Шпунтовые крепления

Шпунтовое крепление служит не только для удержания вертикальных стен котлована от обрушения, но и препятствует притоку грунтовых вод в котлован [6, 9]. Его применяют, когда уровень подземных или поверхностных вод расположен в пределах глубины котлована, и выполняют в виде сплошной стенки, заглубленной ниже отметки дна. Такое крепление состоит (рис. 5.3) из шпунтин, погружаемых по контуру котлована до его отрывки, маячных свай и направляющих схваток (обвязки), обеспечивающих проектное положение шпунта в процессе его погружения, а также распорок или анкерующих устройств, удерживающих шпунт от обрушения.

Рис. 5.3. Схемы шпунтовых креплений котлованов: а — свободно стоящая стенка; б, в — распорные; г — анкерная; 1 — шпунт; 2 — обвязка; 3 — распорка; 4 — анкерная тяга; 5 — анкерная свая; 6 — маячная свая; 7 — водоупор

Заглубление шпунта ниже дна котлована должно быть достаточным для обеспечения его устойчивости и определяется расчетом. Если на небольшой глубине от дна котлована залегает водонепроницаемый грунт (водоупор), целесообразно погрузить шпунт до этого слоя, чем достигается защита котлована от притока воды через его дно. Минимальное заглубление шпунтовой стенки ниже дна котлована должно быть не менее 2 м в текучих и текучепластичных глинистых грунтах, мелких и пылеватых песках и не мене 1 м — в других грунтовых условиях. Маячные сваи погружают с расстоянием между ними 2–4 м.

Положение верха шпунтовых стенок определяется уровнем воды, а в русле рек его следует назначать выше рабочего уровня с учетом подпора и высоты возможных волн на акватории не менее 0,7 м. Высоту подпора воды при скорости ее потока v ³ 2 м/с вычисляют по формуле , где g = 9,81 м/с2— ускорение свободного падения.

Шпунтовые стенки могут быть деревянными, стальными и железобетонными. По способу их крепления различают свободно стоящие, распорные и с анкерным креплением (см. рис. 5.3).

Деревянный шпунт применяют при глубине его погружения не более 6 м из-за ограниченной длины древесины, идущей на его изготовление, если грунты не содержат камней или других крупных включений, препятствующих погружению шпунта. Деревянный шпунт трудно погружать также в гравелистые и галечниковые грунты, в глинистые твердой консистенции.

Толщину шпунта назначают по расчету на прочность и делают из досок толщиной до 8 см или из брусьев толщиной 10…24 см В сплошную стенку шпунтины соединяют с помощью гребня и паза. Досчатый шпунт с треугольным гребнем имеет меньшую плотность соединения, чем брусчатый или составной из досок с прямоугольным гребнем (рис. 5.4, а). Обычно шпунт забивают пакетами из 2–3 отдельных шпунтин, соединенных наклонными скобами, втопленными в шпунтины заподлицо с поверхностью (рис. 5.4, в).

Рис. 5.4 Конструкции деревянного шпунта: а — типы сечений; б, в — соединение шпунтин; г — крепление направляющих схваток к маячным сваям; 1 — шпунт; 2 — направляющие схватки; 3 — маячные сваи; 4 — прокладки

Нижний конец шпунтин или пакета из них заостряют на высоту 1–3 толщин шпунта. С боков заострение симметричное, а со стороны гребня скошенное, что обеспечивает более плотное прилегание шпунтины при ее погружении к ранее забитой. Забивка шпунта ведется гребнем вперед. Верх шпунтин (голову) для предохранения от размочаливания при забивке закрепляют бугелем из полосовой стали.

Для погружения шпунта по периметру котлована забивают маячные сваи из бревен диаметром 18–26 см, к которым крепят направляющие парные схватки из пластин диаметром не менее 22 см или брусьев сечением не менее 14´14 см2с прокладками между ними через 1,5–2,0 м (рис. 5.4, г). По мере забивки шпунта эти прокладки убирают.

Стальной шпунт применяют при глубине воды более 2 м, а также в труднопроходимых грунтах (гравий, прослойки мергеля и т. п.). Его используют многократно. Профили стального шпунта показаны на рис. 5.5, а их технические характеристики приведены в табл. 5.2.

Типы стального шпунта Таблица 5.2

Примечание. B скобках приведены значения моментов инерции и сопротивления 1 м шпунтовой стенки в плане при учете совместной работы шпунтин на изгиб. Остальные характеристики даны для одной шпунтины.

Рис. 5.5 Профили стального шпунта: а — плоский; б — коробчатый; в — зетовый; г — типа “Ларсен”; д — сварная шпунтовая панель

Сварные шпунтовые панели ПШСК и ПШСКМ изготавливаются заводом “Курганстальмост” из универсальной полосовой стали с продольными сварными швами и уголковыми сварными замками. Сортамент панелей включает 57 номеров, в которых варьируются высота сечения Н (400, 420, 450, 500, 600, 700 и 800 мм), ширина полок bf(350, 400, 430 и 460 мм), толщина полок t (10–20 мм с шагом 2 мм и 25 мм), толщина стенок d (10, 12 и 14 мм) с моментом сопротивления при изгибе от 1800 до 11000 см3/м. Наибольшая длина поставляемых панелей — 36 м. Для погружения панелей используются известные технологии: забивка молотом и вибропогружение.

Замки стального шпунта обеспечивают работу шпунтового ряда на растяжение и взаимный поворот шпунтин до 10°, что позволяет устраивать ограждения, имеющие в плане криволинейные очертания. Угловые шпунтовые сваи составляют из разрезанных вдоль шпунтин, соединенных сваркой. Конструкция ограждения из стального шпунта показана на рис. 5.6.

Железобетонные шпунты применяют для ограждения котлованов, включая их составной частью в конструкцию фундаментов. Недостатком их является большая масса, что затрудняет их погружение по сравнению со стальными шпунтами.

Рис. 5.6 Конструкция крепления стен котлована стальным шпунтом: 1 — шпунт; 2 — обвязка; 3 — распорки; 4 — накладки

Разработка и подготовка котлованов

Способы разработки грунтов подробно рассматриваются в курсах технологии строительного производства и строительства мостов. Из землеройных машин для рытья котлованов применяют одноковшовые экскаваторы. В широких сухих котлованах применяют экскаваторы с прямой лопатой, размещая их на дне котлована. Для выезда экскаватора из котлована устраивают пологий спуск. Обратную лопату размещают на бровке котлована. Драглайны для рытья котлованов с распорным ограждением не используют. Для разработки глубоких котлованов, в том числе под водой, применяют грейферы.

При постройке фундаментов мостов применяют экскаваторы с емкостью ковша 0,50–1,0 м3. Конструкция крепления котлованов должна быть согласована с размерами ковша.

Для подводной разработки грунтов в котлованах применяют также гидроэлеваторы (рис. 5.22) и эрлифты (рис. 5.23), которые подвешивают к стреле грузоподъемного крана и переставляют по площади котлована.

Рис. 5.22 Гидроэлеваторы: а — с кольцевой насадкой; б — с центральной насадкой; 1 — диффузор; 2 — смесительная камера; 3 — всасывающая труба; 4 — водонапорные трубы; 5 — насадка; 6 — кольцевая щель; 7 — выход пульпы

Гидроэлеваторы приводятся в действие подачей в них воды насосами высокого давления, эрлифты — сжатым воздухом. Производительность по грунту гидроэлеваторов составляет от 6 до 20 м3/ч, эрлифтов — до 4 м3/ч. Гидроэлеваторы могут работать при затоплении их всасывающей трубы. Для работы эрлифта котлован должен быть затоплен на глубину не менее 3 м. Чем глубже погружена в воду смесительная камера эрлифта, тем больше его производительность.

Рис. 5.23 Эрлифт: 1 — кольцевая камера; 2 — камера смешивания; 3 — подача воздуха; 4 — выход пульпы

Разработку грунта ведут с недобором, оставляя слой грунта над уровнем дна котлована толщиной до 30 см, который удаляют, и зачищают дно ручным инструментом или специальными машинами.

Для доуплотнения глинистого грунта в котловане на дно насыпают и втрамбовывают слой щебня толщиной 10–15 см.

При скальном основании породу расчищают до прочного невыветрелого массива, а перед кладкой фундамента поверхность скалы промывают напорной водой.

Дно котлована должна освидетельствовать комиссия и составить акт о его состоянии. При этом проверяют размеры котлована и отметки его дна, выявляют соответствие грунтов и их свойств проектным данным. При необходимости производят испытание несущей способности грунтов пенетрацией или штампами.

Разрабатывать котлованы и возводить фундаменты в них нужно в сжатые сроки. При производстве работ в зимнее время необходимо принимать меры защиты дна котлована от промерзания.

После возведения фундамента пазухи между ним и стенками котлована немедленно засыпают местным грунтом с послойной (толщиной 25–30 см) укладкой и трамбованием.