Геотехническая компания

Крепление котлованов

Котлованы — это фундаментальный элемент строительства, который играет ключевую роль в обеспечении надежности и долговечности зданий и сооружений. Это начальный этап большинства строительных проектов, заключающийся в выемке грунта и подготовке основания для фундамента. В данной статье мы подробно рассмотрим различные аспекты котлованов, включая их назначение, виды, методы укрепления стен котлованов. Особое внимание уделено инновационным подходам и современным решениям, позволяющим сделать процесс укрепления котлована более эффективным, безопасным и экологичным.
 

Содержание

 

 

Виды котлованов и их специфические цели

 

Котлованы классифицируются в зависимости от формы стенок на два основных типа:

  • Котлованы с вертикальными стенками (рис.1а) — имеют строго вертикальные стены без наклона. Такой тип котлована чаще всего используется в условиях ограниченного пространства, когда необходимо максимально эффективно использовать площадь участка. Вертикальные стенки требуют применения специальных методов укрепления, таких как шпунтование или установка опорных стен, для предотвращения обрушения и обеспечения безопасности рабочих и окружающих зданий.
  • Котлованы с откосами (рис.1b) — отличаются наличием наклонных стенок, которые постепенно расширяются к верхней части. Этот тип предпочтителен для использования на просторных участках, где есть достаточно места для формирования откосов. Котлованы с откосами обычно считаются более безопасными, поскольку риск обрушения стенок значительно ниже. Однако они занимают больше места и могут требовать дополнительных земляных работ.
Виды котлованов: с откосами (а) и вертикальными стенками (b)
Рисунок 1. Виды котлованов: с откосами (а) и вертикальными стенками (b)

 
Котлованы обеспечивают подготовку основания под фундамент, гарантируя равномерное распределение нагрузки от строения на грунт. Качество подготовки напрямую влияет на устойчивость, надежность и срок службы здания. В зависимости от типа котлована и специфики грунта на участке, выбираются соответствующие методы укрепления и защиты котлована от воды, что позволяет избежать проседаний, деформаций и других негативных процессов, способных повлиять на целостность и безопасность строительного объекта.
 

Выбор типа котлована и методов его обустройства требует тщательного анализа геологических условий, окружающей застройки и планируемой нагрузки на фундамент, что подчеркивает значимость этапа проектирования и подготовки к строительству.

 

Нормативные документы при проектировании котлованов

 
При проектировании котлованов в России проектировщики должны руководствоваться рядом нормативных документов, которые устанавливают требования к безопасности, методам строительства, а также к проектированию и эксплуатации зданий и сооружений. Важнейшие из них включают:
 

 

Другие нормативные документы вы можете найти по ссылке

 
Эти и другие нормативные документы обеспечивают комплексный подход к проектированию и строительству котлованов, учитывая все аспекты безопасности, экологии и эффективности строительного процесса. Соблюдение этих норм и правил является обязательным для обеспечения качества и безопасности строительства на всех этапах проекта.
 

Глубина котлована и требование к укреплению:

 

  • Для мелких котлованов (до 2 м) в стабильных грунтах укрепление может не потребоваться или быть минимальным. Однако в сыпучих или влажных грунтах даже на малой глубине могут потребоваться меры по укреплению.
  • Для средних котлованов (от 2 до 5 м) укрепление стенок становится обязательным, особенно в условиях неустойчивых грунтов, для обеспечения безопасности и предотвращения обрушений.
  • Укрепление стенок глубоких котлованов (более 5 метров) обязательно вне зависимости от типа грунта. Глубокие котлованы требуют комплексного подхода к укреплению, включая возможное использование шпунтов, анкеров, горизонтальных и вертикальных связей, а также специальных технологий, таких как стены в грунте или цементация.

 

Дополнительные факторы, требующие укрепления котлованов:

 

  • Близость к водоемам и уровень грунтовых вод. Высокий уровень грунтовых вод и близость к водоемам увеличивают риск обрушения стенок котлована и требуют дополнительных мер укрепления.
  • Сейсмическая активность региона. В сейсмоопасных районах укрепление котлованов необходимо для предотвращения их обрушения в результате землетрясений.
Расчет при проектировании укрепления котлована
Рисунок 2. Расчет при проектировании укрепления котлована

 

Выбор конкретного метода укрепления зависит от комплексной оценки всех факторов, включая тип грунта, глубину, общие условия строительства и близость к существующим сооружениям. Проектирование мер по укреплению должно осуществляться специалистами с учетом всех нормативных требований и стандартов безопасности.

 

Способы крепления котлованов и траншей с вертикальными стенками:

 

 

Крепление котлованов щитами

 
Крепление котлованов щитами — это комплексный метод, цель которого заключается в передаче нагрузки от стенок котлована на систему щитов и поддерживающих элементов, таких как распорки или анкерные тяги. Этот процесс включает строительство щитов вдоль откоса и установку между ними распорок, которые обеспечивают устойчивость конструкции, упираясь в противоположные стенки котлована.
 
Для эффективного распределения нагрузки от щита на распорки и обеспечения дополнительной стабильности всей конструкции вдоль ограждения строят обвязочный пояс. Обвязочный пояс состоит из ряда горизонтальных или вертикальных балок, к которым крепятся распорки или анкерные тяги. Такой пояс не только укрепляет конструкцию, но и равномерно распределяет нагрузку, уменьшая давление на отдельные элементы системы.
 

Распорное крепление котлованов

 

Распорное крепление основывается на использовании поперечных балок, которые устанавливаются горизонтально и поддерживаются вертикальными стойками. Эти балки и стойки создают систему, которая распределяет давление грунта и предотвращает его обрушение внутрь котлована.Этот вид укрепления часто используется в следующих сценариях:

  • Стесненные условия. Когда строительство происходит в условиях ограниченного пространства, распорное укрепление позволяет эффективно управлять стенами котлована без расширения стройплощадки.
  • Наличие грунтовых вод. В случаях, когда уровень грунтовых вод высок, и использование других методов укрепления может быть затруднено, распорное крепление остается эффективным решением.
  • Сложные гидрогеологические условия. В грунтах с неоднородной структурой или наличием влажных слоев, где другие методы могут оказаться неэффективными.
Укрепление котлована с помощью анкеров и распорок
Рисунок 3. Укрепление котлована с помощью анкеров и распорок

 

Компоненты распорного крепления:

 

 

Преимущества:

 

 

Ограничения:

 

 

Шпунтовое крепление котлована

 

Шпунтовое крепление котлована является эффективным методом обеспечения стабильности и безопасности при проведении земляных работ, особенно в условиях высокого уровня грунтовых вод и значительного давления грунта. Этот метод включает использование металлических шпунтов, чаще всего балок Ларсена, которые позволяют формировать герметичную, сплошную стену вокруг периметра котлована.

Шпунтовое крепление применяется для укрепления выработок глубиной от 5 до 12 метров, где требуется высокая герметичность и устойчивость к давлению грунта и грунтовых вод. Этот метод особенно актуален при строительстве в плотной городской застройке, на берегах водоемов, а также в местах с сложными гидрогеологическими условиями.

 

Компоненты шпунтового крепления

 
Основным элементом шпунтового ограждения являются металлические шпунты (балки Ларсена), которые забиваются в грунт до начала строительства котлована. Для погружения шпунтов используются:

  • Копры, забивающие шпунты в грунт;
  • Вибрационные головки, размягчающие грунт для облегчения погружения балок;
  • Сваевдавливатели с гидравлическим прессом для передачи статической нагрузки на оголовок шпунта.

После установки шпунтов на их стенки навариваются тавровые балки, формирующие обвязочный пояс, к которому привариваются распорки из труб или двутавровых балок. Альтернативный способ фиксации — использование анкерных тяг.
 

Преимущества шпунтового крепления

 

  • Шпунтовое ограждение обладает высокой устойчивостью к продольным и поперечным нагрузкам.
  • Герметичная стена шпунтов эффективно препятствует проникновению грунтовых вод в котлован.
  • Шпунты, обвязочный пояс и распорки могут быть извлечены из грунта и использованы повторно, что снижает стоимость и воздействие на окружающую среду.
Укрепление котлована шпунтом из свай
Рисунок 3. Укрепление котлована шпунтом из свай

 

Ограничения шпунтового крепления

 

 

Анкерное крепление котлованов

 

Анкеры представляют собой стержни, способные проникнуть в более устойчивые слои грунта за пределами котлована. Эти стержни передают нагрузку от вертикальных стенок котлована к более устойчивым слоям, предотвращая их обвал. Анкеры могут быть использованы как дополнение к распорному креплению или как самостоятельный метод укрепления.
 

Виды анкеров:

 

  1. Прядевые анкеры — устанавливаются путем бурения отверстий, в которые затем вставляются анкеры и заполняются цементным раствором.
  2. Винтовые анкеры — вкручиваются в грунт с помощью вращения.
Винтовые анкера
Рисунок 4. Укрепление котлована винтовыми анкерами

 
Анкерное крепление котлованов используется в следующих сценариях:

 

Преимущества анкерного крепления:

 

  • Позволяет строить более глубокие котлованы, улучшая устойчивость конструкции.
  • Подходит для использования в различных типах грунтов, включая влажные и неустойчивые.
  • Позволяет строить котлованы с ограниченным откосом, что экономит пространство.

 

Ограничения анкерного крепления:

 

  • Установка анкеров может потребовать специализированного оборудования и навыков.
  • Возможны дополнительные затраты по сравнению с более простыми методами крепления.
  • Необходимость профессионального проектирования.
Укрепление котлована анкерами
Рисунок 5. Укрепление котлована анкерами

Анкерное укрепление котлованов представляет собой мощный инженерный метод, который обеспечивает стойкость и прочность вертикальных стен в различных условиях строительства, делая его эффективным выбором в сложных геотехнических сценариях.
 

Нагельное крепление котлована

 
Нагельное крепление представляет собой геотехническую конструкцию, разработанную для обеспечения устойчивости вертикальных стен котлованов, траншей и выемок. Этот метод крепления использует нагели — деревянные гвозди или металлические штыри — для укрепления стенок и откосов, предотвращая обвал и обеспечивая безопасность ведения строительных работ.

Нагели являются элементами, которые вбиваются или забиваются в грунт, предоставляя дополнительную опору и укрепляя вертикальные стенки котлована. Они могут быть различной длины и диаметра, в зависимости от требований конкретного проекта. Нагельное крепление обеспечивает устойчивость путем создания прочной геотехнической структуры вокруг котлована.
 

Применение:

 

 

Преимущества:

 

 

Ограничения:

 

 

Применение новых материалов и технологий

 

  • Геосинтетические материалы. Использование геосинтетиков для укрепления стенок котлованов и предотвращения эрозии грунта. Геотекстиль, геосетки и геомембраны помогают увеличить устойчивость грунта и предотвратить загрязнение подземных вод.
  • Системы глубинного смешивания грунта (DSM) — технология, позволяющая улучшить характеристики грунта путем его перемешивания с цементирующими растворами непосредственно в условиях стройплощадки. Это повышает несущую способность грунта и уменьшает его деформацию.
  • Бесшумное и бесвибрационное шпунтование. Новые технологии забивки шпунтов позволяют выполнять работы в плотной городской застройке без риска повреждения соседних зданий и сооружений.
Укрепление котлована с помощью технологии DSM
Рисунок 6. Укрепление котлована с помощью технологии DSM
Наша компания, обладая 20-летним опытом в сфере укрепления котлованов и траншей, зарекомендовала себя как надежный исполнитель в области строительства. Мы предоставляем полный спектр услуг, начиная с проектирования и заканчивая непосредственным выполнением работ. Этот интегрированный подход позволяет нам контролировать весь процесс строительства, обеспечивая высокое качество и соблюдение всех норм и стандартов безопасности.

В нашей работе мы сочетаем глубокие знания и многолетний опыт с инновационными технологиями и материалами. Это позволяет нам успешно решать задачи любой сложности. Мы постоянно совершенствуем наши методы и подходы, внедряя передовые технологии для повышения эффективности и уменьшения воздействия на окружающую среду.

Ключевым преимуществом сотрудничества с нами является возможность получения комплексного решения «под ключ», что избавляет наших клиентов от необходимости взаимодействия с несколькими подрядчиками и координирования различных этапов работ. Наша команда специалистов берет на себя все аспекты проекта – от начального проектирования до выполнения работ, гарантируя при этом соблюдение сроков и бюджета. Мы гордимся своей репутацией надежного партнера и стремимся к тому, чтобы каждый проект был выполнен с максимальной отдачей и наилучшим результатом для наших клиентов.

Укрепление котлована грунтоцементными сваями
Рисунок 7. Укрепление котлована грунтоцементными сваями