных вод выше отметки дна котлована в проекте должны предусматриваться мероприятия по защите котлована от притока этих вод. К этим мероприятиям относятся:
Разработка грунта в котлованах и траншеях производится экскаваторами, скреперами, бульдозерами и другими землеройными механизмами, а также с применением средств гидромеханизации.
На рис. 20.1 приведены различные схемы крепления вертикальных стен котлована. При больших глубинах котлована (до 5 м) применяется консольная (безанкерная) шпунтовая стенка (рис. 20.1, а). Распорные крепления (рис. 20.1, б) применяются при ширине котлована до 15 м. В зависимости от глубины котлована они могут быть с одним ярусом распорок, с двумя и т.д. Анкерные крепления (рис. 20.1, г, д) представляют собой анкерные тяги, передающие усилия от крепи на анкерные сваи или плиты, и применяются для широких котлованов, а также в тех случаях, когда крепления распорного типа мешают возведению фундаментов. Подкосные крепления (рис. 20.1, а) используются при ограждении стен широких котлованов, когда невозможно применить распорный или анкерный тип крепления. Подкосы устанавливаются в один-два ряда по высоте.
Ограждение конструкций стен котлованов устраивается: из железобетонных забивных или буронабивных свай (рис. 20.2, а); из сплошной железобетонной стенки, выполняемой способом «стена в грунте» или способом «секущихся» скважин (рис. 20.2, б); из деревянного, железобетонного (рис. 20.2, в) или металлического (рис. 20.2, г) шпунта; из прокатных профилей (рис. 20.2, д).
Ограждения стен котлована, показанные на рис. 20.2, а, д, применяются при связных грунтах и отсутствии подземных вод, а ограждения, приведенные на рис. 20.2, б, в, г — при несвязных и водонасыщенных грунтах.
В табл. 20.1 указан сортамент стального шпунта, прокатываемого отечественными заводами.
| Схематический профиль шпунта | Условное обозначение профиля | Размеры, мм | Площадь поперечного сечения, см 2 | Масса 1 м длины, кг | Момент инерции, см 4 | Момент сопротивления, см 3 | ||||||
| B | H | h | d | t | ||||||||
| сваи | 1 м стенки | сваи | 1 м стенки | |||||||||
 | ШП-1 | 400 | 103 | 81 | – | 10 | 82,5 | 64 | 332 | 830 | 74 | 125 |
 | ШП-1 | 400 | 110 | – | 10 | 10 | 64 | 50 | 730 | 1230 | 114 | 285 |
 | Л-III | 400 | 168 | 34 | 9,5 | 13 | 80 | 62 | 2760 | 23200 | 258 | 1600 |
| Л-IV | 400 | 180 | 35,5 | 11 | 14,8 | 94,6 | 74 | 4660 | 39600 | 405 | 2200 | |
| Л-V | 420 | 180 | 36 | 13 | 20,5 | 127,6 | 100 | 6243 | 54000 | 420 | 3000 | |
Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения
Проект котлована
ПРОЕКТ КОТЛОВАНА
В большинстве случаев фундаменты зданий и сооружений располагаются под поверхностью земли. Для их монтажа выполняют откопку котлована. Система котлована представляет из себя самостоятельное инженерное сооружение, проектирование и строительство которого требует узкой специализации, особенно это касается глубоких котлованов ( > 5 м). Производство таких котлованов обычно необходимо при особых природно-техногенных условиях: плотной городской застройки, наличия слабых слоев грунта, высокого уровня грунтовых вод, технико-экономическим основаниям и пр. Действующими в России нормами на проектирование и строительство предписывается проводить геотехническую экспертизу при заглублении котлованов более 5 метров. Нередки случаи проектирования глубоких котлованов при научно-техническом сопровождении. Поэтому очевидно, что проект котлована является важным элементом (разделом) в составе проектной и рабочей документации.
УСЛУГИ КОМПАНИИ
Проект котлована может входить в комплекс работ по геотехническому проектированию объекта строительства или являться отдельной, самостоятельной проектной задачей. Для разработки проекта котлована мы предлагаем следующие услуги:
Проект котлована может быть оформлен как для стадии Проектная документация с прохождением государственной экспертизы, так и для стадии Рабочая документация с сопровождением строительного производства.
ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ ПРОЕКТА КОТЛОВАНА
При разработке проекта котлована учитывают различные факторы:
Действующую нормативно-техническую (законодательную) документацию в строительстве в РФ
Преимущественное большинство зданий и сооружений возводятся в котлованах, при этом в настоящее время отсутствует специализированный нормативный документ регламентирующий проектирование и строительство котлованов. Отдельные требования существуют в СП 22.13330, например по части необходимости расчета водопритоков в котлован при проектировании сооружений второй или третьей геотехнической категории.
Для глубоких котлованов (более 5 м), действующими нормами предписывается проходить геотехническую экспертизу.
Также существуют отдельные ведомственные стандарты на изготовление и монтаж отдельных элементов ограждений котлована и пр.
Природно-климатические условия строительства
Учет природно-климатических факторов обязателен всегда так как обильные осадки или низкие температуры могут существенно отражаться на физико-механических параметрах грунтов, а значит и на работоспособности удерживающих конструкциях.
Градостроительные условия – наличие окружающей застройки, транспортную инфраструктуру, проекты развития территорий и пр.
В некоторых случаях в зону влияния устройства котлована могут входить различные объекты городской инфраструктуры. Даже несущественные деформации ограждающих конструкций могут привести к осадкам прилегающего массива и соответственно к деформациям фундаментов и надземных конструкций.
В случаях расположения сооружений вблизи котлованов расчет оснований производят по первой группе предельных состояний, т.е. по несущей способности.
Природные и технические ресурсы – наличие энергоснабжения, расположение материально-технических баз и пр.
Небольшие перерывы в электроснабжении при работе системы водопонижения могут привести к затоплению котлована и даже к обрушению ограждающих конструкций. Наличие или отсутствие требуемых строительных материалов вблизи территории строительства всегда должно учитываться при разработке проектов.
Инженерно-геологические условия, литологический состав и строение горных пород их генезис, наличие опасных природно-технических процессов, физико-механические свойства грунтов, наличие слабых органогенных или биогенных элементов геологической среды и др.
Инженерно-геологические условия площадки строительства являются основным фактором которые рассматриваются на всех этапах проектирования и строительства котлована. От состава горных пород, их строения и расположения, от их физико-механических параметров зависят жесткостные и прочностные параметры грунтового массива. Так расположение тонких слоев слабых глинистых и водонасыщенных грунтов может обуславливать поверхность скольжения грунтовых масс.
Динамические процессы влияют на устойчивость или деформации грунтов прилегающего массива.
Процесс суффозионного выноса частиц грунта кардинально может отразиться на просадку территории и т.д.
Гидрогеологические условия площадки и района строительства, вкл. прогноз изменения грунтовых вод, области питания и разгрузки, расположение горизонтов и комплексов подземных вод, физико-химический состав и динамику подземных вод, пьезометрические уровни напоров и пр.
Учет гидрогеологических условий, динамики водоносных горизонтов, фильтрационных параметров грунтов является обязательным этапом в разработке проекта котлована. Особенно это принимается в расчет при проектировании глубоких котлованов. Факторы гидростатического и гидродинамического давления воды являются основными влияющими на напряженно-деформированное состояние грунтового массива. Несущественное изменение уровня грунтовых вод или параметров питания/разгрузке всегда непосредственно отражается на работоспособности сооружений входящих в зону влияния, которая характеризуется радиусом депрессионной воронки.
Геофизические и геодинамические процессы и явления
При продолжительном строительстве, особенно для ответственных сооружений, необходимо принимать в расчет сейсмическую активность площадки строительства.
Геотехнические условия и факторы строительства
Сложность инженерно-геологических условий, сложность и уровень ответственности проектируемого сооружения, кол-во объектов в области прилегающей застройки обуславливают геотехническую сложность строительства.
По действующим нормам различают три категории сложности. Сложность условий предопределяет состав и объем выполнения предпроектных, проектных и строительных работ, кол-во и объем инженерных расчетов, пристальность рассмотрения органами экспертизы, а также конечные экономико-технические показатели проекта – материалоемкость, трудоемкость, размер основных и оборотных фондов и пр.
Количество и особенности сооружений окружающей застройки: расстояние от котлована, размеры, отметки расположения их фундаментов, возраст и техническое состояние, уровень влияния на напряженно-деформированное состояние массива
Состав и техническое состояние объектов прилегающей инфраструктуры всегда принимается во внимание при разработке проектов. По результатам предварительного (визуального) обследования выясняют их работоспособность, фиксируют дефекты и повреждения. Эти данные учитываются при выполнении инженерно-технических расчетах.
Также в структуре инженерных расчетов необходимо учитывать влияние окружающей застройки на напряженно-деформированное состояние грунтового массива.
Природно-технические нагрузки и воздействия
В качестве нагрузок учитываемых при разработке котлованов могут быть: вес грунтов и подземных вод, вес и давление от сооружений прилегающей застройки, нагрузки от складируемых материалов и транспорта, геодинамическое и гидродинамические воздействия, воздействия связанные с разработкой подземных выработок, температурные воздействия и др.
Особенную актуальность принимает расчет и оценка данных воздействий с учетом их вероятностной природы – стохастическое моделирование.
Объемно-планировочные и архитектурные решения проектируемого объекта
Объемно-планировочные и архитектурные решения в значительной степени определяют конструктивную и строительную схему сооружения, что непосредственно отражается на жесткости сооружения и его фундамента. Поэтому для разных типов фундаментов предписывают определенные ограничения по допустимым осадкам.
При выполнении расчетов всегда учитывается распределение усилий и напряжений в грунтовом массиве в зависимости от жесткости фундаментов.
Инженерно-технические решения строящегося (проектируемого) здания и/или сооружений прилегающей застройки, вкл. сети инженерно-технического обеспечения
Подбор оптимального вида фундаментов является одной из важнейших задач инженера. От этого выбора может существенно зависеть характер поведения грунтового массива и уровень его деформаций во времени.
Тип и вид фундаментов, их размер и конфигурация влияют на напряженно-деформированное состояние массива.
Технические условия, требования и предписания на проектирование и строительство
Зачастую технические решения по надземных и подземных конструкциям, а также по техническим решениям устройства котлованов регламентируются требованиями заказчика. В этом случае имеет место проектирование по предписаниям.
Материально-технические возможности строительной организации
При разработке проекта котлована, во избежании производственных нестыковок и снижения риска простоев, технические решения необходимо согласовывать с производителем работ, при этом необходимо учитывать его материально-технические возможности, уровень квалификации, наличие сопоставимого опыта.
Технологию производства работ и пр.
Принципиальную важность имеет понимание проектировщиком порядка производства работ для устройства тех или других конструкций котлована.
Учет множественных факторов, находящихся на стыке различных научных дисциплин определяет высокий уровень сложности подготовки к устройству глубоких котлованов. В практике строительства ошибки на данном этапе неоднократно приводили к существенных экономическим затратам.
СОСТАВ ПРОЕКТА КОТЛОВАНА
Проект котлована должен содержать все технические решения и требования по его устройству, с учетом проработки многочисленных природно-технических и технологических аспектов. По результату подготовки документации на устройство котлована выпускается следующая графическая документация:
| Лист общих данных содержащий требования к производству работ, ведомости объемов и спецификации материалов. Первый (главный) лист по сути является лицом проекта. По его наполнению и составу можно судить о качестве всего проекта строительства котлована. |  |
| Информацию об инженерно-геологических и гидрогеологических условиях с отображением основных инженерно-геологических разрезов и с привязкой конструкций глубокой выработки. |  |
 | |
| План расположения конструкций котлована с привязкой объектов прилегающей территории, с указанием абсолютных и относительных отметок. План должен содержать данные об этапах производства работ, учитывать особенности технологических процессов, предусматривать мероприятия защиты от опасных процессов, например мероприятия по устройству строительного дренажа. |  |
| Сечения и узлы устройства конструкций котлована применительно к элементам прилегающей застройки. |  |
| План расположения несущих конструкций (распорки, подкосы, бермы, шпунтовые конструкции), отражающие этапы производства работ. Спецификации элементов и общие указания к выполнению строительных работ. |  |
| Детали и узлы устройства ограждающих и несущих распорных конструкций с отображением размеров и узлов соединений, размером сварных швов и требованиями к их выполнению. |  |
| Отдельные фрагменты устройства ограждающих конструкций котлована уточняющие геометрические размеры, привязки и особенности монтажа. Здесь возможно отображение ведомостей деталей элементов и сводной спецификации материалов. |  |
| Деталировочные чертежи с информацией о конструктивных решениях отдельных элементов необходимых для устройства котлована. |  |
КТО РАЗРАБАТЫВАЕТ ПРОЕКТ КОТЛОВАНА
Котлован является инженерным сооружением, ошибки при его устройстве, будь то переуглубление или недобор грунта, не учет специфических грунтов, опасных геологических или гидрогеологических процессов, неправильная спецификация грунтовых подушек или песчаных подготовок, или некорректный расчет удерживающих конструкций в практике строительства, неоднократно, приводили к аварийным ситуациям. И здесь речь не идет о технологии производства работ, которую, безусловно, необходимо разрабатывать и учитывать с пристальным вниманием. Необходимо понимать, что задание на разработку технологии работ (ППР) должен формировать инженер-конструктор, в случае простой геотехнической сложности. По сути, таким заданием и является проект котлована. Только инженеру-конструктору известны множественные факторы для учета в проекте: характер конструктивной системы, порядок значений нагрузок и воздействий, расчетные параметры надземных конструкций и грунтового основания и пр. Тем более, что инженер-конструктор знаком с процессом проектирования котлованов из стандартного государственного курса промышленно-гражданского строительства.
Однако, необходимо понимать, что стандартное образование в государственных ВУЗах не дает глубоких знаний в области инженерной-геологии, механики грунтов и геотехники и пр. Поэтому, разработкой такого проекта в случае сложных геотехнических условиий, должен заниматься профессиональный инженер геотехник при тесном сотрудничестве с инженером-геологом и инженером-конструктором.
Траншея — это открытая выемка в грунте, имеющая сечение в виде прямоугольника или трапеции.
