Вертикальные крепления котлованов

Устройство котлованов и водопонижение

Кнаупе В. /избранные главы/
 

3.2. Варианты вертикального крепления стенок котлованов

Вертикальные конструкции крепления стенок котлованов могут выполняться различными способами, при которых две расположенные друг против друга стенки распираются распорками или каждая стенка крепится анкерами, заделанными в грунт. Может быть осуществлен также вариант крепления, когда вертикальные стойки заделываются в основание земляной выработки.

3.2.1. Применение вертикальных креплений котлованов

Вертикальное крепление стенок применяется в случаях, когда котлованы устраиваются в рыхлых несвязных грунтах, мягких связных грунтах или когда устойчивость грунта обеспечивается на высоту не более одного или двух элементов горизонтальной обшивки. Выбор способа крепления зависит также от технических условий его осуществления, механизации работ, наличия строительных материалов, необходимых для создания облицовки. В общем применение вертикального крепления стенок котлованов возможно во всех легких и средних грунтовых условиях.
Основными конструктивными элементами крепления являются:
деревянные или металлические вертикальные стойки жесткости;
горизонтальные элементы обшивки, выполняемые из дерева или металла;
распорки из кругляка или брусков, стальные несущие стойки из изменяющегося по длине проката; различные виды насадок.
Преимущества вертикального крепления состоят в следующем: установка несущих стоек до или в процессе выполнения работ по выемке грунта;
возможность применения в котлованах сложной конфигурации;
применение в неустойчивых рыхлых грунтах и при среднем значении притока грунтовых вод;
относительно большое рабочее пространство для ведения работ в траншее с относительно небольшим объемом земляных и монтажных работ;
возможность извлечения всех элементов конструкции при обратном заполнении траншеи грунтом для их повторного использования; минимальное число распорок;
высокая оборачиваемость элементов конструкции. Недостатками конструкции являются:
ограничение возможности применения по грунтовым условиям: необходимость переукладки кабелей и трубопроводов до начала
работ по возведению конструкции стенки;
разрушение не выявленных заранее коммуникаций, находящихся в грунте;
создание шума и вибраций при забивке стоек.
Вертикальные стенки с горизонтально расположенными элементами обшивки применяются как в одноярусном, так и многоярусном исполнении и могут располагаться вертикально или наклонно.

3.2.2. Одноярусное вертикальное крепление стенок котлованов

Одноярусное вертикальное крепление стенок в зависимости от грунтовых условий, типа и высоты используемых вертикальных стоек может применяться для котлованов глубиной до 4 м и в исключительных случаях - до 5 м.
Широко применявшееся ранее крепление с использованием деревянных стоек в настоящее время практически не встречается. В связи с этим описание конструкций вертикального одноярусного крепления приводится очень кратко.
Используемые элементы должны удовлетворять следующим требованиям:

Рис. 3.11. Сооружение траншеи в слабодеформируемом грунте
а — установка шпунта в направляющие; б — конечное состояние одноступенчатого котлована; 1 — деревянный шпунт; 2 — деревянные распорки; 3 — клинья; 4 — направляющие брусья с фиксацией расстояния между шпунтами; 5 — рамы; 6 —подвески; 
7 — деревянные или винтовые распорки; 8 — нижний пояс

стойки, используемые для обеспечения необходимой жесткости обшивки, должны иметь толщину не менее 50 мм, прямоугольное поперечное сечение, параллельные поверхности и, в случаях возможной их забивки в грунт, металлические оголовки;
стойки круглого сечения должны иметь диаметр не менее 120 мм;
сечение горизонтальных связей, выполняемых из деревянных брусков, не менее 120x160 мм;
хомуты, подвешиваемые к горизонтальным связям, при изготовлении прокатных профилей должны иметь поперечный диаметр не менее 16 мм, при использовании полосового проката — сечение не менее 10х30 мм, а при использовании цепей или тросов их сечение должно определяться расчетом. Металлические хомуты допускается применять только в случаях, если ими соединяются деревянные элементы.
Конструктивное решение деревянного вертикального крепления в грунтах, не подверженных сильным деформациям, показано на рис. 3.11.
Широко применяется устройство вертикальных креплений, не имеющих распорок в нижней части, что позволяет существенно расширить рабочее пространство и использовать различные механизмы при производстве работ по выемке и обратной засыпке грунта. По сравнению с деревянными металлические элементы имеют то преимущество, что возможно их многократное использование.
Процесс возведения вертикального крепления непрерывен и состоит из следующих рабочих операций; забивка стоек, выемка грунта; установка продольных связей; прокладка коммуникаций в траншее; обратная засыпка траншеи грунтом, снятие распорок, облицовки, насадки и извлечение стоек.
До забивки или опускания стоек производится установка верхней рамы, которая фиксирует их положение и устанавливается на заранее спланированную площадку. Это позволяет произвести точную забивку свай или шпунта и точно выдержать внутренний размер траншеи (см. рис. 3.11,а). Для того чтобы забиваемые стойки или шпунты плотно прилетали к продольным поясам установленной рамы с ее внутренней стороны на расстоянии, определяемом их толщиной, устанавливаются вторые продольные брусья, которые раскрепляются дополнительными распорками. В образующийся между этими двумя продольными брусьями зазор устанавливаются концы свай или шпунта, после чего начинается их забивка. Шпунт должен плотно прилегать друг к другу, чтобы исключить образование щелей. При этом исключается возможность их прогибов или скручиваний.
Стойки забиваются по мере увеличения глубины выемки или сразу на всю необходимую глубину. Поперечные связи в неустойчивых рыхлых грунтах устанавливают на расстоянии не более 300 мм от поверхности вынутого грунта. Лишь в устойчивых рыхлых грунтах концы забиваемых направляющих стоек могут фиксироваться непосредственно в грунте.
Верхний край устанавливаемых горизонтальных досок обшивки (см. рис. 3.2) возвышается над поверхностью прилегающей к траншее площадки или полосы в соответствии с конкретными условиями строительства.
После забивки направляющих свай или шпунта котлован разрабатывается на такую глубину, насколько это позволяют конкретные грунтовые условия по требованию устойчивости незакрепленного грунта. После того как будут установлены верхние распорки, выемка грунта производится гидравлическим экскаватором (грейфером). Установка последующих ярусов продольных связей и поперечных распорок производится по мере выемки грунта таким образом, чтобы в любой момент обеспечивалась необходимая устойчивость стенок. Средний ярус распорок должен, по возможности, устанавливаться позднее, чтобы обеспечить максимум свободного пространства для ведения строительных работ. При этом способе производства работ забитые стойки раскрепляются к продольным связям при помощи клиньев, с тем чтобы последние находились в нагруженном состоянии (ослабление возможно только во время установки продольной сплошной обшивки стенок). Снятие этих распорок должно производиться за минимально возможное Время.
Продольные связи (пояса) во избежание их сползания закрепляются специальными хомутами за вышерасположенные элементы конструкции. Торцы продольных поясов могут быть смешены один относительно другого, но лучше, если эти пояса располагаются на одном уровне и связаны между собой. Поперечные распорки хомутами из круглокатаной стали или полосового железа крепятся к стойкам.
Конструкция крепления вертикальных точек стенок прокатными профилями показана на рис. 3.12 в различных возможных вариантах. На этом рисунке показано поперечное сечение профиля FKD IV, имеющего следующие технические характеристики: b = 252 мм; h = 44 мм; t = 4 мм; m_D = 11,62 кг/м; m_w = 46кг/м²; W_x  = 67 см³; s_zul = 140 Н/м².