Глава 20. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ

20.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Проекты разработки котлованов составляют в тех случаях, когда глубина котлована превышает 2 м и для его устройства требуется применение каких-либо защитных мероприятий — сложных ограждений, глубинного водоотлива и т.д. Проект разработки котлована должен включать в себя чертежи котлована (в том числе чертежи креплений стен, схемы расположения водопонизительных средств и т.д.) и указания о комплекте машин для выполнения всех работ, о расстановке землеройных машин и транспортных средств в забое, о способах производства работ и последовательности выполнения операций, о производительности землеройных машин, а также данные о потребности в основных материалах.

При проектировании котлованов и траншей, устраиваемых в непосредственной близости и ниже уровня заложения существующих сооружений, необходима разработка мероприятий против осадки и деформации этих сооружений. К этим мероприятиям относятся:

  • – забивка шпунтовой стенки, ограждающей основание существующего здания;
  • – закрепление грунтов основания силикатизацией или цементацией;
  • – заглубление подошвы существующего фундамента ниже дна проектируемого котлована путем подводки под него нового фундамента.

Выбор типа мероприятий зависит от геологических и гидрогеологических условий, величины заглубления и других местных условий и проводится на основе технико-экономического сравнения вариантов.

В зависимости от свойств грунта, глубины выработки и наличия подземных вод котлованы устраивают с откосными или вертикальными стенками. В маловлажных грунтах природного сложения допускается устройство котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений, если они оставляются открытыми на непродолжительный срок. При отсутствии вблизи будущего котлована или траншеи существующих фундаментов глубина выемки с вертикальным откосом (в зависимости от грунтов) не должна превышать следующих величин, м:

  • – в дресвяном, гравийном, песчаном грунтах и супесях пластичных 1;
  • – в супесях твердых, суглинках и глинах мягкопластичных 1,25;
  • – в суглинках и глинах тугопластичных 1,5;
  • – в суглинках и глинах полутвердых 2;
  • – в суглинках и глинах твердых 3.

При большей глубине выемки необходимо предусматривать крепление стенок котлована или разрабатывать выемку с откосными стенками.

При благоприятных условиях, исключающих возможность оползней, сдвига, неравномерных просадок, распыления грунтов, при однородности сложения грунтов и отсутствии подземных вод крутизна откосов котлованов и траншей, выполненных без креплений, должна быть не более величин, указанных в табл. 14.1.

При глубине котлована более 5 м крутизна откосов принимается по расчету.

При наличии подземных вод выше отметки дна котлована в проекте должны предусматриваться мероприятия по защите котлована от притока этих вод. К этим мероприятиям относятся:

  • – устройство открытого водоотлива;
  • – искусственное понижение уровня подземных под (глубинный водоотлив);
  • – устройство противофильтрационной завесы;
  • – замораживание грунтов;
  • – применение шпунтового ограждения.

Разработка грунта в котлованах и траншеях производится экскаваторами, скреперами, бульдозерами и другими землеройными механизмами, а также с применением средств гидромеханизации.

На рис. 20.1 приведены различные схемы крепления вертикальных стен котлована. При больших глубинах котлована (до 5 м) применяется консольная (безанкерная) шпунтовая стенка (рис. 20.1, а). Распорные крепления (рис. 20.1, б) применяются при ширине котлована до 15 м. В зависимости от глубины котлована они могут быть с одним ярусом распорок, с двумя и т.д. Анкерные крепления (рис. 20.1, г, д) представляют собой анкерные тяги, передающие усилия от крепи на анкерные сваи или плиты, и применяются для широких котлованов, а также в тех случаях, когда крепления распорного типа мешают возведению фундаментов. Подкосные крепления (рис. 20.1, а) используются при ограждении стен широких котлованов, когда невозможно применить распорный или анкерный тип крепления. Подкосы устанавливаются в один-два ряда по высоте.

Ограждение конструкций стен котлованов устраивается: из железобетонных забивных или буронабивных свай (рис. 20.2, а); из сплошной железобетонной стенки, выполняемой способом «стена в грунте» или способом «секущихся» скважин (рис. 20.2, б); из деревянного, железобетонного (рис. 20.2, в) или металлического (рис. 20.2, г) шпунта; из прокатных профилей (рис. 20.2, д).

Крепление стен котлованов
Рис. 20.1. Крепление стен котлованов
а — консольная (безанкерная) шпунтовая стенка; б — распорное крапление; в — подносное крепление: г и д — анкерные крепления; 1 — существующие фундаменты; 2 — ограждающая конструкция стен котлована; 3 — распределительный (анкерный) пояс; 4 — распорки; 5 — выполненный участок днища сооружения; 6 — анкерная тяга; 7 — стяжная муфта; 8 — анкерная стенка; 9 — анкерная плита

Ограждения стен котлована, показанные на рис. 20.2, а, д, применяются при связных грунтах и отсутствии подземных вод, а ограждения, приведенные на рис. 20.2, б, в, г — при несвязных и водонасыщенных грунтах.

Ограждающие конструкции стен котлована
Рис. 20.2. Ограждающие конструкции стен котлована
а — буронабивные сваи; б — железобетонная стенка из «секущихся» свай; в — железобетонный шпунт; г — металлический шпунт; д — прокатные профили: 1 — двутавр; 2 — забивка из досок: 3 — рейка

В табл. 20.1 указан сортамент стального шпунта, прокатываемого отечественными заводами.

ТАБЛИЦА 20 1. СОРТАМЕНТ СТАЛЬНОГО ШПУНТА
Схематический профиль шпунта Условное обозначение профиля Размеры, мм Площадь поперечного сечения, см2 Масса 1 м длины, кг Момент инерции, см4 Момент сопротивления, см3
B H h d t
сваи 1 м стенки сваи 1 м стенки
Шпунт плоский ШП-1 400 103 81 – 10 82,5 64 332 830 74 125
Шпунт корытообразный ШП-1 400 110 – 10 10 64 50 730 1230 114 285
Шпунт Ларсена Л-III 400 168 34 9,5 13 80 62 2760 23200 258 1600
Л-IV 400 180 35,5 11 14,8 94,6 74 4660 39600 405 2200
Л-V 420 180 36 13 20,5 127,6 100 6243 54000 420 3000

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения