Дом с нуля 

Крепление стенок котлована инвентарными щитами. Устройство котлованов: копка, откосы, крепление. Укрепление траншей инвентарными щитами

Формирование откосов котлована

Строительная компания БЕСТ-СТРОЙ (Москва) выполняет полный цикл устройства котлованов : земляные работы, копка, откосы, крепление стен, устройство распорной системы или грунтовых анкеров, свайного фундамента.

На строительном участке проводится разметка в соответствии с технологической картой котлована: периметр, подъездные пути под вывоз грунта и место складирования породы под обратную засыпку. Выполняется транспортировка спецтехники на участок: экскаваторов, бульдозеров, погрузчиков. Все постройки, наружные и скрытые коммуникации, находящиеся на территории участка, подлежат переносу или сносу по согласованию с соответствующими организациями. Также проводится вырубка деревьев и планирование местности.

Земляные работы

После завершения подготовительных действий спецтехника приступает к основным земляным работам на котловане . Высокоэффективная механизированная позволяет выполнить выемку на полный объём котлована в кратчайшие сроки. Вынутый грунт частично остаётся в пределах строительной площадки для обратной засыпки пазух на этапе строительства здания. Объём оставляемой породы известен из ранее проведённых по проекту расчётов. По остальному объёму производится вывоз грунта самосвалами на площадку утилизации.

Земляные работы и шпунтирование стен выемки трубами с забиркой из доски

Расчёт объёма котлована и вывоз грунта

При расчётах выемки породы учитывается эффект разрыхления при копке. Плотность веками слежавшихся осадочных пород нарушается при рытье экскаватором и при перемещении в отвал или в кузов самосвала. В зависимости от вида или видов разрабатываемых грунтов даётся поправочный коэффициент 20-30%. Таким образом, например, если длина котлована 70 м, ширина 30 м и глубина 5 м с прямыми шпунтованными стенками на спланированной местности, то расчёт объёма котлована даёт нам значение 10500 куб.м. Но под вывоз грунта нужно расчитывать объём больше, как минимум, на 20%: 70х30х5х1,2=12600 куб.м. Выполнение откосов увеличивает объём котлована и вынятого грунта, но это же количество зачастую идёт в обратную засыпку, поэтому не вывозится за территорию стройплощадки.

Стены и откосы котлована

В благоприятных условиях, если грунт особо плотный и глубина до 2 метров, выкапывают котлован с вертикальными стенами без крепления. Если грунт глинистый - до глубины 1,5 метров, супесь и суглинок - до 1,25 метра, насыпные и песчаные - до 1 метра.

При необходимости устройства котлована на глубину до 5 метров, выше уровня грунтовых вод - на помощь проектировщику приходит таблица СНиП, приводящая зависимость угла откоса (отношение высоты к заложению) от вида грунта и глубины котлована.

Таблица 1. Крутизна откосов котлованов

Виды грунтов Крутизна откоса (отношение его высоты к заложению) при глубине выемки, м, не более
1,5 3 5
Насыпные неуплотненные 1:0,67 1:1 1:1,25
Песчаные и гравийные 1:0,5 1:1 1:1
Супесь 1:0,25 1:0,67 1:0,85
Суглинок 1:0 1:0,5 1:0,75
Глина 1:0 1:0,25 1:0,5
Лессы и лессовидные 1:0 1:0,5 1:0,5

В случае наличия близлежащих сооружений, грунтовых вод и необходимости водопонижения, грунтов с неравномерной структурой, глубины котлована более 5 метров необходим индивидуальный расчёт угла откосов или крепления стен.

Крепление стен котлована

Крепление вертикальных стен выполняется при строительстве котлованов в неплотных и водонасыщенных грунтах. Крепление защищает не только от обрушения стен выемки, но и препятствует смещению грунта под весом соседних зданий, оберегает их основания от деформаций.

Применяются следующие технологии укрепление стенок:

  • Шпунтирование - шпунтовое из металлопроката:
    • из труб, с забиркой из доски либо без неё,
    • прокатного профиля, с забиркой либо без неё,
    • специализированного шпунта Ларсена.
  • Железобетонными конструкциями:
    • бурокасательные и буросекущие сваи,
    • стена в грунте.

Все приведённые технологии применяются до рытья котлована. Заглубление ограждения выполняется по периметру выемки строго согласно технологической карты. В определённых условиях выполняется предварительное бурение скважин: обеспечение вертикальности погружения, снижение вибрационных воздействий через грунт на основания близко расположенных сооружений при забивке.

Шпунтовое ограждение из труб с обвязочным поясом из металопроката

Самым ресурсосберегающим методом является погружение шпунта из труб. Этот материал дёшев и обладает высокой оборачиваемостью, то есть возможностью многократного использования. Погружение труб выполняется забивкой копром с дизель-молотом или гидравлической копровой установкой, а также с помощью вибропогружателя. Альтернативный способ - погружение с помощью свайной буровой установки методом вдавливания и ввинчивания.

Забирку устраивают в случае критичного просыпания породы между шпунтинами, из доски толщиной 40-50 мм.

Ограждение котлована из шпунта Ларсена

При необходимости мер водопонижения применяют шпунтовое ограждение из шпунта Ларсена. Каждая из таких шпунтин имеет корытообразный прочный профиль и замковые пазы для жёсткой связи друг с другом. Таким образом можно сформировать прочную и герметичную стену сколь угодно большой длины. Погружение выполняется забивкой или вибропогружением. Шпунт Ларсена, также, как и трубы и прокатный профиль, обычно извлекают после завершения строительства, обратной засыпки, и используют повторно уже на других объектах. Иногда его не извлекают, и тогда ограждение устраивают из специального оставляемого профиля.

Крепление стенок котлована железобетонными конструкциями обеспечивает высокие механические и водоизолирующие свойства будущего основания сооружений. Они также могут служить фундаментом и одновременно стенами подземной части здания.

Крепление стен котлована буросекущими сваями и грунтовыми анкерами

Бурокасательные и буросекущие сваи выполняются методом бурения, армирования и бетонирования диаметром от 400 до 1500 мм глубиной до 45 м. Сначала по периметру котлована подготавливается форшахта - небольшая укреплённая траншея-кондуктор. В ней бурятся нечётные скважины с шагом 0,9 диаметра между боковыми краями скважин. Заполняют бетонной смесью. К тому моменту, когда начинают бурить чётные скважины бетон уже схватился и шнек буровой установки сечёт две соседние нечетные сваи, выполняя скважину для чётной между ними. Затем в скважину погружают заранее подготовленный армирующий каркас, сваренный из специального армирующего прута и проволоки, и бетонируют. В итоге после застывания бетона получается очень прочная монолитная железобетонная стена. На следующем этапе происходит рытьё котлована уже с готовым креплением ж-б стеной.

Технологическая схема устройства стены в грунте, и последующей разработки котлована

Технология «Стена в грунте» обеспечивает высокопрочное ограждение и крепление стен котлована толщиной от 300 до 1200 мм, и глубиной до 60 м. Применяется сложная спецтехника - грейферная установка. Грейфер представляет собой узкий, на ширину стены двухковшевый землеройный инструмент, погружаемый в грунт на жёсткой штанге или подвесе, с гидравлическим или полиспастным приводом. Разрабатываемая траншея защищается от обвала глинистым бентонитовым раствором. По достижении проектной глубины в неё погружается армокаркас и заливается бетон, который вытесняет глинистый раствор, который в свою очередь собирается в резервную ёмкость для дальнейшего использования. Разработка ведётся участками (захватками) через одну. Второй очередью разрываются промежуточные захватки и получают монолитную стену. После того, как бетон наберёт прочность можно проводить копку котлована.

Устройство распорной системы котлована

Не смотря на все инженерно-технические ухищрения, иногда, особенно для глубоких котлованов в тяжёлых грунтовых условиях и плотной городской застройке, шпунтовое ограждение может оказаться недостаточно прочным для удержания давления грунтовой массы.

На последнем этапе возведения котлована на помощь приходят 2 технологии крепления ограждений.

Вид на распорную систему котлована вблизи автомагистрали и соседних строений

Первая из них - распорная система. По периметру устанавливается обвязочный пояс из металлопроката, равномерно распределяющий нагрузку по всему поясу. В пояс упираются распорки - как между противоположными стенками, так и между дном. Все конструкции выполняются в соответствии с точным механическим расчётом и изложены в ППР (плане производства работ).

Но распорная система крадёт внутреннее пространство выемки, которая и устраивалась специально для свободного манёвра в процессе строительных работ. Особо нагруженные конструкции распорных систем создают невероятно стеснённые условия для строителей. Это сокращает производительность и удлиняет сроки сдачи объекта.

Устройство грунтовых анкеров (якорей)

Компания БЕСТ-СТРОЙ рекомендует применение, и производит крепление шпунтовых стен грунтовыми анкерами, принимающими на себя выдёргивающую нагрузку от массива породы. Этот метод не на много более трудоёмок и незначительно сложнее устройства распорок, но в итоге даёт ничем не ограниченный оперативный простор, оборачивается значительной экономией ресурсов, повышением производительности и сокращением сроков строительства.

Схема монтажа грунтового анкера

По итогам тщательно проведённых изыскательских и расчётных работ производится бурение скважин в стенах котлована, выполнение «якоря», закрепление тяги, фиксация её на анкеруемом шпунте. При этом важно учитывать расположение оснований близлежащих сооружений и зданий.

Геометрические размеры траншей определяют исходя из глубины заложения трубопроводов, требуемой ширины траншей по низу (по дну) и конфигурации стен.

Ширина траншеи по дну складывается из размера трубопроводов и технологических зазоров, обеспечивающих проведение всех строительных работ. Ширину траншеи по дну b (м) в зависимости от наружного диаметра трубопровода D (м) принимают равной:
b = D + (0,5...0,6) м при D ≤0,5 м;
b = D + (0,8. ..1,2) м при D > 0,5 м.

Ширина траншеи по дну может уточняться в проекте производства работ, но не должна быть меньше 0,7 м.

Траншеи отрывают с наклонными или вертикальными боковыми стенками. Траншеи с вертикальными стенками более экономичны. Однако из-за опасности обрушения грунта их наибольшая глубина в плотных грунтах без специальных расчетов и крепления стенок не должна превышать 2 м. Поэтому в основном применяют траншеи с откосами (с наклонными стенками), наибольшая крутизна которых в грунтах естественной влажности колеблется от 1: 0,25 до I: 1,25 (табл. 5.3).

В переувлажненных глинистых и сухих песчаных грунтах крутизну откосов следует принимать, как для насыпных грунтов. Во всех случаях в проекте производства работ необходимо проверять устойчивость откосов с учетом конкретных гидрогеологических условий и наличия временной нагрузки на призме обрушения.

Траншеи с откосами, ввиду их большой ширины по верху, можно разрабатывать только на незастроенных территориях. В стесненных условиях используют преимущественно траншеи с вертикальными укрепленными стенками. В зависимости от глубины траншеи, грунтовых и гидрогеологических условий выбирают вид (табл. 5.4) и конструктивные параметры крепления.

Наибольшее распространение при строительстве водостоков находят закладные крепления, устанавливаемые в траншею по мере разработки грунта. Они состоят (рис. 5.9) из забирки, стояков и распорок. Горизонтальная или вертикальная забирка выполняется из досок толщиной 4-б см, устанавливаемых вплотную одна к другой или с просветами (с прозорами), равными ширине доски.

Рис. 5.9. Закладные крепления траншей
а - горизонтальное вразбежку; б - вертикальное сплошное; в - инвентарное; 1 - доски забирки; 2 - стояки; 3 - распорки; 4 - бобышки; 5 - прогоны; 6 - деревянные щиты; 7 - трубчатые рамы; 8 - винтовые распорки

Горизонтальные доски забирки (рис. 5.9,а) поддерживаются вертикальными стояками, прижимаемыми к стенкам траншеи распорками. Стояки из досок толщиной не менее 5-6 см или труб устанавливают на расстоянии 1,5-2 м по длине траншеи. Распорки из бревен диаметром 12-18 см или труб ставят через 0,6-0,75 м 410 глубине траншеи. В сплошных вертикальных креплениях (рис. 5.9,6) доски забирки через 0,7-1,4 м объединяют горизонтальными поясами (прогонами), прижимаемыми к стенкам траншеи распорками.

Инвентарные крепления состоят из стандартных, чаще всего дощатых щитов и металлических трубчатых рам с винтовыми распорками (рис. 5.9,в). Это сборно-разборные крепления, поэтому они менее трудоемки и материалоемки по сравнению с рассмотренными деревянными креплениями.

Разработка траншей при строительстве водосточной сети осуществляется, как правило, одноковшовыми экскаваторами, оборудованными обратной лопатой или драглайном с объемом ковша 0,25-1 м 3 . Экскаватор с обратной лопатой обеспечивает более высокую производительность и точность копания, однако имеет ограничения по размеру забоя. Поэтому при большой ширине и глубине траншей применяют драглайн. Для разработки траншей с вертикальными укрепленными стенами применяют экскаваторы с грейферным оборудованием.

Экскаваторы непрерывного действия имеют наиболее высокую производительность, однако могут разрабатывать только относительно узкие траншеи с вертикальными стенками, поэтому их применение ограничено раздельными прокладками, в основном кабельных сетей.

При проведении земляных работ необходимо обустройство крепления стен траншей и котлованов, для предупреждения осыпания грунта. Стены крепятся обычно щитами с распорками, которые размещаются по длине траншее не реже чем через каждые 2 метра при глубине до 3,75 метра в сухих и сыпучих грунтах и не реже 1,5 метров в сыпучих, влажных и мокрых грунтах при глубине более 3,75 метра. Как происходит крепление стен траншей и котлованов на деле?

Как следует ставить распорки?

Распорки по высоте (ярусами) следует ставить не реже чем через 1,2 метра при всех глубинах, независимо от характера грунтов. Наличие элементов крепления стенок накладывает свои требования на ширину траншей. Ширину траншей следует разбивать с расчетом ширины подошвы фундамента, добавив по 15-20 сантиметров с обеих сторон на крепление. Ширина траншей для трубопроводов разбивается из расчета ширины наружного диаметра труб плюс 0,6 метра на крепление.

Деревянные или металлические щиты

Щиты, служащие для крепления грунта в траншеях и котлованах делаются деревянными или металлическими. Для сыпучих и плавучих грунтов используются сплошные щиты, а для плотных грунтов в траншеях глубиной до 3 метров щиты могут быть собраны с зазорами из досок шириной до 200 миллиметров. При этом ширина промежутков между досками щита не должна превышать ширины самих досок.

Для крепления стенок траншей средней ширины могут применяться инвентарные металлические крепления лестничного типа. Инвентарные крепления из стальных труб делают в траншеях с вертикальными стенками шириной 0,8-1,8 метра, при этом применяются трубы диаметром около 60 миллиметров и длиной до 3 метров (для продольных элементов лестничного крепления).

Поперечные распорки инвентарных креплений имеют резьбовые участки, проворачивая винты на которых, можно увеличивать длину распорок, тем самым прижимая стойки к щитам. Хотя стоимость инвентарных креплений выше, чем креплений из лесоматериалов, в конечном итоге они себя окупают многоразовым применением.

Шпунтовое крепление стен

При сыпучих, так и при текучих грунтах (плывунах) крепление стенок траншей и котлованов осуществляется шпунтовым рядом, представляющим собой сплошное крепление из маячных свай и шпунтовых досок. Шпунтовое крепление служит одновременно ограждением для ведения водоотливных работ.

Устройство деревянного шпунтового ряда следующее: забиваются сваи винтовые , к ним крепятся направляющие доски, между которыми забивается шпунт. Полностью забитые пролеты скрепляют вверху специальной насадкой, которая имеет пазы с гнездами.

Насадка крепится к сваям скобами. Чтобы земля не разрушила шпунтовой ряд в траншеях при двухстороннем устройстве, в местах набивки шпунтовых свай делаются распорки. В строительстве находят применение также металлические и железобетонные шпунты, устройство которых отличается от деревянных лишь технологией изготовления.

При одностороннем шпунтовом ряде в котловане устраивают подкосы, а в шурфах распорки ставятся в направлении, перпендикулярном к шпунтовому ряду. Шпунтовой ряд может быть сооружен как постоянное ограждение или как временное.

Забивка маячных свай

При устройстве шпунтовых ограждений наиболее трудоемкой работой является забивка маячных свай и самого шпунта. Если объем работы незначителен и забивка шпунтового ряда производится в легких грунтах, то целесообразно применять несложные приспособления, например треногу. Устроена тренога следующим образом: металлический молот – «баба» весом в 200-250 кг на тросе с откидным крюком подвешивается на блок, через который проходит трос к лебедке. В результате вращения лебедки баба приподнимается вверх на высоту 0,5-1 метра.

При обратном свободном ходе барабана лебедки она падает вниз и своим весом забивает шпунт или сваю. При небольшом объеме работ применяются простые деревянные или изготовленные из стального проката копры, снабженные ручными лебедками и бабой весом до 1 т.

Механические копры

При больших объемах свайных работ используются механические копры, к которым относятся действующие при помощи сжатого воздуха молоты и дизель-молоты. Действуют они по одному и тому же принципу, для удара в них служит сила свободного падения молота или сила давления сжатого воздуха. С применением механизированных копров за 10-15 минут сваю можно забить на глубину 6-8 м, что значительно ускоряет обустройство шпунтовых рядов для крепления стен траншей и котлованов в сравнении с ручной установкой шпунтового ряда.

После отрывки траншеи и котлованы склонны к быстрому разрушению. Поэтому их стенки необходимо дополнительно укреплять. Это, во-первых, сохраняет форму выемки на время дальнейших работ, а во-вторых, защищает работников от несчастных случаев из-за обвалов грунта. Чаще всего применяют крепление стенок траншеи инвентарными щитами, досками или шпунтами. В каких случаях необходимы такие меры и как именно выполняется укрепление грунта?

Когда необходимо крепление стенок траншей и котлованов?

При подготовке к строительству или прокладке коммуникаций обычно отдают предпочтение выемкам без откосов, с вертикальными стенками. Такие траншеи имеют ряд преимуществ:

  • они более экономичны в исполнении, ведь навесное оборудование экскаваторов в основном рассчитано на создание вертикальных стенок;
  • котлованы и траншеи без откосов занимают меньшую площадь, что очень важно при копке в условиях плотной застройки или природного ландшафта, который нежелательно разрушать;
  • наличие откоса может усложнить дальнейшие строительные работы на вырытой траншее или в котловане.

Но выемки с вертикальными стенками подвержены обвалам и осыпаниям. Поэтому без дополнительного укрепления можно копать лишь котлованы и траншеи небольшой глубины:

  • на насыпных, песчаных и крупнообломочных грунтах - до 1 м;
  • на супесях - до 1,25 м;
  • на суглинках, глинах, лессовидных почвах - до 1,5 м;
  • на особо плотных грунтах, для разработки которых необходимо применять ломы, кирки и клинья, - до 2 м.

При рытье на большей глубине требуется крепление стен траншеи специальными приспособлениями. Кроме того, укреплять стенки необходимо даже на малых глубинах в случае, если грунт перенасыщен влагой, и выемка может «поплыть».

Внимание! Необходимость укрепления стенок котлованов и траншей прописана в нормативных документах. Пренебрегать этим требованием нельзя. Обрушение грунта может привести к разрушению объектов строительства, оползням и несчастным случаям. Нахождение рабочих в выемках без откосов или укрепленных вертикальных стен строго запрещено!

Способы укрепления стенок траншеи

Чаще всего откосы выемок укрепляют следующими способами:

  • инвентарными щитами и распорками;
  • шпунтами;
  • досками.

Способ и конструктивные параметры укрепления выбирают в зависимости от типа и состояния грунтов, высоты грунтовых вод, глубины и предназначения выемки. При этом крепление откосов траншеи выполняют небольшими участками, по мере ее рытья. Как правило, этот процесс идет вслед за экскаватором, на безопасном расстоянии от места раскопки. При большой глубине рытья конструкции устанавливают сверху вниз, после отрывки выемки в глубину не более чем на 0,5 м.

Верхняя часть всех креплений должна выступать над бровкой траншеи минимум на 15 см. Во время обратной засыпки укрепления стенок обычно разбирают. Исключение составляют случаи, когда разборка конструкций технически невозможна или может вызвать деформацию (разрушение) объекта строительства. Разбирать крепления следует снизу вверх, по мере засыпки выемки.

Укрепление траншей инвентарными щитами

Это самый популярный на сегодня способ крепления стенок:

  • он удобен в исполнении и безопасен;
  • требует меньших затрат труда и материалов, чем применение дощатых и шпунтовых ограждений (к примеру, использовать инвентарные щиты для крепления траншей в 3-4 раза дешевле, чем строить укрепляющие ограждения из досок).

Также инвентарные крепления незаменимы при отрывке выемок канавокопателем. Ведь в этом случае ширина раскопки настолько мала, что установка укрепляющих конструкций возможна только сверху.

Инвентарное крепление для траншей состоит из:

  • металлических винтовых распорных рам;
  • щитов ограждения стенок.

Распорная рама - простое приспособление из двух упоров и винта, который их соединяет. При помощи винта упоры раздвигаются на нужную ширину и прижимают элементы ограждения траншеи к ее стенкам.

Инвентарные щиты для крепления траншей производятся из разных материалов. Это может быть:

  • водостойкая фанера;
  • битуминизированный картон;
  • волнистый листовой металл и др.

Типы щитов подбирают, исходя из условий работы и экономической целесообразности.

Установка инвентарных креплений довольно проста. Сначала в траншею опускают две уже собранные распорные рамы. Затем в зазоры между их стойками и стенками выемки помещают щиты. После этого остается лишь раздвинуть упоры, чтобы зафиксировать ограждение.

Снимают инвентарные ограждения в процессе засыпки траншеи. Распорки удаляют по мере того, как засыпанный грунт достигает их нижних концов. Щиты вынимают после удаления самых верхних распорок. Поскольку к этому времени они уже засыпаны грунтом, для их поднятия требуется крановая техника.

Дощатые и шпунтовые укрепления стенок

Крепление траншеи досками выполняется по-разному. Выделяют четыре основных его типа:

  • вертикальное сплошное;
  • горизонтальное сплошное;
  • горизонтальное с зазором;
  • горизонтально-рамное.

В разных случаях доски располагаются на стенках траншеи вертикально или горизонтально, всплошную или с просветами через одну доску. Для их фиксации используют распорки, шпунты и другие дополнительные элементы.

Крепление траншеи шпунтом применяют в сложных случаях:

  1. В местностях с сильным притоком грунтовых вод, когда водой могут быть вынесены частицы грунта и размыты стенки выемки. К примеру, сплошное ограждение из корытообразных шпунтов Ларсена позволяет удержать даже болотистые, расплывающиеся, водонасыщенные грунты и выдерживает резкий подъем грунтовых вод.
  2. При очень глубокой разработке.
  3. Если траншея проходит близко к фундаменту здания.

Шпунтовые ограждения могут быть сплошными или с забиркой из досок. В зависимости от глубины и ширины траншеи или котлована используют деревянные, стальные или железобетонные шпунты различного профиля (плоские, корытообразные, трубчатые). Их забивают до начала рытья выемки и при необходимости дополнительно фиксируют анкерными оттяжками.

Стандартные инвентарные крепления для стенок траншей и котлованов используют при глубине разработки до 3 м. Если же выемку надо рыть глубже, укрепляющие конструкции разрабатываются индивидуально и утверждаются проектом.