Строительство и ремонт

Проектирование и устройство свайных фундаментов

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Шпунтовые ограждения устраивают при строительстве гидротехнических сооружений и на площадках, где необходимо обеспечить сохранность зданий и сооружений, а также для предохранения зоны работ от поступления вод. В зависимости от назначения и условий работ шпунтовые ограждения выполняют из деревянных, железобетонных или металлических шпунтовых свай.

§ 1. Виды и конструкции шпунтовых свай

Водонепроницаемые ограждения из шпунтовых свай устраивают для защиты котлованов на площадках с высоким уровнем грунтовых вод, когда   всдопонижение   экономически   нецелесообразно или вообще неэффективно.

В зависимости от размеров котлована, а также свойств грунта, находящегося ниже его дна, применяют различные схемы шпунтовых, ограждений (8.1).

Первоначально устраивали только деревянные шпунтовые ограждения, а затем начали устраивать ограждения из стальных и железобетонных свай.

Материал для изготовления шпунтин выбирают с учетом ряда условий. Забитые деревянные шпунтовые ограждения почти невозможно извлечь обратно из грунта без значительных поломок, т. е. повторное использование деревянных шпунтин практически исключено. Такие . неинвентарные ограждения ложатся большим накладным расходом на строительство.

Металлические (стальные) шпунтины можно многократно забивать и извлекать из грунта. Они удобны для перевозки и в целом более рентабельны, нежели деревянные.

Железобетонные шпунтины не извлекают для повторной забивки— их используют как составную часть (внешнюю оболочку), фундамента.

Различные виды шпунтовых свай показаны на 8.2 и 8.3. Деревянные шпунтины изготовляют из брусков, выбирая паз и гребень, или делают составными, сбитыми из досок на гвоздях.

Конструкции железобетонных шпунтин недостаточно совершенны. Их применяют главным образом в сооружениях по укреплению берегов и в строительстве мостов. Б плане железобетонные шпунтовые сваи имеют прямоугольную форму с трапециевидными пазом и гребнем. Длина таких свай обычно не превышает 15 м. При большей длине во время их транспортирования могут образоваться, трещины.

Стальной шпунт выпускают трех различных профилей: плоский, корытиый и типа «Ларсен». Тип шпунта выбирают в основном в зависимости от глубины ограждаемого котлована: чем глубже он, тем больше должен быть момент инерции сечения шпунта. В табл. 8.1 приведен сортамент стального шпунта по ГОСТ 4781—55 и техническим условиям 5154—55.

Шпунтовые ограждения представляют собой тонкие подпорные стенки, устойчивость которых обеспечивается глубокой заделкой в грунт. Благодаря заиливанию зазоров в замках шпунтовые ограждения вскоре после возведения становятся практически водонепроницаемыми.

По характеру работы шпунтовые ограждения подразделяют на заанкеровакные, незаанкерованные (свободно защемленные в грунте) и с распорками. Последние применяют только в узких котлованах.

В сравнительно неглубоких котлованах (порядка 2—3 м) при прочном грунте ниже дна устойчивость шпунтового ряда обеспечивается за счет защемления свай. В глубоких котлованах шпунтовую стенку при помощи тяг соединяют с анкерами, которыми могут служить уложенные горизонтально сваи и плиты. Число тяг по высоте стенки, зависящее от условий ее статической работы, определяют расчетом. Анкерные тяги размещают так, чтобы максимальный положительный момент в шпунтовой стенке был примерно равен максимальному отрицательному моменту, возникающему от давления грунта.

§ 2. Расчет шпунтовой стенки

Усилие, воспринимаемое анкерной тягой, находят из уравнения суммы проекций всех сил на горизонтальную ось. По найденному усилию подбирают поперечное сечение анкерной тяги.

Если плотный грунт не позволяет забить шпунтовое ограждение на необходимую глубину или, наоборот, в основании котлована залегают слабые грунты (ил, торф), устраивают двуханкерное шпунтовое ограждение. Второе анкерное закрепление делают на уровне дна котлована, а шпунтовую стенку несколько заглубляют в грунт основания.

По найденным моментам и RB материала можно определить размеры поперечного сечения шпунта.

Двойной шпунтовый ряд может иметь несколько распорок по высоте. В таком случае их размещают исходя из условия постоянства величин изгибающего момента в пролетах при различных усилиях в распорках или из условия одинакового усилия в распорках.

§ 3. Погружение шпунтовых свай

Для погружения деревянного шпунта на глубину до 6 м применяют вибромолоты и дизель-молоты с массой ударной части 250 и 600 кг. Устанавливают молоты на легкие копровые установки всех типов или на краны.

С целью обеспечения точности погружения и плотности заполнения стенки шпунтовые сваи забивают после устройства направляющих (8.9). Устанавливают направляющие по ранее погруженным маячным сваям. Количество и шаг маячных свай выбирают исходя из условия обеспечения точного створа шпунтовой стенки и с учетом толщины досок, применяемых в качестве направляющих. Наличие скосов в остриях шпунтовых свай обеспечивает плотное заполнение швов между шпунтинами.

Железобетонные шпунтовые сваи погружают в грунт молотами с большой энергией удара. Известно, что при погружении обычных свай вокруг тела сваи образуется уплотненная грунтовая зона, препятствующая погружению соседних свай. По этой причине минимальное расстояние между обычными сваями принимают М (d — диаметр или диагональ квадратной сваи). Железобетонные шпунтовые сваи необходимо погружать вплотную одна к другой, что весьма затруднительно. Поэтому железобетонные шпунтовые сваи применяют редко.

Во время подъема шпунта на копер необходимо следить за возможным прогибом конструкций. В тех случаях, когда прогиб возникнет, необходимо поднимать шпунты   подъемным   механизмом.

Металлические шпунтовые сваи погружают с применением различного типа наголовников, конструкция которых зависит от типа сваепогружаюш.их механизмов (8.10).

В практике применяют также наголовники-уловители. Шпунтовую сваю заводят в наголсвник-уловитель путем рихтовки с земли поднятой конструкции до попадания ее в щеки уловителя (). Для снижения сил трения в направляющих ранее погруженных шпунтовых свай нужно смазывать плоскость замка.

С целью снижения расхода металлопроката при устройстве шпунтовых стенок выполняется анкеровка ограждения к опорам и анкерным сваям (8.12). В качестве якорей можно использовать существующие сооружения и здания, конструкции которых могут воспринять горизонтальные нагрузки от шпунтовой стенки. При необходимости для закрепления анкерных стенок используют как анкера куски металла длиной не менее 2,5 м, железобетонные или деревянные сваи.

После погружения шпунтовых свай забивают анкерные сваи, располагаемые на расстоянии более величины призмы обрушения грунта. Вдоль ряда шпунтовых свай к ним на сварке или болтах крепят металлический пояс из швеллеров или других прокатных профилей, к которым монтируют тяги, идущие от анкерных свай. Тяги нужно делать с винтовыми приспособлениями для обеспечения равномерного натяжения анкеров от шпунтового ряда к анкерным сваям. На 8.13 и 8.14 показаны различные схемы устройства шпунтовых ограждений котлованов

§ 4. Извлечение металлических шпунтовых свай

Ограждения из шпунтовых свай после завершения строительных работ подлежат извлечению. Для извлечения шпунтовых свай применяют вибропогружатели с подрессорной пригрузкой, паровоздушные молоты двойного действия, вибромолоты и специальные, установки на базе гусеничных кранов.

Паровоздушные молоты двойного действия для извлечения шпунтовых свай устанавливают на них в опрокинутом положении; молоты жестко крепят к голове сваи стяжными болтами и тросом. Удары молота, направленные вверх, извлекают шпунтовую сваю из грунта, кран же, на котором подвешен молот, выбирает трос по мере извлечения ее.

Вибропогружатели, применяемые для извлечения шпунтовых свай, подвешивают на кранах. Грузоподъемность их должна учитывать усилия трения сваи о грунт- в процессе извлечения. В этом случае вибропогружатели используют для вибрирования свай с целью снижения усилий трения.

Усилия, передаваемые на кран при извлечении металлических шпунтовых свай с применением вибропогружателей," по данным П. А. Преображенской, составляют для отдельно стоящих шпунтовых свай 6—8 т (60—80 кН), при сопротивлении грунта и одного замка — 8—10 т, при   сопротивлении   грунта   и двух замков— 12—14 т.

В табл. 8.3 приведены предельные величины заглубления масс шпунтовых свай, извлекаемых с применением вибропогружателей (по данным О. А. Савинова и А. Я. Лускина).

При извлечении шпунта вибромолотом наковальню закрепляют вверху с помощью шпилек с пружинами.

Крановая установка для извлечения шпунтовых свай представляет собой стрелу, подвешенную вертикально на кране и опирающуюся на грунт.

Усилием тяговой лебедки крана, через полиспаст закрепленной к шпунтовой свае, извлекают ее из грунта. Величина усилий, необходимых для извлечения шпунтовых свай, при глубине 5 м составляет 3,5 т (35 кН), 8 м —5,5, 10 м — 8,5, 12 м—12,5, 22 м — 22 т.