Расчеты несущей способности ограждения котлована

Капитальное строительство начинается с откопки котлована под фундамент. Задача проектировщика – обеспечить прочность и устойчивость ограждающих конструкций котлована на протяжении производства строительных работ нулевого цикла. Данная задача решается путем устройства естественных откосов либо сооружения специальных креплений. Проектирование и устройство траншей и котлованов выполняется с учетом специфики грунтов и строительного объекта в условиях плотной застройки в черте города. ООО «КТБ Эксперт» имеет большой опыт в проектировании котлованов и ограждающих конструкций высокой сложности, включая уникальные сооружения при глубине свыше 15 м.

Расчет ограждения котлована – это определение расчетным путем нагрузок, воздействующих на ограждение и соответственно основных характеристик ограждающих котлован конструкций – материала, глубины погружения, необходимости промежуточного крепления.

Для чего нужен расчет ограждения котлована

В соответствии с действующим нормативами максимальная глубина котлована без устройства откосов не может быть больше 1,5 м, даже в глинистых грунтах, а крутизна откосов при большей глубине выработки и производстве работ, для выполнения которых необходимо присутствие работников на дне котлована, должна устанавливаться строительной организационно-технологической документацией.

Одним из видов организационно-технологической документации является проект производства работ – ППР. Поэтому именно в составе ППР должны быть разработаны мероприятия по креплению стенок котлована, в т.ч. обоснование необходимости устройства шпунтовых стенок или возможности обойтись без ограждения.

Цель расчета ограждения котлована

При необходимости крепления стенок грунтовой выемки за счет шпунта, выполняется специальный расчет: расчет шпунтового ограждения котлована – это расчетный комплекс, в результате которого определяются:

• проектная глубина погружения шпунта в грунт ниже отметки дна котлована;
• вид и требуемое сечение шпунта;
• необходимость устройства дополнительного крепления – распорок и обвязок.

На основании расчетных данных ведется проектирование ограждений с учетом обеспечения прочности стенок и оптимальной технологии их устройства.

Виды шпунтового ограждения

При необходимости разработки котлована большой глубины без откосов используются ограждающие конструкции. Чаще всего в качестве ограждения выполняются стенки, состоящие из:

• деревянного шпунта, который используется при высоте стенки не более 4 м и отсутствии в грунте препятствий для погружения шпунта. Совместную работу всех элементов стенки обеспечивает пазогребневое соединение отдельных профилей;
• стального шпунта, используемого при глубине погружения более 6 м или в плотных грунтах. Чаще всего для монтажа ограждений применяется шпунт Ларсена – корытообразный профиль с загнутыми закраинами, обеспечивающими плотный стык соседних профилей и одновременно служащими направляющими для погружения следующего элемента стенки. Шпунтовая стенка может также собираться из стальных труб. Отличительной особенностью стального шпунта является возможность его демонтажа и дальнейшего использования;
• буронабивных свай, образующих сплошное ограждение.

Шпунтовое ограждение выполняется до начала разработки грунта и обеспечивает безопасное производство работ на дне котлована.

Расчеты ограждающих конструкций котлована и распорной системы
(шпунт, «стена в грунте» и т.д.)

Методика расчета на прочность ограждающей конструкции котлована основана на численном решении задачи изгиба балки, защемленной одним концом в упругопластичном грунте и удерживаемой связями (анкеры, распорки). Для моделирования упругого изгиба стены используется метод конечных элементов. Для решения задачи выполняются следующие этапы:

1. Расчет активного, пассивного давления на ограждение и давления грунта в состоянии покоя.
2. Расчет гидростатического давления воды.
3. Решение методом конечных элементов задачи упругого изгиба балки (ограждения котлована) под действием суммарного давления грунта и воды с двух сторон ограждения.
4. Решение методом конечных элементов задачи упругого изгиба балки (ограждения котлована) под действием суммарного давления грунта и воды с двух сторон ограждения.
5. Расчет устойчивости грунта вокруг заглубленной части ограждения котлована.
6. Расчет продольных сил в анкерах и распорках.
7. Расчет ограждения котлована на прочность.

Рис. 1 Расчет ограждения котлована.
Расчетная схема в ПК PLAXIS 2D

Рис. 2 Расчет ограждения котлована.
Общие деформации грунта при разработке котлована

Рис. 3 Расчет ограждения котлована.
Деформированная сетка конечных элементов

Рис. 4 Расчет ограждения котлована.
Нормальные напряжения при разработке котлована

Рис. 5 Расчет ограждения котлована.
Эпюры изгибающих моментов в ограждающих конструкиях

Рис. 6 Расчет ограждения котлована.
Нормальные напряжения в анкерных конструкциях

Исходные данные для расчета ограждения котлована

При необходимости произвести расчет ограждения котлована из труб, шпунта Ларсена, буронабивных или деревянных свай, заказчик должен предоставить:

• выкопировку из дежурного плана населенного пункта с обозначением участка, отведенного под застройку, для определения местоположения соседних зданий, подземных сооружений и коммуникаций;
• чертежи нулевого цикла здания, необходимых для определения размеров в плане и глубины котлована;
• материалы инженерно-геологических изысканий на отведенном участке для определения характеристик грунтов, а также уровня грунтовых вод.

При необходимости «КТБ Эксперт» может запросить дополнительную информацию.