Крепление котлованов
Автор статьи: Павел Малинин
Дата написания статьи: 22.01.2024
Время на прочтение: 9 минут
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.
Крепление котлованов — это процесс обеспечения устойчивости и безопасности открытых или временно открытых земляных выемок, созданных в процессе строительных работ или других инженерных действий. Основная цель крепления котлованов состоит в предотвращении обрушения стенок выемки, поддержании их формы и устойчивости, а также защите окружающей территории от негативных последствий, таких как затопление, оползни и другие виды грунтовых деформаций. Технологии крепления котлованов могут включать в себя использование шпунтовых ограждений, бетонированных или металлических опор, геосинтетических материалов, дренажных систем и других инженерных решений, адаптированных под конкретные условия и геологические особенности местности.
Содержание
- Виды котлованов и их специфические цели
- Нормативные документы при проектировании котлованов
- Глубина котлована и требование к укреплению
- Способы крепления котлованов и траншей с вертикальными стенками
- Крепление котлованов щитами
- Распорное крепление котлованов
- Шпунтовое крепление котлована
- Анкерное крепление котлованов
- Нагельное крепление котлована
- Применение новых материалов и технологий
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.
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:
- СНиП 12-01-2004 “Организация строительства” – устанавливает общие требования к организации и производству строительных и монтажных работ.
- СНиП 3.02.01-87 “Земляные сооружения, основания и фундаменты” – определяет требования к строительству оснований и фундаментов, а также к проведению земляных работ.
- СП 22.13330.2011 “Основания зданий и сооружений” (актуализированная версия СНиП 2.02.01-83*) – вводит современные подходы и рекомендации по проектированию оснований и фундаментов, в том числе и котлованов, с учетом последних исследований и разработок в области строительства.
- СП 47.13330.2012 “Инженерные изыскания для строительства. Основные положения” – регламентирует проведение инженерных изысканий, необходимых для корректного проектирования котлованов, включая анализ грунтов и геологических условий участка.
- СП 248.1325800.2016 “Сооружения подземные. Правила проектирования” – касается специфических аспектов проектирования подземных частей зданий и сооружений, что актуально при проектировании глубоких котлованов и подземных парковок.
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.
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;
- Распорное крепление котлованов;
- Шпунтовое крепление котлована;
- Анкерное крепление;
- Нагельное крепление котлована.
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.
Рисунок 3. Укрепление котлована с помощью анкеров и распорок
Компоненты распорного крепления:
- Стойки — обычно металлические трубы или стойки, устанавливаемые внутри котлована.
- Балки — горизонтальные элементы, устанавливаемые между стойками, для распределения давления грунта.
- Распорки — элементы, обеспечивающие стабильность конструкции, удерживая стойки и балки в правильном положении.
Преимущества:
- Устойчивость. Распорное крепление обеспечивает надежную устойчивость вертикальных стенок котлована, предотвращая их обвал.
- Эффективность в стесненных условиях. Позволяет эффективно работать в условиях ограниченного пространства.
- Применимость к сложным условиям. Эффективен в грунтах с высоким уровнем влажности и других сложных гидрогеологических условиях.
Ограничения:
- Не всегда подходит для котлованов глубже определенной отметки, требуется дополнительная оценка и инженерное проектирование для более глубоких котлованов.
- В случае очень плотных грунтов может потребоваться усиление конструкции.
- Распорное укрепление котлованов представляет собой надежный и эффективный метод, который, при правильном использовании, обеспечивает стабильность и безопасность строительных работ на глубоких уровнях.
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.
Рисунок 3. Укрепление котлована шпунтом из свай
Ограничения шпунтового крепления
- Высокая стоимость металлических шпунтов и необходимого оборудования для их погружения.
- Необходимость использования специализированной техники и квалифицированных специалистов для установки шпунтового ограждения.
- Эффективность метода снижается на глубинах более 12 метров из-за возрастающего давления грунта.
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:
- Прядевые анкеры — устанавливаются путем бурения отверстий, в которые затем вставляются анкеры и заполняются цементным раствором.
- Винтовые анкеры — вкручиваются в грунт с помощью вращения.
Рисунок 4. Укрепление котлована винтовыми анкерами
Анкерное крепление котлованов используется в следующих сценариях:
- В случаях, когда котлованы имеют большую глубину и требуют более мощных и устойчивых конструкций.
- В грунтах с высоким уровнем влажности, наличием воды или неоднородной структурой.
- В условиях, где доступ к краям котлована ограничен, и использование других методов укрепления затруднено.
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.
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:
- Нагельное крепление эффективно для небольших и средних котлованов, где требуется обеспечить стабильность стен.
- Идеально подходит для условий с неустойчивыми грунтами, где другие методы укрепления могут быть менее эффективны.
- Создание прочной геотехнической структуры снижает риск обвала котлована в процессе строительства.
Преимущества:
- Нагельное крепление может быть более экономичным в сравнении с некоторыми другими методами, особенно для небольших проектов.
- Процесс установки нагелей может быть относительно простым и не требует сложного оборудования.
- Показывает высокую эффективность в сложных геотехнических условиях.
Ограничения:
- Длина нагелей может быть ограничена типом грунта и глубиной котлована.
- Как и для многих других методов, требуется профессиональное проектирование для определения оптимальных параметров нагельного крепления в конкретных условиях.
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.
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.
Рисунок 7. Укрепление котлована грунтоцементными сваями
Уточнить стоимость, заказать расчет и оставить заявку на крепление котлована вы можете по email или в специальной форме на сайте.
Смотрите также другие наши статьи: