Классификация конструктивных и технологических решений КРЕПЛЕНИЯ БОРТОВ КОТЛОВАНОВ

Классификация конструктивных и технологических решений КРЕПЛЕНИЯ БОРТОВ КОТЛОВАНОВ Докладчик: Научный руководитель: Студент гр. 1 П-IV А. Э. Кормановская (СПб. ГАСУ). Студент гр. 6 П-IV И. Р. Саитова (СПб. ГАСУ). Канд. техн. наук, доцент В. В. Конюшков (СПб. ГАСУ) Аспирант кафедры геотехники Сапин Д. А. (СПб. ГАСУ)

Темы, рассмотренные в докладе: Задачи, в решении которых необходимо крепление бортов котлованов Классификация ограждений котлованов по напряженнодеформируемому состоянию ограждения Классификация ограждений котлованов по приведенной укрупненной стоимости Преимущества и недостатки по технико-экономическим показателям

Задачи в решении которых необходимо крепление бортов котлованов Для малоэтажного строительства Для прокладки инженерных сетей Для строительства в условиях плотной городской застройки Для защиты котлована от подземных вод Для защиты соседней застройки от деформаций

По напряженно-деформируемому состоянию ограждения: Внешние факторы Факторы, регулируемые на этапе проектирования ИГУ Глубина котлована Соседняя застройка Вид ограждающей конструкции Способ раскрепления

По приведенной укрупненной стоимости: Наименование Шпунтовые ограждения Метод «Стена в грунте» Струйная цементация Буросекущиеся/бурокасательные сваи Стоимость

Преимущества и недостатки по технико -экономическим показателям Ограждающие конструкции котлованов, методы строительства подземных и заглубленных сооружений В. П. Петрухин, И. В. Колыбин, Д. Е. Разводовский (НИИОСП)

Спасибо за внимание! Докладчик: Студент гр. 1 П-IV А. Э. Кормановская (СПб. ГАСУ) Студент гр. 6 П-IV И. Р. Саитова (СПб. ГАСУ) Научный руководитель: Канд. техн. наук, доцент В. В. Конюшков (СПб. ГАСУ) Аспирант кафедры геотехники Д. А. Сапин (СПб. ГАСУ)

Для малоэтажного строительства • • • Неглубокий котлован Естественные откосы Шпунтовые ограждения: - наличие соседней застройки - сложный рельеф.

Для прокладки инженерных сетей • • Узкие траншеи Вертикальные стенки Неглубокие Шпунтовые ограждения

Для строительства в условиях плотной городской застройки • • Прочные ограждающие конструкции Применение раскреплений

Для строительства в условиях плотной городской застройки • Для защиты фундаментов соседней застройки от дополнительных осадок и одновременно служит защитой от осыпания стенок

Для защиты котлована от подземных вод • • • Шпунтовые ограждения Битумизация Замораживание 1 – фундамент; 2 – песчаная подушка; 3 – сточная канава; 4 – гравийный слой пригрузки ; 5 – шпунтовое ограждение; 6 – водоупорный верхний слой; 7 – уровень поверхности земли. 1 – водоносный слой грунта; 2 – водоупорный слой грунта; 3 – замораживающая колонка; 4 – цилиндр мерзлого грунта.

Для защиты соседней застройки от деформаций • • Конструктивный шпунт Уменьшение влияния ведущихся работ на уже существующее здание или сооружение

Задачи в решении которых необходимо крепление бортов котлованов

Деформативность грунта Слабодеформируемые Е>50 Дисперсные грунты классифицируются по модулю деформации Е, МПа Приложение В. 4 ГОСТ 25100 -2011 Среднедеформируемые 10<Е≤ 50 Сильнодеформируемые 5<Е≤ 10 Очень сильно деформируемые Е≤ 5 Определяют в полевых и лабораторных условиях. Для предварительных расчетов, а также и окончательных расчетов оснований зданий и сооружений, допускается принимать модуль деформации по таблицам СНи. Па 2. 01 -83* «Основания зданий и сооружений» .

Соседняя застройка • Этажность соседней застройки • Конструктивная схема соседней застройки • Расстояние до котлована Различные случаи приложения нагрузки по бровке котлована. (Учебное пособие «Проектирование и устройство подземных сооружений в открытых котлованах» . , М. 2013)

Соседняя застройка Безопасное расстояние а, м Н, м ϕ, ◦ 10 20 30 4 3, 36 2, 80 2, 31 8 6, 71 5, 60 4, 62 12 10, 07 8, 40 6, 93 0, 84 Н 0, 7 Н 0, 58 Н

Соседняя застройка

По напряженно-деформируемому состоянию ограждения

Глубина котлована В условиях Санкт-Петербурга применяется при глубине Глубина котлована Вид ограждения до 5 м Консольное шпунтовое ограждение более 5 м Шпунтовое ограждение с раскреплением или метод «стена в грунте» более 10 м Метод «стена в грунте» или технология Top-Down

По напряженно-деформируемому состоянию ограждения

Вид ограждающих конструкций Естественные откосы Щитовые ограждения Балочные ограждения Шпунтовые ограждения Метод «стена в грунте» траншейный Метод «стена в грунте» свайный Опускные колодцы Метод jet-grouting

Материал Название Жесткость ограждающих конструкций Тип сечения Плоское Площадь сечения, см 2/м Момент инерции I, см⁴/м Сталь Шпунт (AS 500 -9, 5÷ AS 500 -12, 7) Arselor 47, 5÷ 63, 5 125, 7÷ 322, 2 18140÷ 121060 0, 00035÷ 0, 0004 168÷ 204 Z-образное Эскиз (AZ 12÷AZ 50) Arselor Круглое (марка 1020÷ 1420 мм, t=14 мм) Берегсталь 442, 2 559450÷ 1092341 2, 1 0, 04÷ 0, 25 1, 17 ÷ 2, 29 1 -труба 2 -замок « 0 -0» -ось шпунтовой стены

Материал Эскиз Прямоугольное Тип сечения С контрфорсами Железобетон Стена в грунте Название Жесткость ограждающих конструкций δ = 0, 8 м 1, 30 δ = 1 м 2, 50 δ = 1, 2 м 4, 30 δ = 0, 8 м; контрфорс 0, 8× 2, 5 шаг 6, 6 м 24, 0

Жесткость ограждающих конструкций Название Жесткость ЕI∙ 106, к. Н∙м 2 Графический диапазон ЕI, к. Н∙м 2 Шпунтовое ограждение Круглое (марка 1020÷ 1420 мм, t=14 мм) Берегсталь Zобразное (AZ 12÷ AZ 50) Arselor Плоское (AS 500 -9, 5÷ AS 500 -12, 7) Arselor 1, 17÷ 2, 29 0, 04÷ 0, 25 0, 00035÷ 0, 0004 Е∙ 106, м 2

Жесткость ограждающих конструкций Название Прямоугольно е Жесткость ЕI∙ 106, к. Н∙м 2 1, 30 δ = 0, 8 м «Стена в грунте» Прямоугольно е 2, 50 δ = 1, 0 м Прямоугольно е 4, 30 δ = 1, 2 м Прямоугольно е 23, 0 δ =2, 1 м С контрфорсами δ = 0, 8 м; контрфорс 24, 0 Графический диапазон ЕI, к. Н∙м 2

Жесткость ограждающих конструкций пунтовое ограждение «Стена в грунте» Название Жесткость ЕI∙ 106, к. Н∙м 2 Графический диапазон ЕI, к. Н∙м 2 Прямоуго льное δ = 0, 8 м; контрфорс 0, 8× 2, 5 шаг 6, 6 м 1, 30÷ 24, 0 Круглое (марка 1020÷ 1420 мм, t=14 мм) Берегсталь Zобразное (AZ 12÷AZ 50) Arselor Плоское (AS 500 -9, 5÷ AS 500 -12, 7) 1, 17 ÷ 2, 29 0, 04÷ 0, 25 0, 00035÷ 0, 0004 Е∙ 106, м 2

По напряженно-деформируемому состоянию ограждения

По способам раскрепления: Земляные бермы Метод Подкосы Semi-Top-Down Контрфорсы Анкерные Метод крепления Top-Down Балочные Распорные системы

Материал Название Жесткость раскрепляющих конструкций Эскиз Тип сечения, мм Шаг 3 м 0, 62 Шаг 6 м 0, 31 Шаг 3 м 1, 07 Шаг 6 м 0, 54 Сталь Распорки Круглое

Тип сечения Названи е Материа л Жесткость раскрепляющих конструкций Прямоугольное Бетон В 20 200 Перекрытия b, мм Жесткость ЕА∙ 106, к. Н/м 5, 5 300 8, 25 Эскиз

Перекрытия Распорки Название Жесткость раскрепляющих конструкций Тип сечения, м м Круглое 620 x 9 Круглое 820 x 12 Прямоугол ьное b=200 Прямоугол ьное b=300 Жесткость ЕА∙ 106, к. Н/м Шаг 3 м 0, 62 Шаг 6 м 0, 31 Шаг 3 м 1, 07 Шаг 6 м 0, 54 5, 5 8, 25 Графический диапазон ЕА, к. Н/м

По напряженно-деформируемому состоянию ограждения

Вид ограждающих конструкций Естественные откосы + относительно низкая стоимость работ; + быстрота разработки. - увеличение площади строительной площадки; - отсутствие защиты окружающих зданий от влияния котлована; - необходимость водопонижения при высоком УГВ; - увеличение объёмов разрабатываемого грунта

Естественные откосы Без крепления: • не более 1 м - в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах; • не более 1, 25 м - в супесчаных и суглинистых грунтах; • не более 1, 5 м - в глинистых грунтах; • не более 2 м - в особо плотных грунтах. При этом выполнение работ следует производить немедленно вслед за отрывкой траншей и котлованов. Максимально допустимая крутизна откосов:

Вид ограждающих конструкций Щитовые ограждения + относительно низкая стоимость работ; + простота выполнения. - - применимо только для небольших котлованов и траншей; большая деформативность; необходимость водопонижения.

Вид ограждающих конструкций Балочные ограждения + относительно низкая стоимость работ; + простота выполнения. - применимо только для небольших котлованов и траншей; большая деформативность; необходимость водопонижения.

Вид ограждающих конструкций Шпунтовое ограждение + возможность многократного использования; + способность воспринимать гидростатическое давление. - - применение ограничивается, как правило глубинами котлованов 7… 10 м, при относительно хороших грунтах; в условиях городской застройки применение не рекомендуется при наличии в основании прослоек прочных грунтов; достаточно высокая стоимость.

Вид ограждающих конструкций Метод «стена в грунте» свайный + высокая прочность и жёсткость; + способность воспринимать гидростатическое давление. - высокая стоимость; сложность контроля качества.

Вид ограждающих конструкций Метод «стена в грунте» траншейный + совмещение работ по устройству фундаментов и стен заглубленных сооружений; + целесообразно при высоком уровне подземных вод; + имеет различную форму и размеры в плане; + строительство вблизи существующих зданий и сооружений; - ограничение в размещении в грунтах с кавернами и пустотами, в гравелистых, дресвяных, галечниковых грунтах, в илах и рыхлых насыпных грунтах с включением крупного строительного мусора а так же в песчаных грунтах с напорными водами более 10 м.

Вид ограждающих конструкций Ограждения по технологии jet-grouting + высокая прочность и жёсткость; + высокая скорость устройства jetсвай; + возможность устройства в стеснённых условиях; + способность воспринимать гидростатическое давление. - достаточно высокая стоимость; отсутствие нормативной базы; сложность контроля качества.

Вид ограждающих конструкций Опускные колодцы + минимум земляных работ; + обеспечение устойчивости ограждения выемки стенами самого колодца; + высокая несущая способность подземной конструкции; + минимальные вертикальные деформации при устройстве надземной части. - - сложность обеспечения водонепроницаемости производстве работ; сложность проведения равномерного опускания.

По способу устройства ограждающих конструкций

По способам раскрепления: Земляные бермы + малая стоимость; + простота устройства. - сравнительно небольшая эффективность; невозможность использования в стеснённых условиях.

По способам раскрепления: Подкосы + малая стоимость; + простота устройства. - - сложность производства земляных рабодвблизи подкосных раскреплений; невозможность использования в стеснённых условиях.

По способам раскрепления: Анкерные крепления + удобство организации работ в котловане; + возможность несимметричной экскавации котлована; + экономичность в случае использования в больших котлованах. - необходимость выполнения ИГИ вне границ площади застройки; сложность обеспечения гидроизоляции оголовков при высоком УГВ; устройство анкеров не всегда возможно из -за близкого расположения коммуникаций и фундаментов соседних зданий.

По способам раскрепления: Балочные распорные системы + достаточно высокая жёсткость; + надёжность. - нерационально использование в больших котлованах ; большой расход одноразово используемого металла.

По способам раскрепления: Метод Top-Down + минимальное влияние строительства на природное напряженно-деформируемое состояние грунтового массива; - высокая стоимость; - специальное оборудование, техника. Отечественная практика (сверху-вниз): полузакрытый способ устройства котлована с проведением работ ниже нулевой отметки; (Ограждающие конструкции котлованов, методы строительства подземных и заглубленных сооружений В. П. Петрухин, И. В. Колыбин, Д. Е. Разводовский) Зарубежная практика (вверх и вниз): параллельное проведение работ и ниже нулевой отметки и надземной части сооружения; (Deep Excavation. Theory and practice. Taylor and Francis Group, London, UK, 2006. )

По способам раскрепления: Метод Semi-Top-Down + минимальное влияние строительства на природное напряженно-деформируемое состояние грунтового массива; - высокая стоимость; - специальное оборудование, техника. Отечественная практика (комбинированный метод): возведение конструкций подземной части по периметру котлована выполняется способом «top-down» , а в центральной части – по классической схеме снизувверх; (Ограждающие конструкции котлованов, методы строительства подземных и заглубленных сооружений В. П. Петрухин, И. В. Колыбин, Д. Е. Разводовский) Зарубежная практика (полу top-down): проведение работ только ниже нулевой отметки; (Deep Excavation. Theory and practice. Taylor and Francis Group, London, UK, 2006. )

По способам раскрепления: Контрфорсы + увеличивают изгибную жесткость ограждения; + уменьшение осадок, вызванных разработкой котлованов. - Образование температурно-усадочных трещин в контрфорсах.

По способам раскрепления: