Способы раскрепления ограждений котлованов

 

Стальные распорки

Одним из распространенныхспособомкрепления огражденийкотловановпристроительствеоткрытымспособомявляетсяустройство временной распорной системы из металлических элементов. В качестве распорных элементовобычноиспользуютстальныетрубыи другиепрокатныепрофили.

Рис. 12 – Конструкция балочной распорной системы.

 

Вглубоких котлованахраспорныесистемыустанавливаютсявнесколькоярусов.Отметки и шагустановки ярусовраспороквыбираютсяизстатическогорасчетаконструкции.Шагустановкираспорных элементоввплане,какправило,находитсявдиапазонеот3до8м. Так как распорки передаютнаограждениезначительныесосредоточенныенагрузки,то в уровне их установки необходимо предусматривать устройство металлических или железобетонных распределительных поясов.

 

Рис. 13 – Узлы опирания распорок в распределительный пояс

 

Принеобходимостиустройствараспорныхэлементов длинойболее12м обычно выполняют временные промежуточные опоры-стойки, снижающие свободную длину распорок.

Рис. 14 – Пример применения распорного крепления с промежуточными опорами-стойками

 

Грунтовые анкеры

Анкеры – временные или постоянные конструкции, предназначенные для восприятия выдергивающих и срезающих усилий, передающиеся на анкеры от ограждения котлована. В ряде случаев, анкеры применяются и для крепления подземных частей сооружения.

Их использование допускается в скальных трещиноватых, плотных сыпучих и прочных глинистых грунтах. Применение анкерных креплений в глинистых грунтах текучей и текучепластичной консистенции, органогенных грунтах (торфы, илы, сапропели) не рекомендуется из-за низкой несущей способности и возможной потери устойчивости анкера при незначительных выдергивающих и срезающих нагрузках.

Анкерные крепления состоят обычно из трех основных элементов – рабочей части, служащей для удержания анкера в грунте, анкерной тяги и стопорного устройства, закрепляющего тягу.

Различают анкеры горизонтальные, наклонные и вертикальные.

 

а)

б)

в)

Рис. 15 – Примеры использования анкеров

а, б – для поддержания шпунтовых и подпорных стен, в– для временного или постоянного раскрепления ограждений котлованов

 

По способу изготовления и характеру работы анкера подразделяются на засыпные, буровые и забивные.

Анкер траншейного типа состоит из анкерного блока, воспринимающего горизонтальную нагрузку, и тяги из стального стержня или троса. Анкер устанавливается в траншею, которая в дальнейшем засыпается грунтом с его последующим уплотнением.

В ряде случаев, такие анкеры выполняются частично забивными, т.е. забивают в вертикальном или наклонном положении рабочую часть анкера, к которой затем крепят анкерную тягу. Анкеры траншейного типа применяются для крепления шпунтовых и подпорных стен небольшой высоты.

Рис. 16 – Грунтовые анкеры:

  а - траншейный; б - инъекционный:

  1 – тяга; 2 - анкерный блок; 3 - засыпка траншеи; 4 – корень, 5 - заполнитель

 

Для крепления стен котлованов различной глубины широко используются буровые анкеры, выполняемые в наклонных предварительно пробуренных скважинах, в которые устанавливают рабочую часть и анкерную тягу, тяга закрепляется в стенке шпунтового ограждения после натяжения с помощью стопорного устройства.

Применяемые буровые анкера устраиваются с механической цилиндрической, раскрывающейся или инъекционной рабочей частью. Ниже приведены схемы наклонного инъекционного анкеров и конструкции бурового цилиндрического и механического раскрывающегося анкеров.

а)                                                         б)

Рис. 17 – Схема бурового и механического раскрывающегося анкеров

1 – шпунтовая стенка; 2 – стопорное устройство; 3 – анкерная тяга;
4 – песчаная засыпка; 5 – уплотнительный диск; 6 – цементный раствор; 7 - корень анкера

 

Устройство анкеров с цилиндрическим корнем производится под защитной трубой или под глинистым раствором тиксотропной глины в наклонной скважине диаметром 10 …15 см. В скважину заводится труба для подачи цементного раствора и анкерная тяга. По трубе в скважину нагнетается цементный раствор и одновременно извлекается труба до уплотнительного диска. Далее в скважину подается песок с водой для заполнения остальной части скважины. После твердения раствора анкер с помощью стопорного устройства крепят к ограждающей стенке котлована с соответствующим натяжением. Такие анкеры просты в изготовлении, однако обладают невысокой несущей способностью.

Для повышения несущей способности рабочую часть бурового анкера (корень) делают с уширением, которое выполняется с помощью механического расширителя путем разбуривания или местным камуфлетным взрывом. В слабых грунтах для уширения корня анкера иногда используются самораскрывающиеся механические устройства.

Инъекционный анкер состоит из анкерной тяги, работающей на растяжение (стальной трос, арматурный стержень), нижний конец которой закрепляется в массиве грунта методом инъецирования, а верхний конец фиксируется с помощью натяжения на удерживаемой конструкции (шпунтовом ограждении).

Технология устройства заключается в том, что в массиве грунта под защитой обсадной трубы или бентонитовой суспензии бурится наклонная скважина, которая частично заполняется цементным раствором, В скважину заводится трос или стержень, снабженный резиновым пакером, отделяющим зону инъекции (заделки) от остальной части скважины. В случае использования обсадной трубы, она извлекается на величину, равную длине корня и под давлением производится инъекция цементного раствора в корневой зоне. После затвердевания раствора производится натяжение анкера.

Для повышения несущей способности анкера, иногда, производится повторная инъекция цементного раствора в области корня через предварительно заложенные трубки.

В качестве анкеров часто используются буроинъекционные сваи типа «Titan» или их отечественный аналог Geoizol MP. Сущность технологии устройства таких анкеров заключается в совмещении операций бурения и цементации. В процессе устройства анкера происходит проникновение цементного раствора в грунт, что повышает несущую способность анкера.

При забуривании используются специальные полые буровые штанги, которые по окончании бурения остаются в теле сваи в качестве армирующего элемента. Анкерные штанги длиной 1 и 3 м соединяются между собой муфтами, что позволяет устраивать анкера любой длины. Диаметр анкеров составляет 150…300 мм в зависимости от грунтов, окружающих сваю.

 

Рис. 18 – Анкерные сваи «Titan»

 

Рис. 19 – Поперечное сечение анкерных свай «Titan» в зависимости от грунтов окружающих сваю

 

Буровые анкеры с камуфлетным уширением применяются в грунтах, способных уплотняться, анкеры с разбуренным уширением - в песчаных грунтах, инъекционные – в скальных трещиноватых, гравелистых и песчаных грунтах.

В глинистых грунтах, в результате ползучести возможно медленное смещение крепления шпунтового ограждения в сторону котлована. В этом случае, необходимо периодически подтягивать стопорное устройство, исключая, тем самым, ослабление анкерного крепления.

Рис. 20 – Натяжение бурового анкера

 

При назначении длины анкеров необходимо выполнить расчет анкерной конструкции с проверкой общей устойчивости сооружения по несущей способности грунтов, в которых выполняются анкера.

 

«Top-down»

При устройстве глубоких котлованов используется полузакрытый способ устройства котлованов, получивший название технологии «top-down» и позволяющий минимизировать влияние строительства на природное напряженно-деформированное состояние грунтового массива. Данный способ предполагает устройство с поверхности грунта или из пионерного котлована временных или постоянных опор, или свай внутри контура сооружения, поддерживающих перекрытия подземной части здания, которые бетонируются по грунту или навесу и воспринимают распор от ограждения котлована. На рис 21 приведена технологическая схема.

Рис. 21 – Схема устройства подземного пространства по технологии «top-down»

 

В случае если не удаётся обеспечить дополнительные осадки в допустимых нормами пределах, то следует рассмотреть возможные способы усиления соседней застройки.

 

Усиление соседней застройки

К основным способам усиления фундаментов зданий соседней застройки относятся:

1) пересадка на сваи (чаще всего используются буроинъекционные сваи Titan, Geoizol MP характеристики последних приведены в приложении);

2) закрепление грунтов в основании фундаментов (по манжетной, струйной или иной технологии);

3) изменение схемы работы фундаментов (например, с отдельно стоящих на ленточные или с ленточных на плитные).

Буроинъекционные сваи (Titan и Geoizol MP) могут использоваться не только как сваи усиления фундаментов, но также и в качестве конструкций анкеров для крепления ограждения котлована.

Закрепление грунтов по струйной технологии (jet-grouting) применяется не только для увеличения прочностных и деформационных характеристик грунта в основании фундаментов существующей застройки. В случае значительной толщи слабых грунтов, когда пассивное давление грунта внутри котлована слишком мало, выполняют распорную плиту из закрепленного грунта. Такая плита располагается ниже дна котлована и выполняется после устройства ограждения и перед началом разработки грунта в котловане.

 

Рис. 22 – Примеры применения струйной цементации
(материалы фирмы Hayward Baker)