Виды ограждения котлована: шпунт, трубы, буросекущие сваи, стена в грунте

Зачем нужно ограждение котлована на строительной площадке

Ограждение котлована на строительной площадке — это подпорная конструкция, которая удерживает вертикальные или почти вертикальные стенки выемки от обрушения. Без неё стенки котлована пришлось бы делать откосами, а в городской застройке на откосы почти никогда нет места: рядом стоят здания, проходят дороги и сети, граница участка совпадает с контуром подземной части.

Кроме удержания грунта, ограждение решает ещё несколько задач: защищает фундаменты соседних зданий от осадок, ограничивает приток грунтовой воды в котлован, обеспечивает безопасность людей на дне, позволяет вести работы круглый год. Ограждение проектируют вместе с ППР на земляные работы: в проекте указывают конструкцию стенки, отметки заделки, ярусы раскрепления, порядок разработки грунта и порядок демонтажа. Подрядчик по ограждению работает строго по этим решениям, а любые отступления — смещение элемента, недопогружение, замена профиля — согласует с проектировщиком и фиксирует в исполнительной документации. Требования к ограждениям котлованов как к подпорным сооружениям задаёт СП 381.1325800.2018 «Сооружения подпорные. Правила проектирования и строительства», а расчёт давления грунта и оценку влияния на окружающую застройку — СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».

Этот обзор помогает понять, какие бывают виды ограждения котлована и где каждый из них работает. Подробно о самых распространённых — шпунте, трубах, стене в грунте, анкерах — есть отдельные материалы в разделе статьи.

Как классифицируют ограждения котлованов

Виды ограждения котлована различают по нескольким признакам. От каждого зависит, подойдёт ли конструкция для объекта.

• По сроку службы: временные (на период строительства подземной части, затем извлекаются или остаются без нагрузки) и постоянные (становятся стенами подземной части).
• По способу устройства: погружаемые — шпунт и трубы погружают вибрацией, вдавливанием или ударом; буровые — сваи бетонируют в скважинах; траншейные — стену в грунте бетонируют в траншее под раствором.
• По водонепроницаемости: сплошные (шпунт, трубошпунт, секущие сваи, стена в грунте) и несплошные (трубы с забиркой, касательные сваи с промежутками).
• По схеме работы: консольные (заделаны в грунт ниже дна, не раскреплены), с одним ярусом раскрепления, многоярусные с распорками или анкерами.
• По жёсткости: гибкие (шпунт, трубы малого диаметра) с большими прогибами и жёсткие (стена в грунте, сваи большого диаметра).

Признаки связаны между собой. Погружаемые конструкции почти всегда временные и извлекаемые, буровые и траншейные — постоянные. Гибкая стенка требует более частого раскрепления, жёсткая позволяет реже ставить распорки или анкеры, но сама дороже. Поэтому выбор вида ограждения — это всегда компромисс между стоимостью стенки, стоимостью раскрепления и допустимыми деформациями.

Откосы: котлован без ограждения

Самый простой вариант — не ограждать, а разработать котлован с откосами. Крутизну откосов назначают по грунту и глубине выемки: в плотных глинах откос круче, в песках положе. Откос не требует металла и бетона, но занимает место: при глубине 6 м и заложении 1:1 верх котлована шире дна на 12 м.

Откосы применяют на свободных площадках за городом, в промышленных зонах, на котлованах под складские и производственные здания. Их комбинируют с ограждением: на свободной стороне — откос, вдоль соседнего здания — шпунт. Если грунтовая вода выше дна, откосы в песках оплывают, и без водопонижения котлован не удержать.

Ещё одно ограничение откосов — объём земляных работ. Чем положе откос, тем больше грунта нужно вынуть, вывезти и потом вернуть обратной засыпкой. На глубоких котлованах этот объём кратно превышает объём самой подземной части, и ограждение оказывается дешевле даже там, где место для откосов есть.

Шпунт Ларсена

Шпунт Ларсена — стальной горячекатаный профиль корытообразного сечения с замками по краям. Шпунтины погружают одну за другой, заводя замок в замок, и получают сплошную стенку. Профили Л4, Л5, Л5-УМ используют в большинстве городских котлованов; для больших нагрузок — более мощные импортные профили. Горячекатаный шпунт поставляется по ГОСТ 4781-85 или по техническим условиям производителя.

Шпунт погружают вибропогружателем, статическим вдавливанием или молотом. В плотных грунтах — насыпи с мусором, тугопластичных суглинках, юрских глинах — без лидерных скважин шпунт не доходит до отметки, перегревает вибропогружатель, рвёт замки. Поэтому по оси шпунтовой стенки заранее бурят лидер диаметром 250–450 мм.

• Плюсы: быстрое устройство, сплошная стенка, держит воду при плотных замках, извлекается и используется повторно.
• Минусы: вибрация при погружении, ограничение по глубине котлована без многоярусного раскрепления, большие прогибы, шум.
• Глубина котлована: консольный шпунт — 3–4 м, с одним-двумя ярусами раскрепления — до 8–10 м.

Порядок работ при шпунтовом ограждении

1. Геодезическая разбивка оси шпунтовой стенки и проверка трасс подземных сетей.
2. Лидерное бурение по оси, если по изысканиям грунт плотный или есть насыпь с мусором.
3. Погружение шпунта вибропогружателем с направляющей, контроль вертикальности и замков; проектная отметка каждой шпунтины фиксируется в журнале погружения.
4. Разработка котлована ярусами, монтаж обвязочного пояса и распорок или анкеров на отметках по проекту.
5. Устройство фундамента и стен подземной части, обратная засыпка пазух, поярусный демонтаж креплений.
6. Извлечение шпунта вибропогружателем с контролем скорости; у зданий — по регламенту и с мониторингом.

Кроме стального шпунта, для неглубоких котлованов, береговых линий и противофильтрационных завес применяют ПВХ-шпунт. Он лёгкий и не корродирует, но несёт гораздо меньшую нагрузку, поэтому как основное ограждение котлована под многоэтажное здание не используется. Погружают его с направляющей и оголовком, чтобы не повредить замки.

Альтернатива вибропогружению у чувствительных зданий — статическое вдавливание шпунта гидравлической установкой, которая опирается на уже погружённые шпунтины. Вибрации почти нет, но темп ниже, а стоимость выше.

Подробно о профилях и подборе шпунта — на странице шпунт Ларсена Л5. Как устроено шпунтовое ограждение котлована под ключ — лидер, погружение, обвязка и извлечение — описано на странице услуги.

Трубы с забиркой и трубошпунт

Ограждение из труб с забиркой

Вертикальные стальные трубы ф219–630 погружают с шагом 0,8–1,5 м по контуру котлована. По мере разработки грунта пространство между трубами закрывают забиркой — досками или брусом, которые укладывают сверху вниз. Трубы раскрепляют обвязочным поясом и распорками или анкерами.

Это самое экономичное временное ограждение котлована: труб нужно меньше, чем шпунта на ту же длину стенки, их проще достать б/у, а погружение одной трубы идёт быстрее, чем шпунтины. Ограничение одно, но существенное: забирка не держит воду. При уровне грунтовых вод выше дна котлована нужно водопонижение, а в водонасыщенных песках между трубами вымывается грунт.

Шаг труб и толщину забирки назначают по расчёту: чем больше шаг, тем толще доски и тем больше изгибающий момент в каждой трубе. Забирку заводят за трубы или фиксируют уголками на сварке, а пустоты за ней сразу заполняют грунтом, чтобы не было вывалов. В плотных грунтах трубы погружают в лидерные скважины: лидер ф350 под трубу ф325, ф450 под трубу ф426, ф550–650 под трубы ф530–630. После засыпки пазух трубы извлекают, забирку оставляют в грунте или разбирают по ходу засыпки.

Трубошпунт

Трубошпунт — стальные трубы большого диаметра с приваренными замками. Трубы соединяются замками в сплошную стенку, как шпунт, но благодаря диаметру имеют гораздо большую жёсткость и несущую способность. Трубошпунт применяют для котлованов глубиной 8–15 м, причалов, набережных, где шпунт Ларсена не проходит по изгибу. Погружение трубошпунта большого диаметра требует мощного вибропогружателя или буровых методов.

Трубошпунт заметно дороже обычной трубы с забиркой из-за замков и большой массы металла, но дешевле стены в грунте и, в отличие от неё, может извлекаться. Его выбирают, когда нужны одновременно водонепроницаемость и большая жёсткость, а котлован ещё не настолько глубок, чтобы оправдать траншейные методы.

Буросекущие и касательные сваи

Ограждение из буронабивных свай устраивают без вибрации: бурят скважину, ставят арматурный каркас, бетонируют. Различают три схемы расположения свай.

• Касательные сваи стоят вплотную друг к другу. Между ними остаются щели, поэтому воду ограждение не держит; щели закрывают торкретом.
• Буросекущие сваи взаимно перекрываются: сначала бетонируют первичные сваи без арматуры через одну, затем бурят вторичные армированные, частично срезая тело соседних. Получается сплошная водонепроницаемая стена.
• Сваи с шагом — ряд свай с промежутками и забиркой или торкретом между ними, аналог труб с забиркой, но жёстче.

Буросекущие сваи выбирают для котлованов 8–20 м рядом с существующими зданиями, когда нужна водонепроницаемость, а мобилизовать комплекс для стены в грунте невыгодно. Для таких свай нужна буровая установка с обсадной трубой или технологией полого шнека и высокая точность по вертикали: отклонение соседних свай приводит к «окнам» на глубине.

Буронабивные сваи под фундаменты — отдельная задача: о ней на странице буронабивные сваи под ключ.

Стена в грунте

Стена в грунте — монолитная железобетонная стена, которую бетонируют захватками в траншее под глинистым раствором. Траншею разрабатывают грейфером или фрезой по форшахте, затем опускают каркас и бетонируют через трубу снизу вверх. Толщина стены — 600–1200 мм, глубина — до нескольких десятков метров.

Это самое жёсткое и водонепроницаемое ограждение. Его выбирают для глубоких котлованов многоэтажных подземных частей, при плотной застройке и высоком уровне воды, особенно когда стена одновременно становится постоянной стеной подвала. Минусы — высокая стоимость мобилизации, большая площадка под растворный узел и кран, длительный цикл устройства.

Отдельное преимущество — возможность строить по методу «сверху вниз»: перекрытия подземной части бетонируют по мере выемки грунта, они раскрепляют стену, а одновременно с этим идут работы над землёй. Так сокращают общий срок строительства на тесных городских участках. Технология по шагам — форшахта, грейфер, бентонитовый раствор, армирование, обвязочная балка — разобрана в отдельной публикации в разделе статей о котлованах и сваях.

Раскрепление ограждения: распорки, анкеры, бермы

Любая стенка ограждения, кроме неглубокой консольной, требует раскрепления. От выбора схемы зависят сечение стенки, прогибы и удобство работы внутри котлована.

Как выбирают способ раскрепления по глубине, грунту и соседству — на странице крепление котлована распорками и шпунтом.

Сравнение видов ограждения котлована

Сводная таблица — ориентир для предварительного выбора. Окончательное решение принимает проектировщик по расчёту и изысканиям.

Глубины в таблице — типичные для городских объектов с раскреплением, а не предельные. Консольная стенка без распорок работает на гораздо меньшую глубину; многоярусное раскрепление позволяет увеличить её для любого вида.

Обратите внимание на колонку «Вибрация». Для шпунта и труб её снижают лидерным бурением: скважина по оси разрыхляет грунт, вибропогружатель работает с меньшей амплитудой и быстрее доводит элемент до отметки. В плотных суглинках с лидером за смену погружают 40–60 шпунтин длиной 12 м против 15–30 без него. Но полностью вибрацию лидер не убирает, поэтому вплотную к аварийным и старым кирпичным зданиям погружаемые ограждения не применяют.

Как выбрать ограждение котлована

Выбор начинается не с конструкции, а с исходных данных. Их пять.

1. Глубина котлована и размеры в плане. До 6–8 м с раскреплением хватает шпунта или труб; глубже — трубошпунт, сваи, стена в грунте. Ширина влияет на выбор между распорками и анкерами.
2. Грунты и вода. По инженерно-геологическим изысканиям определяют, пройдёт ли шпунт без лидера, нужна ли сплошная водонепроницаемая стенка, где будет заделка ниже дна. Водоупор под дном котлована позволяет «отсечь» воду, заглубив в него сплошное ограждение.
3. Соседние здания и сети. СП 45.13330.2017 (п. 12.1.2) требует оценивать динамическое воздействие, если до здания меньше 15 м при вибропогружении шпунта и 25 м при вибропогружении свай. Рядом со зданиями применяют лидерное бурение, вдавливание или буровые конструкции без вибрации. Извлечение шпунта ближе 5 м к зданиям выполняют только по технологическому регламенту и с мониторингом (п. 12.1.21).
4. Временное или постоянное. Если ограждение нужно только на время работ, извлекаемые шпунт и трубы почти всегда дешевле. Если оно должно стать стеной подвала — считают стену в грунте или секущие сваи.
5. Площадка и график. Тяжёлым комплексам для стены в грунте нужно место под кран, растворный узел и склад каркасов. Шпунту и трубам достаточно полосы около 6 м вдоль оси и подъезда для экскаватора.

Что из этого делает ФирмаСтрой

Мы работаем с извлекаемыми видами ограждения: шпунтом Ларсена Л4–Л6 и стальными трубами ф219–630. Бурим лидерные скважины под шпунт диаметром 250–650 мм на глубину до 18 м, выполняем вибропогружение шпунта и труб вибропогружателем PTC 7 и после обратной засыпки пазух извлекаем ограждение с глубины до 25 м. Материал — заказчика, можем подсказать поставщиков нового и б/у шпунта. Буросекущие сваи, стену в грунте и анкеры мы не выполняем. Если вы выбираете между вариантами, пришлите проект и изыскания: ответим, проходит ли по вашему котловану устройство ограждения котлована из шпунта или труб и сколько это будет стоить.