Способы крепления шпунтовых ограждений

В ходе выполнения шпунтовых работ на слабых грунтах возникает серьезный риск деформации ограждений и проседания прилегающих к ним конструкций. Существует ряд распространенных технологических решений, позволяющих обеспечить устойчивость шпунтовых ограждений.

Открытый котлован может крепиться следующими способами:

1. Для котлованов глубиной в 4-5 метров используются консольные ограждения. Они могут иметь пояса жесткости, сделанные из стальных балок различного сечения. При этом ограничиваются динамические воздействия при перемещении строительной техники. Запрещается складировать материалы вблизи ограждения. На слабых грунтах шпунт заглубляют ниже дна котлована не менее, чем на две трети его глубины. По верху шпунта укладывается обвязочная балка;
2. Устанавливаются временные распорные горизонтальные крепления. Используются металлические балки различного сечения. Если котлован имеет большие размеры, то применяются промежуточные сваи-стойки из колонных двутавров или из шпунта. Используются и конструктивные элементы стен здания, которые выполняются до разработки грунта при поэтапной откопке котлована по захваткам. Распорки устанавливаются в один или несколько ярусов с шагом в 4-6 метра;
3. В целях снижения металлоемкости распорными системами шпунтовых ограждений котлованов могут служить инвентарные стальные рамные элементы, имеющие заменяемые концевые части. В некоторых случаях рамные конструкции изготавливаются из имеющих промежуточные стойки горизонтальных железобетонных ферм. После разработки такие стойки можно включить в ребристые перекрытия подземных этажей сооружения;
4. К вертикальным анкерным стенкам или горизонтальным плитам стальными тягами, расстояние между которыми рассчитывается по формуле S = Н_к tg(45° - <р/2), где Н_к — глубина котлована, <р — угол внутреннего трения грунта. Для такого решения необходимы дополнительные площади за границами котлована. Данный вариант не может обеспечить горизонтальную устойчивость ниже дна котлована. Анкерные стенки иногда устраивают из объединенных в группу двух-трех шпунтин, погружаемых вдоль контура ограждения с шагом от 2 до 5 метров. Анкерные тяги делаются из стержней арматуры. Их натяжение регулируется в зависимости от горизонтальных перемещений ограждения;
5. «Островной» вариант. Грунтовые бермы и подкосные крепления из стальных балок или  упираемых в участки фундаментной плиты или во временные сваи-колонны из шпунта или двутавров, ферм погружают на дно котлована. Его разработка происходит поэтапно: сначала грунт откапывают на полную глубину, за исключением прилегающих к шпунтовому ограждению зон. Потом обустраиваются угловые горизонтальные распорки из труб. В котловане выполняются участки фундаментных плит. В них упираются подкосные крепления. Потом котлован окончательно дорабатывают и возводят необходимые подземные сооружения. После выполнения всех необходимых работ и обратной засыпки котлована распорные конструкции демонтируются;
6. Крепление с помощью грунтовых инъекционных анкеров. Их заглубляют в плотные грунты за пределы зон активного давления грунта на ограждения. Каждый анкер воспринимает выдергивающие усилия, которые могут колебаться от 0,1 до 0,5мН.  Анкеры устанавливаются по периметру котлована. Шаг между ними составляет от 0,8 до 3 метров. Угол наклона по горизонтали варьируется от 30 до 60 градусов. Анкерные тяги делаются из буровых труб, арматурных стрежней, канатов или труб, используемых при бурении и промывке скважины. Для крепления со шпунтовой стеной в ней проделываются отверстия. Сами анкерные тяги закрепляютсян а стальной обвязочной балке из швеллера или двутавра. На слабых грунтах данный способ применять сложнее, так как необходимо заглубление на 25-30 метров. При устройстве анкеров под существующими инженерными коммуникациями, дорогами или зданиями есть риск, что в конструкциях последних произойдут  деформации. Данный вариант крепления отличается повышенными требованиями к качеству работ и квалификации подрядчика, высокой стоимостью и трудозатратами. Он эффективен в случаях, когда объем котлована не дает возможности использовать распорные конструкции;
7. Укрепление грунта по всей глубине шпунта  и создание грунтоцементных диафрагм по всей площади ниже заложения котлована по технологии струйной цементации.

Закрытый котлован, где шпунтовые ограждения выступают постоянной частью конструкции, крепится следующими способами:

Первый способ. При помощи горизонтальных дисков перекрытий, которые бетонируются по технологии «сверху вниз». Это позволяет комбинировать траншейные бетонные стены в грунте с шпунтовыми ограждениями. Поэтапно устраиваются перекрытия. Они бетонируются по опалубке, которую укладывают на грунт. Разработка грунта производится через технологические проемы в перекрытиях. Опорами для перекрытий служат сваи-колонны. В целях повышения производительности по контуру шпунтового ограждения устраивают консольные участки перекрытий шириной 3-6 м и большими проемами в центре, которые бетонируют после полного извлечения грунта и устройства гидроизоляции нижнего уровня.

Есть два варианта выполнения работ таким способом:

Первый. Шпунт погружают по периметру сооружения. Производится погружение свай-колонн. В пределах контура плиты проделываются технологические проемы, через которые будет извлекаться грунт. Производится извлечение грунта и обустройство монолитных перекрытий. Предыдущий шаг повторяется до достижения последнего подземного этажа. Технику извлекают через технологические отверстия, которые потом бетонируются.

Второй. Шпунт погружается по периметру. С уровня дневной поверхности грунта погружают сваи-колонны для дальнейшего опирания перекрытий по периметру шпунтового ограждения. Выполняется разработка котлована с учетом проектной отметки и с сохранением грунтовых берм по периметру ограждения. С уровня дна котлована устанавливаются сваи, по которым обустраивается гидроизоляция и фундаментная плита центральной части здания. Возводится каркас центральной части здания. Бетонируются участки перекрытий по периметру ограждения. Для извлечения грунта проделываются технологические отверстия. Через них на примыкающих к шпунту участках извлекается грунт в пределах первого подземного этажа. Обустраивается монолитное перекрытие. Извлечение грунта и обустройство перекрытий повторяется до достижения последнего подземного этажа, где обустраивается монолитная плита. Затем техника и опалубка извлекаются через технологические отверстия, которые в итоге демонтируются.