Зачем и когда необходимо шпунтовое ограждение?

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:

• песчаных,
• болотистых,
• с высоким уровнем грунтовых вод.

Некоторые разновидности шпунтов используются при укреплении береговой линии. Они широко применяются для широких котлованов с глубиной более пяти метров.

Виды шпунтовых элементов

Первоначально шпунтовые стены выполнялись из бревен или деревянных пластин. Такие шпунтовые ограждения до сих пор широко применяются в мелиорации, благоустройстве территорий и прочих видах работ, не связанных с высокой сложностью и требованиями. Отличает этот материал дешевизна и доступность. Оборачиваемость и долговечность его, естественно, невысокие.

Так выглядят профили для монтажа шпунтовых стен

Однако металлический шпунт Ларсена имеет высокий вес и значительную стоимость. Не всегда есть возможность сохранить элементы без подрезки или деформаций.

При этом дорогие изделия после применения превращаются в металлолом. В строительную практику внедряется шпунт из полимеров — поливинилхлорида и композита. Помимо малого веса, эти изделия отличаются меньшим коэффициентом трения поверхности, что облегчает их погружение и выемку.

Пример шпунта Ларсена изготовленного из полимеров

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:

• 1 метр, при работе на песчаной почве;
• 1,25 метра, при строительстве в супесях;
• 1,5 метра для глин и суглинков;
• не более 2 метров для плотных грунтов.

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.

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:

1. Доставляют материалы, инструменты на место застройки.
2. Краном шпунты распределяют по периметру объекта.
3. Выполняют разметку места установки каждой сваи.
4. Проводится стропирование. Элементы доставляют к размеченному участку монтажа.
5. На шпунт крепят наголовник погружателя.
6. Сваю выравнивают строго по вертикали. Постепенно погружают ее в грунт.
7. Распорки убирают. Сваю опускают до требуемой глубины.

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.

Здесь указываются:

1. Основы пожарной, экологической безопасности.
2. Показатели качественного выполнения работ.
3. Требования к размерам, типам используемого сырья.

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:

https://docs.cntd.ru/document/5200242.

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:

1. Прочность – 800 кН/м.
2. Один погонный метр профиля имеет вес 100 кг.
3. В качестве материала используется Ст3 или 16ХГ.

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:

• доступность материала,
• относительно невысокая его цена,
• возможность установки без использования специальной техники.

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.

Данный вид шпунтов преимущественно устанавливают в местах, где наблюдается повышенное воздействие агрессивных сред, в первую очередь около водоемов, для укрепления береговой линии, для обустройства объектов рядом с соленой морской водой и в других аналогичных случаях. Метод установки – вдавливание или вибрирование. Не применяются для забивного погружения.

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.

Что такое забирка из досок для котлована

На водонасыщенных нестабильных грунтах шпунты устанавливаются сплошной стенкой. Профильные сваи при этом поворачиваются по отношению друг к другу на 180 градусов и соединяются замками. В плане конструкция напоминает синусоиду – в таком виде устойчивость стенки максимальна. Трубошпунты не разворачивают, но тоже устанавливают вплотную.

На плотном грунте, у которого устойчивости выше, а давление на стенку, соответственно ниже, шпунтовые сваи можно располагать не вплотную, а с интервалами. Промежутки перекрывают досками, стальными листами и др. Это и есть забирка для шпунта. Она позволяет сэкономить (понадобится меньше шпунтов). В дальнейшем забирка используется как опалубка при заливке фундамента.

Если грунт плотный, но водонасыщенный, этой меры недостаточно: забирка водопроницаема. В таком случае необходимы меры по водопонижению, то есть, дополнительные затраты. Что окажется экономичнее в вашем случае, покажет расчет.

Мы занимаемся не только погружением шпунтов, но и проектированием ограждений. При необходимости проводим испытания грунтов. Если вы обратитесь к нам, мы вместе с вами выберем вариант, подходящий в плане гидрогеологических условий и наиболее экономичный по стоимости.

Мы знаем всё о шпунтовом ограждение

Опыт работы — 10 лет. Более 270 законченных проектов. Ни одного отрицательного отзыва. По всем вопросам звоните: 8 800 707-72-09

Применяемые технологии шпунтирования

Основные разновидности методик погружения шпунта, которые могут применяться как по отдельности, так и комбинироваться в различных сочетаниях:

• ударный способ;
• вибрационный способ;
• вдавливание.

Для работы применяются разнообразные машины. Каждая из технологий предъявляет к технике особые требования. Наибольшее распространение имеют следующие установки:

1. Низкочастотные вибромашины (9-10 Гц, усилие до 1700 кН).
2. Среднечастотные (10-30 Гц, усилие 270 кН).
3. Высокочастотные агрегаты с возможностью регулировки дисбаланса.
4. Вибраторы высокой частоты с настройкой дисбаланса и нерезонансными фазами включения-выключения.
5. Вдавливающие системы.
6. Механические молоты.
7. Воздушные молоты.
8. Гидравлические молоты.
9. Дизельные молоты.

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:

• вибровозбудитель с двумя или четырьмя электродвигателями;
• гаситель динамического воздействия;
• гидравлический наголовник.

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:

1. Отсутствие ударных и вибрационных воздействий на близлежащие здания.
2. Низкий уровень шума при работе.
3. Снижается вероятность повреждения сваи, как, например, при забивном методе установки.

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

В сложных случаях, когда проход почвы затруднен могут применяться вспомогательные методы, такие как взрывное бурение или подмыв.

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.

Технология монтажа ограждения

Монтаж в скважины труб может совершаться разными способами, но в любом из них первым этапом будет бурение литерных скважин.

Самый распространённый способ бурения – шнековый и шарочный. В этих видах стенки скважин закрепляются с помощью глинистого раствора под определённым уровнем давления. Большая плотность посадки трубы будет обеспечена благодаря глине. Цена за такой вид работы будет зависеть от глубины, на которую будут опускаться трубы, качества грунта и трудоёмкости. Качество монтажа напрямую зависит от способа погружения шпунтов.

Существуют следующие способы погружения шпунтов:

• Шпунт забивают с помощью коперов. Например, маятникового копера. Но он не используется в городе из-за плотного расположения зданий.
• Шпунт погружают в заранее пробуренные скважины.
• Шпунтина завинчивается и вдавливается. В данном случае она представляет собой стальную трубу.
• Шпунтина опускается в заранее пробуренную скважину, которую одновременно заполняют цементом.

На видео — процесс вибропогружения шпунта в грунт:

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:

• Mu – момент вызываемый усилием давления грунта на шпунтовое ограждение и способствующий его опрокидыванию;
• Mz – момент сопротивления опрокидыванию, работающий за счет защемления шпунтового ограждения в грунте;
• m – коэффициент, характеризующий условия работы шпунта в грунте, для слабых грунтов значение принимается равным 0,7;
• yn – показатель надежности, для сухого грунта принимается равным 1,1, для случая высоких грунтовых вод – 1,2.

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:

• 
  yc – коэффициент, характеризующий работу сваи в грунте;

• ycr – коэффициент, определяющий сопротивление почвы, находящейся под шпунтом;
• R – сопротивление грунта под шпунтом;
• d – диаметр опорной подошвы;
• V — периметр сечения шпунта;
• ycri – коэффициент, характеризующий работу грунта на боковых поверхностях шпунта;
• fi – сопротивление грунта на боковых поверхностях шпунта;
• li – длина боковых граней шпунта.

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.

Как рассчитать ограждение

Чтобы исключить деформацию стенок ограждающей конструкции после разрытия грунта, необходимо провести несколько расчетов. Они основываются на следующих характеристиках:

1. Тип ограждения.
2. Глубина установки материала.
3. Габариты шпунта.
4. Силы взаимодействия.

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:

1. M1 указывает на устойчивость к опрокидыванию.
2. M2 определяет удерживающий момент.
3. m указывает на коэффициент условий работы.
4. y является условным обозначением коэффициента надежности.

Этапы работ

Установка шпунта может осуществляться несколькими способами:

• забивкой,
• с помощью низкочастотных или высокочастотных вибраций,
• вдавливанием,
• завинчиванием,
• методом размыва.

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:

1. 
   Подготовка площадки, размещение спецтехники, завоз шпунта;

2. По периметру котлована осуществляют распределение материала. Затем делают разметку, определяют место монтажа каждого элемента, выполняют стропирование и каждую сваю доставляют к намеченному месту установки;
3. Шпунт выравнивают строго по вертикали, монтируют наголовник погружателя;
4. Монтаж сваи производится ударным методом, запрессовыванием или вибропогружением ее в почву. В процессе установки осуществляется центрирование;
5. Если применяется шпунт Ларсена, то пазы каждой последующей сваи вставляются в предыдущую, таким образом формируется замок. Чтобы минимизировать трение в замке, используется смазка.

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.

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:

1. Укрепление бортов углублений под основания постройки.
2. Защита стенок котлована от осыпания.
3. Локализация строительной площадки.
4. Поддержание береговой линии.
5. Обустройство гидротехнических сооружений.
6. Укрепление фундаментов.
7. Организация герметичных емкостей для промышленных отходов.
8. Обустройство очистных конструкций.
9. Укрепление железнодорожных путей.

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.

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.

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:

1. Оснащение подбирают с учетом длины составляющих свайной системы. Если она достигает 26 м, следует предусмотреть специальные отметки для шпунтов. Оснащение рассчитывается специальными компьютерными калькуляторами, которые используют теорию удара волн.
2. Подмыв котлована для более легкой фиксации шпунтов разрешен только в тех случаях, если стройплощадка находится далеко от жилых построек. Минимальная дистанция между зданиями должна составлять 20 м. В таком случае глубину погружения увеличивают в 2 раза.
3. Ограждение котлованов относится к тем типам работ, которые регламентируются государственными стандартами и требуют оформления документации.

Типичные ошибки

Чаще всего при обустройстве крепления котлована появляются сложности, которые трудно устранить. Поэтому следует заранее позаботится о соблюдении требований строительных норм и правил:

1. Иногда, после установки шпунта, обнаруживается, что глубина его погружения не соответствует проектной. Это приводит к уменьшению устойчивости конструкции, что повышает опасность обрушения стенок котлована. В таком случае необходимо вынимать шпунт и монтировать его заново.

2. 
   Щели между соседними элементами ограждения – нет прочного соединения замка. Это приводит не только к ухудшению гидроизоляции объекта, но и снижает прочность ограждения. Устранить недостаток можно, переустановив элементы ограждения.

3. Как правило шпунт проникает в почву на несколько метров глубже того уровня, где обустроено дно котлована. Это представляет опасность, если под котлованом находятся коммуникации или конструкции, о которых неизвестно строителям.
   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.

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:

• надежность и толщину стенок сваи;
• сопротивление обвязки;
• коэффициент работы конструкции в почве;
• устойчивость замков к разрыву;
• величину горизонтальных нагрузок;
• радиальное усилие;
• силу опрокидывающего действия.

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:

• глубину котлована;
• вертикальную силу давления грунта;
• давление почвы при опрокидывании;
• сила противодействия вращающемуся механизму.

Вычисление выглядит так:

М1 ≤ m/γ * M2, где

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.

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.

Шпунтовое соединение

Шпунтовое соединение

Реферат

Изобретение относится к горному делу и предназначено для соединения и направленного перемещения верхняков соседних секций механизированной крепи. Задачей изобретения является создание простой конструкции, обеспечивающей значительные взаимные вертикальные и угловые перемещения верхняков. Шпунтовое соединение для верхняков временной механизированной крепи, включающее шарниры, посредством которых соединены с соседними верхняками шпунт с цилиндрической головкой и направляющая с цилиндрическим пазом, в котором установлена головка шпунта с возможностью ограниченного перемещения и взаимного поворота соседних верхняков в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольной оси крепи, отличающееся тем, что соединение шпунта с верхняком выполнено в виде двойного шарнира, присоединенного к верхняку посредством запорного валика с возможностью ограниченного поворота шпунта и верхняка вокруг горизонтальной продольной оси. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу. Разработано для соединения верхняков соседних секций крепи, предназначенной для временного поддержания кровли в призабойной зоне горных выработок, проводимых буровзрывным способом. Изобретение может быть использовано в механизированных крепях для временного поддержания в выработках, проводимых комбайновым способом, а также в механизированных крепях очистных забоев, где наблюдаются значительные неровности кровли.

При проведении горных выработок буровзрывным способом почва и кровля их отличаются значительными неровностями. Особенно это характерно для кровли выработок арочной формы. В таких условиях использование обычных секционных механизированных крепей затруднительно, так как боковые секции при их распоре между кровлей и почвой выработки будут наклоняться в сторону продольной оси выработки. Верхние опорные элементы (верхняки) при жестком соединении с распорными гидростойками не имеют возможности приспосабливаться к неровностям кровли. В результате этого в гидростойках возможны значительные изгибающие напряжения. При передвижении крепи методом шагания нарушается параллельность их перемещения.Известны шпунтовые соединения, которые применяются при сооружении защитных стенок гидротехнических объектов («Энциклопедический словарь» т.2. М.: Сов. энцикл. , 1964, с. 675). Такие соединения обычно используются в жестких забивных конструкциях. Они не могут быть использованы в подвижных системах для направленного перемещения отдельных элементов, каковыми являются механизированные распорно-шагающие крепи. Известно также шпунтовое соединение, применяемое в механизированной крепи 2М-81К (Горные машины и комплексы./ Под ред.Топчиева А.В. М.: Недра, 1971, с.261, 486).Рассматриваемое шпунтовое соединение состоит из шпунта и направляющей, которые шарнирно смонтированы на верхняках соседних секций крепи. При перемещении одной секции совместно с верхняком его шпунт скользит по направляющей, обеспечивая параллельное положение соседних секций. Отклонение одного верхняка относительно другого в вертикальной плоскости незначительно. Оно определяется габаритными размерами зева шарниров и толщины хвостовиков шпунта и направляющей. Угловое отклонение одного верхняка относительно другого в вертикальной плоскости в рассматриваемой конструкции практически невозможно.Наиболее близким по конструктивному устройству и принципу действия является шпунтовое соединение, примененное в а.с. 407054 «Комплект механизированной крепи» и предназначенное для соединения между собой верхняков соседних секций и комплектов механизированной крепи, используемой в очистных забоях. Рассматриваемое соединение состоит из шпунта с цилиндрической головкой, промежуточного звена (планки) с цилиндрическим пазом, соединенного шарнирно с кронштейнами, смонтированных в верхняках крепи. Кроме того, в состав двух соседних шпунтовых соединений входит гидродомкрат с рычагами для воздействия на то или другое соединение при изменении высоты секции крепи.К недостаткам рассматриваемого соединения следует отнести сложность конструкции и невозможность изменения положения верхняков в поперечном направлении относительно продольной секции крепи.На основании вышеизложенного имеется необходимость в разработке конструкции такого шпунтового соединения, которое позволяло бы сохранять не только параллельное расположение соседних секций, но и допускало бы значительные вертикальные и угловые перемещения одного верхняка относительно другого. Такие перемещения крайне необходимы при значительных неровностях кровли, особенно в выработках арочной формы.Целью настоящего изобретения является разработка конструкции шпунтового соединения между верхняками соседних секций механизированной распорно-шагающей крепи, предназначенной для временного поддержания кровли в призабойной зоне горных выработок арочной формы, проводимых буровзрывным способом. Шпунтовое соединение должно обеспечивать параллельность перемещения верхняков совместно с распорными гидростойками соседних секций крепи, возможность вертикального перемещения и углового поворота одного верхняка относительно другого для лучшего приспособления к неровностям кровли проводимой горной выработки. При этом возможность поворота верхняков на распорных гидростойках должна быть обеспечена шарнирным соединением. Согласно изобретению поставленные цели достигаются тем, что шпунтовое соединение для верхняков временной механизированной распорно-шагающей крепи, включающее в себя шарниры, посредством которых соединены с соседними верхняками шпунт с цилиндрической головкой и направляющая с цилиндрическим пазом, в котором размещена головка шпунта с возможностью ограниченного перемещения и взаимного поворота соседних верхняков в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольной оси крепи, отличается тем, что соединение шпунта с верхняком соседней секции выполнено в виде двойного шарнира. Двойной шарнир присоединен к верхняку при помощи запорного валика и позволяет осуществлять ограниченный поворот шпунта и верхняка вокруг горизонтальной продольной оси.Предлагаемая конструкция шпунтового соединения верхняков соседних секций механизированной передвижной крепи позволяет сохранять параллельность при их перемещении, иметь возможность ограниченного перемещения и угловых поворотов во взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях соседних верхняков для приспособления к неровностям кровли проводимой горной выработки.Существенные отличия: шпунтовое соединение, предназначенное для соединения шарнирно закрепленных верхняков соседних секций механизированной крепи, выполнено так, что головка (выступ) шпунта и паз направляющей имеют цилиндрическую форму с возможностью ограниченного перемещения штоков распорных гидростоек совместно с верхняками при изменении высоты выработки в отдельных местах, а также поворота верхняков при неровностях кровли.Соединение шпунта с верхняком крепи выполнено в виде двойного шарнира, присоединенного к верхняку посредством валика с возможностью ограниченного поворота шпунта и верхняка вокруг горизонтальной продольной оси.Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено поперечное сечение шпунтового соединения.На чертеже представлено конструктивное устройство предлагаемого шпунтового соединения для верхняков секций временной механизированной крепи. Оно состоит из направляющей 1, шпунта 2 с цилиндрической головкой 3. Направляющая 1 присоединена к верхняку 4 посредством шарнира с запорным валиком 5. Шпунт 2 шарнирно прикреплен к верхняку 6 посредством двойного шарнира 7. Шпунт при помощи горизонтального шарнира с запорным валиком 8 связан с поперечным шарниром 7. Поперечный (вертикальный) шарнир 7 присоединен к верхняку 6 посредством запорного валика 9. Принцип работы предлагаемого шпунтового соединения для связи верхняков соседних секций механизированной крепи следующий.При перемещении одной из секций крепи ее верхняк 6 получает направленное перемещение вдоль продольной оси скольжения шпунта 3 в пазу направляющей 1, шарнирно закрепленной на верхняке 4. В процессе перемещения секции, когда встречается выступ в кровле выработки, распорные гидростойки уменьшают свою высоту, в результате чего верхняк 6 опускается. Шпунт 2 благодаря своей цилиндрической головке 3 не препятствует опусканию верхняка 6, осуществляя поворот в пазу направляющей 1, и переходит из среднего положения в положение II. При распоре секции в выработке, где высота ее больше установленной по паспорту буровзрывных работ, верхняк 6 поднимается вверх, а шпунт 2 из среднего положения переходит в положение I. Аналогичный характер перемещения будет иметь верхняк 4, но в этом случае изменяет свое положение направляющая 1.Приспособление соседних верхняков к неровностям кровли в перпендикулярном к продольной оси крепи направлении происходит за счет поперечного шарнира 7 с поворотом вокруг валика 9 и взаимным поворотом шпунта 3 и направляющей 1 вокруг их общего центра.

Формула изобретения

Шпунтовое соединение для верхняков временной механизированной крепи, включающее шарниры, посредством которых соединены с соседними верхняками шпунт с цилиндрической головкой и направляющая с цилиндрическим пазом, в котором установлена головка шпунта с возможностью ограниченного перемещения и взаимного поворота соседних верхняков в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольной оси крепи, отличающееся тем, что соединение шпунта с верхняком выполнено в виде двойного шарнира, присоединенного к верхняку посредством запорного валика с возможностью ограниченного поворота шпунта и верхняка вокруг горизонтальной продольной оси.

РИСУНКИ
Рисунок 1