Конструкції шпунтових огорож котлованів
Шпунтові кріплення
Шпунтове кріплення служить не тільки для утримання вертикальних стін котловану від обвалення, але й перешкоджає притоку ґрунтових вод у котлован [6, 9]. Його застосовують, коли рівень підземних або поверхневих вод розташований у межах глибини котловану, і виконують у вигляді суцільної стінки, заглибленої нижче відмітки дна. Таке кріплення складається (рис. 5.3) зі шпунтин, що занурюються по контуру котловану до його уривки, маячних паль і спрямуючих сутичок (обв'язування), що забезпечують проектне положення шпунта в процесі його занурення, а також розпірок або анкеруючих пристроїв, що утримують шпунт від обвалення.
 |
Заглиблення шпунта нижче дна котловану має бути достатнім для забезпечення його стійкості та визначається розрахунком. Якщо на невеликій глибині від дна котловану залягає водонепроникний ґрунт (водоупор), доцільно занурити шпунт до цього шару, чим досягається захист котловану від припливу води через його дно. Мінімальне заглиблення шпунтової стінки нижче дна котловану повинно бути не менше 2 м в текучих і текучепластичних глинистих ґрунтах, дрібних і пилуватих пісках і не менше 1 м - в інших ґрунтових умовах. Маячні палі занурюють із відстанню між ними 2–4 м.
Положення верху шпунтових стінок визначається рівнем води, а в руслі річок його слід призначати вище робочого рівня з урахуванням підпору та висоти можливих хвиль на акваторіїне менше 0,7 м. Висоту підпору води при швидкості її потоку v 2 м/с обчислюють за формулою , де g = 9,81 м/с2-прискорення вільного падіння.
Шпунтові стінки можуть бути дерев'яними, сталевими та залізобетонними. За способом їх кріплення розрізняють вільно стоять, розпірні та з анкерним кріпленням (див. рис. 5.3).
Дерев'яний шпунт застосовують при глибині його занурення не більше 6 м через обмежену довжину деревини, що йде на його виготовлення, якщо грунти не містять каменів або інших великих включень, що перешкоджають зануренню шпунта. Дерев'яний шпунт важко занурювати також у гранчасті та галечникові ґрунти, у глинисті твердої консистенції.
Товщину шпунта призначають за розрахунком на міцність і роблять з дощок товщиною до 8 см або з брусів товщиною 10...24 см. У суцільну стінку шпунтини з'єднують за допомогою гребеня і паза. Дощатий шпунт із трикутним гребенем має меншу щільність з'єднання, ніж брущатий або складений із дощок із прямокутним гребенем (рис. 5.4, а). Зазвичай шпунт забивають пакетами з 2-3 окремих шпунтин, з'єднаних похилими скобами, втопленими в шпунтини врівень з поверхнею (рис. 5.4, в).
 |
Нижній кінець шпунтин чи пакета їх загострюють на висоту 1–3 товщин шпунта. З боків загострення симетричне, а з боку гребеня скошене, що забезпечує щільніше прилягання шпунтини при її зануренні до забитої раніше. Забивання шпунта ведеться гребенем уперед. Верх шпунтин (голову) для запобігання розмочування при забиванні закріплюють бугелем зі смугової сталі.
Длязанурення шпунта по периметру котловану забивають маячні палі з колод діаметром 18-26 см, до яких кріплять напрямні парні сутички з пластин діаметром не менше 22 см або брусів перетином не менше 14'14 см2 з прокладками між ними через 1,5-2,0 м (Рис. 5.4, г). У міру забиття шпунта ці прокладки забирають.
Сталевий шпунт застосовують при глибині води понад 2 м, а також у важкопрохідних ґрунтах (жвір, прошарки мергелю тощо). Його використовують багаторазово. Профілі сталевого шпунта показано на рис. 5.5, а їх технічні характеристики наведені у табл. 5.2.
Типи сталевого шпунта Таблиця 5.2
Примітка. У дужках наведено значення моментів інерції та опору 1 м шпунтової стінки в плані при врахуванні спільної роботи шпунтин на вигин. Інші характеристики дані для однієї шпунтини.
Мал. 5.5 Профілі сталевого шпунта: а - плоский; б - коробчастий; в - зетовий; г - типу "Ларсен"; д - зварна шпунтова панель
Зварні шпунтові панелі ПШСК та ПШСКМ виготовляються заводом "Курганстальмост" з універсальної смугової сталі з поздовжніми зварними швами та кутовими зварними замками. Сортамент панелей включає 57 номерів, у яких варіюються висота перерізу Н (400, 420, 450, 500, 600, 700 та 800 мм), ширина полиць bf(350, 400, 430 та 460 мм), товщина полиць t (1 мм з кроком 2 мм і 25 мм), товщина стінок (10, 12 і 14 мм) з моментом опору при вигині від 1800 до 11000 см3/м. Найбільша довжина панелей, що поставляються, — 36 м. Для занурення панелей використовуються відомі технології: забиття молотом і віброзанурення.
Замки сталевого шпунта забезпечують роботу шпунтового ряду на розтяг і взаємний поворот шпунтин до 10°, що дозволяє влаштовувати огорожі, що мають у планікриволінійні контури. Кутові шпунтові палі складають із розрізаних уздовж шпунтин, з'єднаних зварюванням. Конструкція огородження зі сталевого шпунта показана на рис. 5.6.
Залізобетонні шпунти застосовують для огородження котлованів, включаючи їх складовою частиною в конструкцію фундаментів. Недоліком їх є велика маса, що ускладнює їхнє занурення в порівнянні зі сталевими шпунтами.
 |
Розрахунок шпунтових огорож котлованов. Розрахунок шпунтового огородження полягає у визначенні потрібної глибини його забивання нижче дна котловану і підборі необхідних перерізів шпунта та його розпірних елементів. Для розрахунку шпунта в його стінці по довжині і плані виділяють ділянку шириною 1 м. Як навантаження на шпунт, як і в заставному кріпленні, розглядають активний і пасивний тиск грунту і додатково враховують тиск води.
Розрахунок вільно стоїть шпунта. Розрахункова схема для такого шпунта аналогічна схемі для забивної стійки заставного кріплення з можливістю його перекидання щодо точки, розташованої нижче дна котловану (рис. 5.8).
 |
Рівнодіючі складові тиску ґрунту на шпунт визначають за аналогією з виразом (5.8) для розрахункової ширини шпунтової стінки, що дорівнює 1 м (l = 1 м, bp = 1 м), а розрахункова питома вага водопроникних ґрунтів, розташованих нижче за позначку горизонту води, приймають з з урахуванням гідростатичного зважування gsr.
Тиск води на шпунтову стінкушириною 1 м у водопроникних ґрунтах буде (рис. 5.8, а):
; (5.11) де gw = 9,81 кН/м3-питома вага води.
Складають рівняння моментів сил щодо точки Про за аналогією з рівнянням (5.9), виражаючи плечі сил через невідомий розмір ho, додавши до його лівої частини моменти сил тиску води: Ew¢(ho + Hw/3) + Ew² 0,5ho. Вирішуючи це кубічне рівняння, наприклад методом підстановки, визначають ho. Повну глибину забиття шпунта нижче дна котловану приймають h = 1,2 ho.
Прийнята глибина забивання шпунта h, крім того, повинна бути достатньою, щоб запобігти вимиванню ґрунту з-під нього гідродинамічний тиск j при відкачуванні води з котловану. Для цього має виконуватися умова:
j = kIgw £gsr, (5.12) де k - коефіцієнт запасу, значення якого приймають не менше 2; I = Hw/(Hw + 2h) - гідравлічний ухил,
(5.13)
За наявності нижче горизонту води водонепроникного ґрунту (рис. 5.8, б) розрахунок шпунта виконують за двома розрахунковими схемами. За першою схемою в межах водоупору із зовнішнього боку огородження враховують активний тиск, розглядаючи тиск води на водоупорі як вертикальне навантаження інтенсивністю gwHw. У межах водоупору бічне тиск води на шпунт при розрахунку за цією схемою не враховують.
За другою схемою розглядають утворення зазору між шпунтом і водоупором внаслідок усунення стінки у бік котловану. В цьому випадку враховується повний односторонній тиск води на стінку нижче дна котловану на глибину утворення зазору h3 = (0,5…0,6) ho. Якщо межа водоупору розташована вище дна котловану, глибину зазору призначають збільшеною на це перевищення. Активний тиск водоупору в межах висоти при цьому не враховують.
З двох значень ho, обчислених за різними схемами,приймають більше.
Перетин шпунта підбирають з розрахунку його на міцність сприйняття найбільшого по довжині згинального моменту, який знаходять, послідовно розглядаючи рівновагу частин, що відсікаються вище стінки.
Перерізи маячних паль і направляючих сутичок шпунта, якщо вони використовуються при виготовленні огорожі, призначають конструктивно (розд. 5.2.3).