Ограждения котлованов.

В настоящем разделе рассмотрены ограждения котлованов, которые относятся к гибким подпорным стенам, устойчивость которых обеспечивается заделкой в грунтовом массиве, распорными и анкерными конструкциями. К гибким конструкциям относятся шпунтовые ограждения, «стены в грунте», ограждения из свай различных видов и способов устройства или профильных прокатных элементов.

При проектировании ограждений котлованов следует учитывать:

— технологические особенности возведения и последовательность технологических операций;

— необходимость передачи на конструкцию вертикальных нагрузок;

— необходимость устройства пристенного дренажа, использования анкерных или распорных конструкций;

— возможность изменений физико-механических характеристик грунтов, связанных как с природными процессами, так и с процессами бурения, забивки и другими технологическими воздействиями;

— воздействие морозного пучения;

— необходимость обеспечения требуемой водонепроницаемости конструкции;

— возможность применения конструктивных решений и мероприятий по снижению величин давлений грунта на подпорные стены (применение разгружающих элементов, геотекстиля, армогрунта и пр.).

Конструкции ограждений котлованов должны выбираться на основе технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом условий и длительности эксплуатации.

Глубина заложения ограждения котлованов должна определяться статическими расчетами.

При проектировании ограждений в водонасыщенных грунтах глубину заложения конструкций следует назначать с учетом возможности их заделки в водоупорный слой (с целью обеспечения производства работ по экскавации грунта без применения мероприятий по водоотливу или водопонижению).

Конструкции ограждений котлованов должны проектироваться с учетом устройства гидроизоляции в случае ее необходимости.

Проектирование ограждений котлованов при наличии агрессивной среды должно вестись с учетом требований СНиП 2.03.11-85.

При проектировании ограждений котлованов в грунтах, подверженных морозному пучению, следует предусматривать мероприятия по предотвращению проявления или по снижению сил морозного пучения. К таким мероприятиям относятся:

— теплоизоляция подпорной стены;

— понижение влагосодержания в пределах сезонно промерзающего слоя;

— обработка пучинистого грунта растворами, понижающими температуру его замерзания;

— повышение податливости конструкций подпорной стены для снижения сил морозного пучения.

В железобетонных подпорных стенах ограждений протяженных подземных сооружений следует предусматривать устройство температурно-усадочных деформационных швов в соответствии с требованиями действующих нормативных документов по проектированию железобетонных конструкций. Конструкция деформационных швов должна быть решена с учетом необходимости устройства гидроизоляции.

Подпорные стены, служащие ограждениями котлованов, а также их основания следует рассчитывать по двум группам предельных состояний.

Первая группа предельных состояний должна предусматривать выполнение следующих расчетов:

— устойчивости положения стены против сдвига, опрокидывания и поворота;

— устойчивости, несущей способности и местной прочности основания;

— прочности элементов конструкций и узлов соединения;

— несущей способности и прочности анкерных элементов;

— устойчивости и прочности распорных элементов;

— фильтрационной устойчивости основания.

Вторая группа предельных состояний должна предусматривать выполнение следующих расчетов:

— основания, подпорных стен и их конструктивных элементов по деформациям, в том числе с определением горизонтальных смещений;

— железобетонных элементов конструкций стен по раскрытию трещин.

При проектировании подпорных стен, устраиваемых способом «стена в грунте», следует выполнять расчет устойчивости стенок траншеи, заполненной тиксотропным раствором.

При проектировании подпорных стен, устраиваемых из отдельно стоящих профильных прокатных элементов или свай, следует выполнять расчет прочности основания на продавливание грунта.

При определении контактных напряжений и бокового давления грунта на подпорные стены ограждений котлованов следует учитывать:

— внешние нагрузки и воздействия на грунтовый массив, такие как пригрузка от складируемых материалов, нагрузка от строительных механизмов, транспортная нагрузка на проезжей части, нагрузка, передаваемая через фундаменты близрасположенных зданий и сооружений, и пр.;

— инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки;

— наклон поверхности грунта, неровности рельефа и отклонение границ инженерно-геологических элементов от горизонтали;

— возможность устройства берм и откосов в котловане в процессе производства работ;

— прочностные характеристики на контакте «стена — грунтовый массив»;

— деформационные характеристики подпорной стены, анкерных и распорных элементов;

— порядок и технологию производства работ;

— возможность перебора грунта в процессе экскавации;

— дополнительные давления на подпорные стены, вызванные пучением, набуханием грунтов, а также проведением работ по нагнетанию в грунт растворов, тампонажу и пр.;

— температурные и динамические (вибрационные) воздействия.

Силы трения и сцепления на контакте «стена — грунтовый массив» должны определяться в зависимости от:

— значений прочностных характеристик грунта;

— гидрогеологических условий площадки;

— качества поверхности контакта и материала подпорной конструкции;

— направления и значений перемещений стены;

— технологии устройства стены;

— способности ограждающей конструкции воспринимать вертикальные нагрузки.

При отсутствии экспериментальных исследований в расчетах по первой и второй группам предельных состояний допускается принимать следующие расчетные значения прочностных характеристик на контакте «стена — грунтовый массив»:

— удельное сцепление ск = 0;

— угол трения грунта по материалу стены φк = γкφ, где φ — угол внутреннего трения грунта, γк — коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 4.1.

Таблица 4.1

При расчетах гибких подпорных стен ограждений котлованов рекомендуется применять численные методы (например, МКЭ), используя нелинейные модели сплошных сред или нелинейные контактные модели, выбираемые в зависимости от типа грунтов и конструктивных особенностей сооружения. Численные методы, как правило, следует применять для ответственных и сложных подземных сооружений, а также при их устройстве вблизи существующей застройки и при применении распорных или анкерных креплений.

При использовании для расчетов гибких подпорных стен аналитических методов теории предельного равновесия (в которых давление грунта на конструкцию рассматривается как сумма заданной активной нагрузки и реактивного отпора грунта) в зависимости от жесткости стены применяют следующие схемы расчета:

— схема свободного опирания стены (схема Э.К. Якоби);

— схема заделанной стены (схема Блюма-Ломейера);

— метод местных упругих деформаций (метод коэффициента постели).

Ограждения котлованов могут быть закреплены одним или несколькими ярусами анкеров или распорок. Число ярусов, шаг, угол наклона, конструкция и размеры анкеров должны определяться расчетом в зависимости от высоты конструкции закрепляемой стенки, грунтовых условий и несущей способности анкеров.

Тип анкера должен назначаться исходя из расчетной выдергивающей нагрузки, вида грунтов и условий производства работ.

Грунтовые анкеры, используемые для крепления ограждений котлованов, подразделяются по срокам их работы на временные и постоянные. Временными считаются анкеры, срок работы которых не превышает двух лет.

Проектирование анкеров должно основываться на результатах статических расчетов системы «стена — грунтовый массив», в которых должна быть определена погонная осевая нагрузка на анкеры с учетом требуемого количества анкеров, отметок их установки, углов наклона анкеров к горизонту и углов отклонения анкеров в плане от нормали к стене.

Проектирование анкеров должно включать определение: числа анкеров в ярусе и их шаг; свободной длины анкерных тяг, обеспечивающей размещение заделок (корней) анкеров за пределами границы призмы обрушения; длины заделки анкеров, требуемой для восприятия проектных усилий; мест для устройства опытных анкеров; числа контрольных испытаний анкеров и порядка их выполнения; усилий, на которые должны быть напряжены анкеры, после проведения контрольных и приемочных испытаний.