В чем заключается расчет шпунтового крепления
Конструкции шпунтовых ограждений котлованов. Расчет шпунтовых ограждений. Определение размеров элементов шпунтового ограждения.
Шпунтовые крепления
Шпунтовое крепление служит не только для удержания вертикальных стен котлована от обрушения, но и препятствует притоку грунтовых вод в котлован [6, 9]. Его применяют, когда уровень подземных или поверхностных вод расположен в пределах глубины котлована, и выполняют в виде сплошной стенки, заглубленной ниже отметки дна. Такое крепление состоит (рис. 5.3) из шпунтин, погружаемых по контуру котлована до его отрывки, маячных свай и направляющих схваток (обвязки), обеспечивающих проектное положение шпунта в процессе его погружения, а также распорок или анкерующих устройств, удерживающих шпунт от обрушения.
 Рис. 5.3. Схемы шпунтовых креплений котлованов: а — свободно стоящая стенка; б, в — распорные; г — анкерная; 1 — шпунт; 2 — обвязка; 3 — распорка; 4 — анкерная тяга; 5 — анкерная свая; 6 — маячная свая; 7 — водоупор |
Заглубление шпунта ниже дна котлована должно быть достаточным для обеспечения его устойчивости и определяется расчетом. Если на небольшой глубине от дна котлована залегает водонепроницаемый грунт (водоупор), целесообразно погрузить шпунт до этого слоя, чем достигается защита котлована от притока воды через его дно. Минимальное заглубление шпунтовой стенки ниже дна котлована должно быть не менее 2 м в текучих и текучепластичных глинистых грунтах, мелких и пылеватых песках и не мене 1 м — в других грунтовых условиях. Маячные сваи погружают с расстоянием между ними 2–4 м.
Положение верха шпунтовых стенок определяется уровнем воды, а в русле рек его следует назначать выше рабочего уровня с учетом подпора и высоты возможных волн на акватории не менее 0,7 м. Высоту подпора воды при скорости ее потока v ³ 2 м/с вычисляют по формуле 
, где g = 9,81 м/с2— ускорение свободного падения.
Шпунтовые стенки могут быть деревянными, стальными и железобетонными. По способу их крепления различают свободно стоящие, распорные и с анкерным креплением (см. рис. 5.3).
Деревянный шпунт применяют при глубине его погружения не более 6 м из-за ограниченной длины древесины, идущей на его изготовление, если грунты не содержат камней или других крупных включений, препятствующих погружению шпунта. Деревянный шпунт трудно погружать также в гравелистые и галечниковые грунты, в глинистые твердой консистенции.
Толщину шпунта назначают по расчету на прочность и делают из досок толщиной до 8 см или из брусьев толщиной 10…24 см В сплошную стенку шпунтины соединяют с помощью гребня и паза. Досчатый шпунт с треугольным гребнем имеет меньшую плотность соединения, чем брусчатый или составной из досок с прямоугольным гребнем (рис. 5.4, а). Обычно шпунт забивают пакетами из 2–3 отдельных шпунтин, соединенных наклонными скобами, втопленными в шпунтины заподлицо с поверхностью (рис. 5.4, в).
 Рис. 5.4 Конструкции деревянного шпунта: а — типы сечений; б, в — соединение шпунтин; г — крепление направляющих схваток к маячным сваям; 1 — шпунт; 2 — направляющие схватки; 3 — маячные сваи; 4 — прокладки |
Нижний конец шпунтин или пакета из них заостряют на высоту 1–3 толщин шпунта. С боков заострение симметричное, а со стороны гребня скошенное, что обеспечивает более плотное прилегание шпунтины при ее погружении к ранее забитой. Забивка шпунта ведется гребнем вперед. Верх шпунтин (голову) для предохранения от размочаливания при забивке закрепляют бугелем из полосовой стали.
Для погружения шпунта по периметру котлована забивают маячные сваи из бревен диаметром 18–26 см, к которым крепят направляющие парные схватки из пластин диаметром не менее 22 см или брусьев сечением не менее 14´14 см2с прокладками между ними через 1,5–2,0 м (рис. 5.4, г). По мере забивки шпунта эти прокладки убирают.
Стальной шпунт применяют при глубине воды более 2 м, а также в труднопроходимых грунтах (гравий, прослойки мергеля и т. п.). Его используют многократно. Профили стального шпунта показаны на рис. 5.5, а их технические характеристики приведены в табл. 5.2.
Типы стального шпунта Таблица 5.2
Примечание. B скобках приведены значения моментов инерции и сопротивления 1 м шпунтовой стенки в плане при учете совместной работы шпунтин на изгиб. Остальные характеристики даны для одной шпунтины.
Рис. 5.5 Профили стального шпунта: а — плоский; б — коробчатый; в — зетовый; г — типа “Ларсен”; д — сварная шпунтовая панель
Сварные шпунтовые панели ПШСК и ПШСКМ изготавливаются заводом “Курганстальмост” из универсальной полосовой стали с продольными сварными швами и уголковыми сварными замками. Сортамент панелей включает 57 номеров, в которых варьируются высота сечения Н (400, 420, 450, 500, 600, 700 и 800 мм), ширина полок bf(350, 400, 430 и 460 мм), толщина полок t (10–20 мм с шагом 2 мм и 25 мм), толщина стенок d (10, 12 и 14 мм) с моментом сопротивления при изгибе от 1800 до 11000 см3/м. Наибольшая длина поставляемых панелей — 36 м. Для погружения панелей используются известные технологии: забивка молотом и вибропогружение.
Замки стального шпунта обеспечивают работу шпунтового ряда на растяжение и взаимный поворот шпунтин до 10°, что позволяет устраивать ограждения, имеющие в плане криволинейные очертания. Угловые шпунтовые сваи составляют из разрезанных вдоль шпунтин, соединенных сваркой. Конструкция ограждения из стального шпунта показана на рис. 5.6.
Железобетонные шпунты применяют для ограждения котлованов, включая их составной частью в конструкцию фундаментов. Недостатком их является большая масса, что затрудняет их погружение по сравнению со стальными шпунтами.
 Рис. 5.6 Конструкция крепления стен котлована стальным шпунтом: 1 — шпунт; 2 — обвязка; 3 — распорки; 4 — накладки |
Расчет шпунтовых ограждений котлованов.Расчет шпунтового ограждения заключается в определении потребной глубины его забивки ниже дна котлована и подборе необходимых сечений шпунта и его распорных элементов. Для расчета шпунта в его стенке по длине и плане выделяют участок шириной 1 м. В качестве нагрузки на шпунт, как и в закладном креплении, расматривают активное и пассивное давления грунта и дополнительно учитывают давление воды.
Расчет свободно стоящего шпунта. Расчетная схема для такого шпунта аналогична схеме для забивной стойки закладного крепления с возможностью его опрокидывания относительно точки О, расположенной ниже дна котлована (рис. 5.8).
 Рис. 5.8 Схемы к расчету свободно стоящей шпунтовой стенки: а- в однородном несвяном грунте, б- заглубленный ниже дна котлована в связный грунт (водоупор) |
Равнодействующие составляющих давления грунта на шпунт определяют по аналогии с выражением (5.8) для расчетной ширины шпунтовой стенки, равной 1 м (l = 1 м, bp = 1 м), а расчетный удельный вес водопроницаемых грунтов, расположенных ниже отметки горизонта воды, принимают с учетом гидростатического взвешивания gsr.
Давление воды на шпунтовую стенку шириной 1 м в водопроницаемых грунтах будет (рис. 5.8, а):
; 
(5.11)
где gw = 9,81 кН/м3— удельный вес воды.
Составляют уравнение моментов сил относительно точки О по аналогии с уравнением (5.9), выражая плечи сил через неизвестный размер ho, добавив к его левой части моменты сил от давления воды: Ew¢(ho + Hw/3) + Ew² 0,5ho. Решая это кубическое уравнение, например, методом подстановки, определяют ho. Полную глубину забивки шпунта ниже дна котлована принимают h = 1,2ho.
Принятая глубина забивки шпунта h, кроме того, должна быть достаточной, чтобы предотвратить вымывание грунта из-под него гидродинамическим давлением j при откачке воды из котлована. Для этого должно выполняться условие:
j = kIgw £ gsr, (5.12)
где k — коэффициент запаса, значение которого принимают не менее 2; I = Hw/(Hw + 2h) — гидравлический уклон,
(5.13)
При наличии ниже горизонта воды водонепроницаемого грунта (рис. 5.8, б)расчет шпунта выполняют по двум расчетным схемам. По первой схеме в пределах водоупора с наружной стороны ограждения учитывают активное давление, рассматривая давление воды на водоупоре как вертикальную пригрузку интенсивностью gwHw. В пределах водоупора боковое давление воды на шпунт при расчете по этой схеме не учитывают.
По второй схеме рассматривают образование зазора между шпунтом и водоупором вследствие смещения стенки в сторону котлована. В этом случае учитывается полное одностороннее давление воды на стенку ниже дна котлована на глубину образования зазора h3 = (0,5…0,6)ho. Если граница водоупора расположена выше дна котлована, глубину зазора назначают увеличенной на это превышение. Активное давление водоупора в пределах высоты hoпри этом не учитывают.
Из двух значений ho, вычисленных по разным схемам, принимают большее.
Сечение шпунта подбирают из расчета его на прочность восприятия наибольшего по длине изгибающего момента, который находят, последовательно рассматривая равновесие вышележащих отсекаемых частей стенки.
Сечения маячных свай и направляющих схваток шпунта, если они используются при изготовлении ограждения, назначают конструктивно (разд. 5.2.3).
Расчет шпунтового ограждения
На странице представлена информация о технологии расчетов шпунтового ограждения. Мы рассмотрим последовательность выполнения расчетов, используемые формулы и требования действующих СНиП к процессу проектирования.
Расчет шпунтового ограждения — это вычисления, посредством которых определяется:
«ООО Богатырь», кроме погружения свай, производит и устройство шпунтовых ограждений. Главной особенностью нашей работы является высокая оперативность и мобильность, благодаря применению сваебойных установок на колесах.
ВИДЫ ШПУНТОВЫХ СТЕНОК
Цель расчета шпунтовой стенки в котловане
Обычно в таких условиях рытье котлованов начинается с устройства шпунтового ограждения в грунте, до производства земляных работ. Сила давления грунта на шпунт при этом одинаковая с обеих сторон, т. е. они друг друга уравновешивают. В ходе выемки грунта сила давления грунта изнутри котлована постепенно снижаются и равновесие нарушается. Поэтому, прежде чем производить забивку шпунта в грунт, необходимо сделать расчет шпунтового ограждения с целью определения нагрузок, действующих на него снаружи и необходимых характеристик шпунтовой стенки.
Читайте о преимуществах наших методов шпунтового ограждения котлованов
Производится расчет шпунтовой стенки по предельным состояниям первой группы. Для этого существуют различные методики, но чаще всего используется метод на основе классической теории предельного равновесия грунтов. Не вдаваясь в подробности, которые нужны лишь для специалистов, отметим, что главная задача таких расчетов — определить, какие размеры поперечного сечения должен иметь шпунт (геометрические характеристики), на какую глубину нужно его погрузить, чтобы при отрывке котлована на проектную глубину не только сохранялось равновесие грунтов, но и имелся определенный запас прочности шпунтовой стенки.
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ШПУНТОВЫХ СТЕНОК
РАСЧЕТ ШПУНТОВОГО ОГРАЖДЕНИЯ КОТЛОВАНА, ПРИМЕР
Расчет несущей способности шпунтовых свай типа AZ 20-700 производится по формуле:
Коэффициенты берутся из нормативов СНИП.
Для расчета используется формула: 
, где:
Удельная прочность шпунтовой стены высчитывается по формуле: 
, в которой:
Рассчитать площадь шпунтового ограждения можно с помощью программы СпИн. Программа позволяет определить:
Пример расчёта ограждения котлована (подробный)
Что учитывается при расчете шпунтов
Проектный расчет шпунтов производят по специальной формуле, которая учитывает следующие показатели:
Схема работы безанкерного ограждения в грунте выглядит следующим образом:
Рис: а) действующие на стенку нагрузки; б) эпюра давления почвы на стенку; в) эпюра давления почвы состоящая из активных и пассивных воздействий.
В процессе расчета безанкреного ограждения определяются следующие факторы:
Глубина погружения определяется по формуле: T = t0 +, в свою очередь высчитывается по формуле: 
, где:
Анкерные шпунтовые ограждения классифицируются исходя из жесткости конструкции на свободно опирающиеся и заделанные в грунт стенки. Схема работы свободно опирающихся ограждений приведена на изображении:
Рис: а) фактическая схема нагрузок на шпунтовое ограждение; б) расчетная эпюра давления почвы на укрепленную анкерами стенку.
В заделанных в грунт ограждениях основная нагрузка от давления грунта приходится на центральную часть конструкции, что можно увидеть на следующей схеме
Рис: а) фактическая схема нагрузок на стеку; б) расчетная эпюра давления почвы.
Конкретный способ крепления шпунтового ограждения анкерами определяется исходя из глубины разрабатываемого котлована: в выемках до 3-ех метров включительно дополнительная фиксация может не использоваться, в котлованах до 8 метров применяется одноанкеркое крепления, в более глубоких выемках применяется несколько ярусов анкеров.
Совет эксперта! Наибольший эффект дает крепление стенки анкерами, размещенными на 0.4 Н ниже верхнего контура ограждения. При таком способе фиксации за счет увеличения натяжения анкерной сваи значительно уменьшается действующий на стенку сгибающий момент.
Особенности расчета для разных типов шпунтовых стенок
Формулы расчета несколько отличаются для различных видов шпунтовых стенок, которые бывают:
Разница расчетов обусловлена тем, что для различных видов шпунтовых ограждений точки оборота шпунта находятся в различных местах: для без анкерной стенки — на дне котлована, а для анкерной — в точке крепления анкерной растяжки. Соответственно, схема действия приложенных сил будет различаться.
ГЛУБИНА ПОГРУЖЕНИЯ ШПУНТОВОГО ОГРАЖДЕНИЯ
Важность гидрологических условий при расчете шпунтовых ограждений
В условиях повышенного давления грунтовых вод изменяется характер работы шпунтового ограждения в почве. В таком случае помимо исходящих от почвы нагрузок на стенку воздействует поток воды, уменьшающий устойчивость конструкции.
Перед расчетом шпунтового ограждения проводятся гидрологические изыскания на участке, где будет проводится разработка котлована, в процессе которых определяется уровень расположения и нормативное давление грунтовых вод. На основе полученной информации проектировщики составляют эпюру нагрузок потока на ограждение и при расчете прочности замковых соединений и устойчивости к опрокидыванию учитывают дополнительные воздействия.
Рис: Схема подтопления котлована при разном уровне грунтовых вод
Чтобы избежать дополнительных проблем в насыщенных влагой грунтах разработке котлована предшествуют работы по уменьшению уровня грунтовых воды ниже нулевой отметки котлована. Также защита выемки от влаги может выполнятся в процессе ее разработки посредством тампонирования либо обустройства дренажных систем.
Услуги нашей компании
Специалисты нашей компании могут произвести расчет шпунта в грунте для любой шпунтовой стенки, исходя из условий участка и проектных данных. Погружение мы осуществляем только труб с соблюдением требований ГОСТ и СНиП, на основе тщательных расчетов. Устроенные нами трубы будут надежной защитой от осыпания и обрушения стенок котлована.
Для получения бесплатных консультаций или оформления заявки звоните по телефону.
Расчет шпунта онлайн с примерами
Расчет шпунта онлайн с примерами расчетов аналитическими и численными методами представлен на нашем сайте. Расчет шпунта онлайн выполняется по схеме, предназначенной для определения предварительных параметров шпунта. Точное определение параметров шпунта требует проведения детальных геотехнических и конструктивных расчетов, которые также описаны в этой статье.
Область применения шпунтов
Шпунты крайне широко используются в строительстве при наличии сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условий. Шпунты применяются в основном для:
Принцип работы шпунтов
Шпунты как правило работают как гибкие подпорные сооружения, это означает, что что они удерживают грунт, сопротивляясь сдвигу и опрокидыванию за счет:
Таким образом, шпунтовые сооружения работают или по консольной расчетной схеме, или по балочной расчетной схеме (в случае наличия распорок или анкеров).
Распорки и анкера следует применять в тех случаях, когда работа шпунта по консольной схеме не обеспечивает необходимой устойчивости, прочности, жесткости, деформативности. Как правило, при высоте удерживаемого перепада более 5м требуются конструкции крепления. Кроме того, следует понимать, что работа шпунта по консольной схеме требует наличия достаточно прочных грунтов, в которые можно заглубить шпунт.
Нормативная база для расчета шпунта
Расчет шпунта производится с учетом следующих основных нормативных документов:
Расчет шпунта
Расчет шпунта сводится в основном к определению его длины и марки, а также параметров анкерного или распорного крепления в необходимых случаях.
Как известно, гидротехническое строительство является наиболее сложным по совокупности факторов. По этой причине многие принципы расчета и проектирования берут начало и наиболее развиты именно в гидротехнике. Расчет шпунтов не является исключением, вопросы расчета шпунта хорошо описаны в гидротехнической литературе, например – в работе «Проектирование сооружений, обеспечивающих устойчивость грунтовых массивов: набережные, берегоукрепления, подпорные стены, защита от оползней и пр». / В.Э. Даревский, А.М. Романов.
Расчет шпунта включает следующие основные этапы:
Во многих случаях шпунтовые сооружения устраивают не в чистом поле, а в условиях окружающей застройки. В этом случае в расчет шпунта необходимо включать геотехнический прогноз и геотехническое обоснование.
В некоторых случаях, когда шпунт и новое строительство изменяют естественные фильтрационные потоки, требуется выполнение расчета фильтрационной устойчивости основания.
Сбор нагрузок на шпунт подробно описан в указанных выше нормативных документах. Отметим лишь, что даже если заказчик не задал в техническом задании никаких нагрузок на бровке подпорного сооружения, все равно нужно учитывать в расчетах кратковременную нагрузку величиной 20 кПа в соответствии с пунктом 6.2.21 СП 381.1325800.2018.
При расчете шпунта важно учитывать следующее положение норм: «Расчетные значения горизонтальных перемещений гибких подпорных сооружений при расчете на основное сочетание нагрузок рекомендуется принимать не более 1/100 от удерживаемого перепада высот и не более 10 см. В случае превышения указанного значения в расчете следует учитывать возможность образования заколов в зоне призмы активного давления и снижение прочностных характеристик грунта по плоскости сдвига» — это пункт 6.1.7 СП 381.1325800.2018.
В простых случаях или на предпроектном этапе расчет шпунта может быть выполнен аналитическими методами, например – методом Блюма-Ломейера (способ «упругой линии»). Недостатком всех аналитических методов является необходимость значительного упрощения расчетной схемы, поэтому приходится использовать численные методы расчета.
Для расчета шпунта, чаще всего, используются следующие численные методы:
Аналитические методы расчета реализованы в программах Фундамент, GeoWall, GEO5, Wall-3. Применение этих методов не требует высокой квалификации, что является их основным преимуществом.
Численные методы расчета реализованы в программах PLAXIS, midas GTS NX, ZSoil, Rocscience. Применение численных методов требует высокой квалификации и соответствующего опыта, в противном случае – высока вероятность получения ошибочных проектных решений.
Важно заметить, что в численных расчетах шпунтов, помимо прочего, необходимо учитывать технологию погружения шпунта, т.к. от этого зависит зона его влияния и параметры напряженно-деформированного состояния.
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.