Разновидности, плюсы и минусы, устройство ограждений и креплений котлована

Крепление и ограждение стенок и откосов – это комплекс мер, направленных на предотвращение обвалов, осыпания грунта при обустройстве котлованов.

Данные меры необходимы, так как откосы, стены находятся под постоянным действием механических, гидрологических, погодных факторов. Особенно явно это проявляется в условиях почвы с низкой плотностью.

Обрушение грунта может привести не только к повреждению строительных объектов, конструкций, дорогостоящей техники, но и к несчастным случаям, связанным с гибелью людей.

Поэтому нормативными документами устанавливаются жесткие требования к методикам упрочнения стен, а также строжайший запрет на присутствие работников в котлованах, не имеющих откосов или укрепленных стенок.

Нормативные требования к обустройству

Упрочнение стен при создании котлованов регулируется строительными нормами и правилами. Так СП 381.1325800.2018 регламентирует правила расчета и проектирования подпорных сооружений в число которых входят и приспособления для укрепления котлованов.

СНиП 12-04-2002 определяет общие требования безопасности при производстве земляных работ, в частности устанавливает необходимую крутизну откосов и максимальную допустимую глубину котлованов, для которых не требуется обустройство системы укрепления:

• один метр – максимальная допустимая глубина котлована для песчаных грунтов;
• 1,25 м для супесей;
• полтора метра для глин и суглинков;
• до двух метров для почв высокой плотности.

Для котлованов глубиной менее трех метров система упрочнения должна быть сделана в соответствии с типовым проектом. При большей глубине и в сложных гидрогеологических условиях укрепление делается в соответствии с индивидуальным проектом. Состояние креплений, откосов, стен должно регулярно проверяться.

Обустройство откосов также является одним из методов, который позволяет предотвратить осыпание стенок котлована. Однако, это требует большого объема земляных работ, что может значительно увеличить расходы на стройку.

В тех же местах, где расположено много зданий и сооружений, например, в городах, сделать откосы невозможно и поэтому стенки котлована делают вертикальными, а чтобы не произошло обрушения, применяют различные методы их укрепления.

Типовые методики укрепления стенок

Чтобы предотвратить осыпание, оползание грунта при создании котлованов, следует устанавливать крепления стенок. Выемки с вертикальными стенками глубиной более 1-2 метров – более точно значение определяется в зависимости от типа грунта – в обязательном порядке должны быть укреплены.

Способ крепления задается ППР (проектом производства работ). Выбор его зависит от размеров котлована, вида грунта, наличия грунтовых вод, а также от характера самого строительства, например, применение тяжелой техники вызывает вибрации, которые могут привести к обрушению.

Укрепление стен котлована рекомендуется осуществлять с помощью инвентарных приспособлений. Если их нет в наличии, то допускается на месте изготавливать необходимые элементы.

Они должны соответствовать следующим критериям:

1. 

   Толщина применяемых досок не меньше 4 см для грунтов естественной влажности (за исключением песчаных) и не меньше 5 см для грунтов повышенной влажности.

2. Стойки необходимо монтировать на расстоянии не более, чем полтора метра друг от друга.
3. Вертикальное расстояние между распорами должно быть не более, чем один метр.
4. Верхние доски должны иметь выступ над верхним краем котлована на 150 мм или больше.

Существующие методики укрепления позволяют создавать котлованы с вертикальными стенками большой глубины, при этом вероятность обрушения незначительна.

Поэтому, если тщательно соблюдать все требования, которые предъявляются нормативными документами к обустройству котлованов, то конструкцию удастся сделать максимально прочной и безопасной.

Для сухих грунтов, которые могут удержать отвесные стенки при глубине выемки в 2 метра, допустимо применять горизонтально-рамный способ крепления. В качестве материала, в большинстве случаев, применяют древесину.

Доски толщиной от 50 мм располагают по стенкам котлована. Их задача поддерживать грунт, не давая ему прийти в движение. Доски крепят враспор – специальный элемент упирается в две из них, расположенные на противоположных стенках.

Распорки монтируют на расстоянии по длине – полтора метра, по высоте – порядка половины метра друг от друга.

В качестве распоров могут применяться как специальные рамы, так и отдельные элементы: в самом простом варианте это деревянные бруски круглого сечения, длиной немного больше, чем ширина котлована, диаметром – 12-18 мм.

Более эффективны раздвижные трубчатые распоры, они имеют небольшой вес и просты в эксплуатации. Также могут применяться и трубчатые рамы.

Метод рамных креплений позволяет использовать небольшое количество материала и требует наименьших трудозатрат, по сравнению с иными способами. Однако, применение его ограничено и полностью зависит от устойчивости грунта, на котором проводят строительные работы.

Данный метод крепления похож на предыдущий, однако в этом случае доски толщиной 50-60 мм устанавливают без зазора, вплотную. Они располагаются горизонтально – одна поверх другой – и фиксируются вертикально размещенными стойками, которые прижимают распоры.

При этом стойки вкапывают или вбивают в дно котлована. С помощью кувалды или молотка, несколькими ударами брус или доска загоняется в землю рядом со стенкой. Стойки устанавливают на расстоянии 2-3 метра друг от друга.

Затем монтируют распоры. Если это регулируемые трубчатые элементы, то достаточно просто расположить их в нужном месте и отрегулировать, установив нужную длину. Если в качестве распоров применяют деревянные элементы, то их делают по длине чуть больше ширины котлована и «заводят» в нужное положение, ударяя по ним молотком.

Горизонтальное сплошное крепление используется, когда грунт сухой, имеющий тенденцию к местному сползанию, или, если он плотный, при глубине котлована более трех метров.

Также сплошная установка досок нужна для укрепления стенок на сыпучих грунтах и грунтах повышенной влажности, в этом случае применение не зависит от глубины котлована.

Самую верхнюю доску следует монтировать так, чтобы ее наружный край был выше края котлована. Это необходимо, чтобы грунт с поверхности не осыпался внутрь.

Монтаж производится аналогично горизонтальному сплошному креплению. Доски устанавливаются на стенки грунта друг над другом с промежутком 20-40 см, возможно больше, в зависимости от характеристик грунта. При монтаже ограждающих конструкций, чтобы обеспечить зазор между досками, необходимо применять бобышки или подкладки. Они будут придерживать элементы крепления временно, до тех пор, пока не будут установлены распоры. Рекомендуется применять доски 50х180 мм, а распоры диаметром от 130 до 180 мм.

Данный метод позволяет значительно снизить расход материала на изготовление креплений, однако он может применяться только для ограниченного типа грунтов: сухих и естественной влажности с несущественным притоком грунтовых вод. Используется при глубине котлована – 3-5 метров.

На сыпучих, насыщенных водой, неустойчивых грунтах, а также в местах с плывунами хорошо себя показывают вертикальные сплошные крепления. Данный метод отличается высокой надежностью и позволяет надежно укреплять стенки котлованов в сложных гидрогеологических условиях.

Для удержания досок в вертикальном положении применяют не только распоры, но и эффект консольного защемления. Вдоль каждой стенки делается щель размеров в толщину доски. Нижний конец доски помещают в созданную полость.

Таким образом забирка, размещенная по всему периметру котлована, оказывается надежно зафиксирована в нижней части. Остается только окончательно закрепить доски установив распоры.

При вертикальном сплошном креплении необходимо, чтобы стенки котлована были отвесны, иначе, даже при небольшом угле наклона, распоры под напором грунта могут выскочить вверх.

Технология данного метода укрепления подразумевает, что прижимные доски, на которые непосредственно воздействуют распорки, расположены горизонтально. Их размещают в центральной и верхней части стенки. Распорки вместе с горизонтально расположенными прижимными брусьями или досками образуют раму.

Порядок установки:

1. Когда вырыт очередной участок котлована, то две такие рамы размещают на дне на расстоянии полутора-двух метров друг от друга.
2. Рамы временно раскрепляют с помощью специальных оттяжек.
3. Между стенкой выемки и рамой имеется зазор, туда заводят доски, которые формируют забирку. Устанавливать доски надо одновременно по обоим сторонам от рамы.
4. Затем распорные рамы раздвигают, зажимая вертикальные доски.

Для дополнительной надежности распоры иногда устанавливают и в нижней части, но это необязательно, так как нижний край «защемлен» грунтом.

Требуемые расстояния между распорными рамами:

• по вертикали до одного метра;
• по горизонтали около полутора метров.

Если глубина котлована – 5 метров, то на каждую раму расходуется 4 распора. Если глубина больше, то количество распоров увеличивают до 5. Максимальная глубина выемки для данного способа – 6,5 метров, однако производить установку вертикальных досок оказывается технически сложно уже при длине более 4,5 метров.

При укреплении грунта часто используют инвентарные крепления. Они встречаются разных конструкций. Общая черта – все они представляют собой набор из сборно-разборных раздвижных рам и специальных щитов. Конечная конструкция состоит из отдельных секций.

Инвентарные элементы – это заранее заготовленные приспособления, как правило многоразового применения. Они могут как производится серийно, так и быть изготовлены индивидуально под какой-либо конкретный проект или проекты.

Они удобны в использовании и позволяют значительно сократить время и трудозатраты, требуемые для монтажа, помогают сэкономить материал, делают работу безопасной.

Чтобы осуществить установку, следует выполнить следующую последовательность действий:

1. После того, как был вырыт участок котлована производится сборка рам.
2. Рамы размещают в котловане.
3. Затем в выемку спускают все необходимые инвентарные щиты.
4. Щиты закладываются в зазор между рамами и стенкой по обе стороны на всю глубину котлована.
5. Далее стойки рам раздвигают путем вращения специальных гаек. Рама плотно прижимает щиты к стенкам.
6. Сначала процедуру проводят на нижнем и верхнем щитах, а затем распорку активизируют на всех промежуточных уровнях.
7. На заключительном этапе на распорные рамы устанавливают жесткие накладки, которые способствуют повышению устойчивости конструкции.

Раздвижные рамы изготавливают из металла, а инвентарные щиты могут быть сделаны из влагостойкой фанеры, из стали, также для их создания может быть применен пропитанный битумом картон. Выбор типа щита зависит от условий строительства и допустимых финансовых затрат.

Чаще всего металлические инвентарные лестничные крепления применяются при укреплении выемок глубиной до трех метров, сделанных землеройными машинами. Существуют специально разработанные системы, которые созданы для укрепления стенок широких котлованов. Такие приспособления отличаются большим весом и для установки требуют применения подъемных кранов.

Типовые размеры распорных рам – высота порядка 3 м, диаметр 6,3 см. Применяемые щиты имеют длину до 3,2 м, ширину от 60 до 100 см. Стенки котлована должны быть вертикальны. Применяются на любых, даже самых сложных грунтах.

К наиболее надежным способам укрепления котлованов относится цементация. Данный метод широко применяется в случаях, когда работы ведутся в плотно застроенных районах, где здания располагаются очень близко и нет возможности сделать пологий спуск на дно котлована.

Цементацию выбирают и по той причине, что она не требует, в отличие от шпунтового укрепления, работ, которые вызывают сильные вибрации и могут привести к разрушению фундаментов зданий, окружающих стройку. Цементация бывает двух видов: сухая и мокрая.

В первом случае сухая смесь песка и цемента подается в шланг и перемещается за счет давления воздушного потока. При этом скорость перемещения смеси достигает 65 м/с. Вода в этом случае подается в сопло шланга. При мокрой цементации в шланг поступает готовый раствор, в сопло же подается сжатый воздух, который дает разбрызгивание, которое необходимо для равномерного напыления.

При сухой цементации единовременно удается достичь толщины слоя от 70 до 100 мм. При мокром методе максимальная возможная толщина составляет 30 мм.

Порядок действий при укреплении стенок котлована методом цементации:

1. Создание котлована, грунт вынимают на глубину от одного до трех метров, а стенки выравнивают до состояния соответствующего проектной документации.
2. Производится укладка металлической или полимерной сетки. Ее монтируют на откосы для того, чтобы бетон мог задерживаться на вертикальной поверхности.
3. Осуществляется послойное напыление на сетку бетонной смеси. Она подается под давлением при помощи специального оборудования.
4. Бурят наклонные или горизонтальные отверстия, скважины. Процедуру необходимо сделать до того, как бетон схватится.
5. В скважинах размещают арматуру, а затем туда подают бетонную смесь. Таким образом создаются «якоря», которые будут способствовать удержанию грунта.
6. Осуществляется напыление еще одного слоя бетона.

Укрепление котлована методом цементации производят последовательно. Процедуру повторяют после заглубления на каждые 1-3 метра.

Данный метод является одним из наиболее надежных способов укрепления, он подходит для выемок любой ширины и формы. В качестве шпунта для упрочнения котлована могут быть применены древесина, металл, железобетонные конструкции различной формы.

>Популярный материал, который применяют для реализации данного метода – шпунт Ларсена – стальной профиль особой формы.

Для укрепления стенок, шпунт погружают в землю одним из трех методов:

• ударной забивкой;
• вибрационным методом;
• вдавливанием.

Шпунтованием укрепляют котлованы, размещенные в следующих типах почвы:

• в слабой песчаной,
• в пылеватой,
• болотистой,
• а также в случае, когда наблюдается высокий уровень грунтовых вод.

Шпунт особенно необходим, если существует опасность затопления котлована. Данный метод рекомендуется использовать, когда глубина объекта превышает пять метров.

Способ хорошо подходит для создания стен или фундаментов как в насыщенных водой, так и в сухих грунтах – сыпучих, пылеватых и других.

Создание стен как замкнутого контура с последующей гидроизоляцией дна позволяет уменьшить количество специальных видов работ, связанных с водопонижением, замораживанием почвы.

Отсутствие строительных операций, связанных с вибрацией, позволяет проводить работы в стесненных условиях, в застроенных районах, в местах с множественными подземными коммуникациями без повреждения находящихся рядом сооружений.

Порядок работ:

1. Укрепление верхней части грунта, чтобы не произошло осыпания во время работы землеройной техники.
2. Приготовление бетонитового, глинистого раствора, который во время создания котлована будет создавать избыточное давление на его стенки, чем предотвратит их разрушение.
3. Заполнение раствором верха котлована.
4. Разработка грунта на требуемую глубину под вспомогательным раствором, с его пополнением по мере необходимости.
5. Монтаж арматуры и заполнение бетонной смесью и вытеснение вспомогательного раствора.
6. Формирование бетонных стен с последующей разработкой грунта, оставшегося внутри сооружения.
7. Обустройство днища сооружения.

Устройство «стена в грунте» подходит для создания объектов глубиной до 60 метров, при этом объекты малой глубины заложения (от 3 до 5 метров) выполнять экономически нецелесообразно. Для разработки котлована, как правило, применяется грейферная техника.

При использовании метода могут возникнуть трудности, если в грунте есть подземные полости, рыхлые, илистые области, а также твердые включения, которые не могут быть обработаны землеройным оборудованием.

Достоинства и недостатки различных способов

Наиболее простыми и дешевыми являются распорные методы упрочнения котлованов. Использование широко доступной древесины, позволяет дешево и в короткие сроки изготовить необходимое укрепление стенок.

Однако, горизонтальные и вертикальные способы упрочнения с применением забирки, прижимных элементов, распорок из древесины делают процесс фиксации стенок котлована очень трудоемким. Особенно ощутимо это при работе на сыпучих и водонасыщенных грунтах.

Если грунты сухие и плотные, размер котлована относительно небольшой или это разовая работа, то применение данных методик укрепления полностью оправдана.

Применение инвентарного специального оснащения экономически обосновано в случаях, когда необходимо регулярно создавать небольшие котлованы. В остальных случаях изготовление специальной оснастки окажется нерациональной тратой финансов и времени.

Цементация является надежным методом укрепления котлованов и годится для объектов практически любых размеров, расположенных на любых, даже самых сложных грунтах.

Однако трудозатраты и стоимость не позволяют широко использовать данный способ. Он может быть оправдан в местах с плотной застройкой, как альтернатива динамическим методам упрочнения котлованов, вызывающим разрушительные вибрации.

Установка шпунтового укрепления хоть и сопряжена с ударными методами монтажа, однако данный способ упрочнения котлованов является наиболее экономически целесообразным.

Он хорошо подходит для любой почвы, особенно для водонасыщенной, а также для мест с большим количеством грунтовых вод. В отличие от цементации, где материал (арматура и бетонная смесь) утрачивается безвозвратно, шпунт можно вынуть и повторно использовать на других объектах.

Однако, придется не только вынуть шпунт, но и перевозить его и где-то хранить – это дополнительные трудозатраты и дополнительные расходы. Универсальный способ, который позволяет оптимально использовать ресурсы – «стена в грунте».

К сожалению, применение данной методики предполагает использование специальной техники и материалов, что не окупается при строительстве небольших объектов на мелкозаглубленных фундаментах.

Все самое важное и полезное о котловане и его разработке найдете в этом разделе.

Заключение

Каждый из способов укрепления котлована обладает несомненными преимуществами, но у них есть и свои пределы применения. Поэтому, прежде чем остановить выбор на каком-либо конкретном виде упрочнения, необходимо обратить внимание на ограничения данного метода, а также произвести сравнительный расчет экономической целесообразности его применения.