У. З. Конструкция шпунтовых ограждений

При разработке котлована в акватории, а также в грунтах, насы­щенных водой, необходимо не только укрепить стены котлована, но и защитить его от затопления водой. Для этого применяют шпунтовые ограждения. Шпунтовые ограждения (рис. У.6) состо­ят из шпунтин (шпунтовых свай), погружаемых в грунт до разра­ботки котлована сваебойными механизмами (см. п. VII. 1) и обра­зующих шпунтовые водонепроницаемые стенки, маячных свай и направляющих схваток, обеспечивающих проектное положение шпунта, а также креплений, удерживающих шпунтовые стены от обрушения.

Глубина погружения шпунтовых стенок (стен) определяется грунтовыми условиями. Если водонепроницаемый грунт — водо-

упор — залегает неглубоко, то шпунт погружают до этого слоя (рис. У.6, а), чем достигается защита котлована от притока воды, -через его дно. Если водоупор расположен глубоко, то шпунт погру-»-жают ниже дна котлована на глубину, при которой не будет выно-ситься грунт в котлован при осушении. В этом случае глубина I (рис. У.6, б) погружения шпунта ниже дна котлована определится по формуле

тлу_ьзъ

где #б — напор на уровне дна котлована, м;

Увзв — объемный вес взвешенного водой грунта, тс/м³; т — коэффициент, равный для гравелистого и крупнозернистого песка и супеси — 0, 7, для среднезернистого и мелкого песка — 0, 5 и для пыле-в этого — 0, 4; у-иг —объемный вес воды, равный 1 тс/м³.

В рыхлых, легко подвижных грунтах (пылеватых и мелких пес­ках, текучепластичных и текучих глинистых грунтах и т. п.) воз­можно выпирание грунта в котлован из-под шпунта. Для преду­преждения выпирания шпунт должен быть погружен ниже дна котлована на глубину

1, 5 (Ну + д)

(У.16)

у'[2! р; 4(45⁰ — 0, 5?) —1

3 Ч

7777? УГБ

⁷7" " ^

⁷7777/7/7'/-

В)

Рис. У.6. Схемы шпунтовых ограждений:

/ _ водоупор; 2 — уровень грунтовых вод; 3 — направляющие схватки; 4 — шпунтовая стен­ка; 5 —• распорка; 6 — обвязка; 7 — маячиые сван; 8 — анкерная свая; 9 — стяжка

где Н — глубина котлована, считая от уровня грунта вне котлована, м; V — нормативный объемный вес грунта выше дна котлована, тс/м³; <? — нагрузка на поверхности грунта у шпунтового ограждения, тс/м²; у' — нормативный объемный вес грунта, расположенного ниже дна котло­вана, тс/м³; < р — то же, угол внутреннего трения грунта.

Во всех случаях шпунтовые стенки должны быть погружены ниже дна котлована на глубину I, обеспечивающую их прочность и устойчивость, но не менее 1 м при связных, крупнопесчаных и гравелистых грунтах и 2 м при текучих и текучепластичных связ­ных мелкопесчаных и плывунных грунтах.

Отметка верха шпунтовых стенок определяется уровнем воды. Если уровень грунтовых вод расположен на некоторой глубине от дневной поверхности, то для уменьшения длины шпунта целесо­образно верхнюю часть «отлована разработать без креплений (см. рис. У.6, а). В русле рек верх шпунтовых стенок необходимо рас­полагать выше рабочего уровня воды с учетом подпора и высоты волн не менее чем на 0, 7 м. За рабочий уровень воды принимается уровень с 10%-ной повторяемостью; подпор, учитываемый при сред­ней скорости течения воды у^2 м/с,

1/2

где § — ускорение силы тяжести (9, 81 м/с²).

Шпунтовые стенки могут быть деревянными, стальными и же­лезобетонными. По способу крепления различают стенки без креп­лений, с распорным креплением и с анкерным креплением.

Стенки без креплений (см. рис. У.6, а) применяют при относи­тельно неглубоких котлованах, ограждаемых преимущественно стальным шпунтом; достоинство такого крепления — отсутствие •конструкций, загромождающих котлован, что облегчает земляные работы, дозволяя широко применять различные землеройные меха­низмы. Однако такой шпунт испытывает значительные изгибаю­щие моменты от давления грунта и должен иметь достаточно мощ­еное поперечное сечение. Для обеспечения устойчивости этот шпунт дриходится погружать ниже дна котлована на большую глубину.

Стенки с распорным креплением (см. рис. У.6, б) испытывают •меньшие изгибающие моменты и могут быть сделаны более лег­кими. Крепление состоит из обвязок и системы распорок, которые ■ ставят по мере углубления котлована. Расстояние между распор-•ками по высоте определяется расчетом, но исходя из удобства раз­работки грунта должно быть не менее 1—1, 5 м. Распорное крепле­ние применяют наиболее часто.

При широких котлованах возможно устройство анкерного креп­ления, состоящего из анкерных свай (рис. У.6, в), забитых за пре­делами котлована, и деревянных схваток или стальных тяжей, ко­торыми закрепляют верх шпунта.

- Деревянное шпунтовое ограждение. Деревянные шпунты дела-йот из досок толщиной до 8 см или брусьев толщиной от 10 до 20—

Рис. У.7. Конструкция деревянных шпунтин:

/ — паз; 2 — гребень; 3 — скоба диаметром 12—14 мм; 4 — бугель; 5 — гвозди; 6 — болты диаметром 10—16 мм впотай

24 см. Длина шпунтин определяется глубиной их погружения и ред­ко превышает 8 м, так как более длинный лес дорог и дефицитен. Толщину шпунта назначают по расчету на прочность. Из условия забивки гибкость шпунтины не должна превышать 150; примерно такую гибкость имеет шпунт, толщина которого (в см) равна удво­енной длине его (в м).

Для обеспечения водонепроницаемости ограждения шпунтины снабжают гребнем и пазом. Шпунтины из отдельных досок толщи­ной от 4 до 8 см делают с треугольной формой гребня и паза (рис. У.7, а). При отсутствии необходимого размера досок шпун-тину составляют из трех досок толщиной не менее 2, 5 см каждая, сплачиваемых по длине гвоздями и болтами (рис. У.7, б). Состав­ные шпунтины имеют прямоугольный гребень и паз, получаемые смещением средней доски относительно крайних.

Брусчатые шпунтовые сваи делают с прямоугольным гребнем и пазом (рис. У.7, в) шириной, равной Уз толщины бруса, и высотой не более 5 см. Нижний конец шпунтины заостряют. Высота за­острения составляет 1—3 толщины шпунтины (чем плотнее грунт, тем угол заострения меньше). С боков заострение симметричное, с фасадной стороны одностороннее — только со стороны гребня.

Одностороннее заострение спо­собствует получению плотной, во­донепроницаемой стенки, так как при забивке шпунтины горизон­тальная составляющая реактив­ного сопротивления грунта при­жимает ее к ранее забитым. Шпунт всегда забивают гребнем вперед, так как в противном слу­чае гребню пришлось бы вытес­нять грунт из паза предыдущей шпунтины.

Для большей плотности шпун­та и ускорения его забивки при­меняют пакетные шпунтовые сваи (рис. У.7, г), состоящие из двух-трех брусчатых шпунтин, соеди­ненных скобами. Скобы забива­ют в противоположных направле­ниях под углом 45° через 100—150 см; по концам пакета две-три скобы ставят через 50 см. Скобы втапливают в древесину заподли­цо с поверхностью, чтобы не сбить их при погружении шпунта. За­острение пакетных шпунтовых свай делают общим на весь пакет.

При забивке шпунта в плотные грунты, а также при наличии в грунте твердых прослоек острие шпунтины защищают от повреж­дений металлическими башмаками (рис. У.8). На шпунтинах их закрепляют коваными гвоздями.

Верх шпунтин (голову) обрезают перпендикулярно к продоль­ной оси и для предохранения от размочаливания при забивке

I

укрепляют бугелем из полосовой' стали толщиной 18—14 мм (см. рис. У.7, г). Бугель насаживают! на голову в нагретом состоянии^ чтобы при остывании он плотно сжал древесину.

Детали узлов распорного кре­пления показаны на рис. У.9. Уг­ловые подкосы (узел /) присоеди­няют к обвязкам с помощью упо­ров, врубленных в обвязки на глубину не менее 3 см. Упоры за­крепляют болтами с потайными головками. Для крепления распо­рок предусматривают стальные «столики» (узел //). Столики при­бивают к шпунту коваными за-ершенными штырями.

Для погружения шпунта вдоль шпунтовых стен через 2—2, 5 м за­бивают маячные сваи диаметром 18—26 см. Глубина забивки их должна превышать глубину за­бивки шпунта на 0, 75—1, 5 м. К маячным сваям болтами прикреп­ляют направляющие схватки из пластин диаметром не менее 22 см или из брусьев сечением не менее 14X14 см (рис. У.Ю); между схватками через 1, 5—2 м ставят колодки, которые постепенно за­меняют шпунтинами. В углах ограждения концы внутренних схва­ток приходится вырезать, так как они мешают забивке шпунта. Устройство шпунтовых стен начинают с забивки маячных свай. Маячные сваи должны быть забиты возможно точнее по линии ограждения. После установки направляющих схваток приступают к погружению шпунта. Деревянные шпунтины до забивки реко­мендуется вымачивать в воде в течение 10—15 сут; в противном

а)

Рис. У.11. Профили прокатных стальных шпунтов (см. табл. У.2) 106

случае при набухании древесины шпунтовая стенка может дефор­мироваться.

Основное достоинство деревянных шпунтовых ограждений — простота изготовления. К недостаткам в первую очередь нужно от­нести невозможность забивки шпунтин в плотные грунты, огра­ниченную длину шпунтин (6—8 м) и относительно малую проч­ность.

Стальное шпунтовое ограждение. В современном мостостроении наиболее часто применяют стальные шпунтовые ограждения. Оте­чественные заводы прокатывают стальные шпунтины плоского и корытного профиля (рис. У.11) длиной от 8 до 22 м. Шпунтины можно наращивать, перекрывая стыки накладками на сварке или заклепках, и доводить их длину до 35—40 м. Геометрические ха­рактеристики профилей приведены в табл. У.2.

Замки, которыми шпунтины соединяют при забивке, обеспечи­вают работу шпунтового ряда на растяжение, что позволяет при­менять стальной шпунт в самых разнообразных условиях. Водоне-проницамость стального шпунта обеспечивается заиливанием зам­ков, а также конопаткой их по мере удаления грунта и воды из котлована. Угловые шпунтовые сваи составляют из разрезанных вдоль шпунтин, соединяемых уголковыми накладками. Распорное крепление стальных шпунтов может быть выполнено из дерева или из металла. Деревянное крепление делают аналогично показанно­му на рис. У.9.

Схемы металлических креплений весьма разнообразны. При прямоугольных в плане котлованах они могут состоять из плоских конструкций или из пространственных каркасов. Пример двухъ­ярусного плоского крепления показан на рис. У.12. Крепления вы­полнены из швеллеров с болтовыми соединениями в виде статиче­ски определимых плоских рам. Пространственные каркасы (рис. У.13) применяют при глубокой воде (4—5 м и более), а также при необходимости располагать строительное оборудование на креп­лении; каркасы состоят из двух или более плоских ферм, соединен­ных в плоскостях распорок раскосами и стойками.

Таблица У.2

Примечание. Момент инерции и момент сопротивления шпунта типа «Ларсен» даны для 1 пог. м шпунтовой стенки.

Рис. У.12. Конструкция стального шпунтового ограждения:

/ — шпунт Ларсен IV; 2 — обвязка из швеллеров № 30; 3 — направляющая схватка, швел-' лер № 30; 4 — распорка, швеллер № 30; 5 — угловой подкос, швеллер № 30; 6 — стальные прокладки; 7 — столик; 8 — деревянные клинья; 9 — маячная свая, сваренная из шпунтин

Кроме прямоугольных, иногда делают цилиндрические ограж­дения, располагая шпунт по окружности (рис. У.14). После удале­ния из котлована воды шпунт будет сжат наружным давлением, замки шпунта уплотнятся и водонепроницаемость их возрастет. По­казанное на рис. У.14 крепление сделано из швеллеров, соединен­ных плавками. Кольца закреплены на столиках, поставленных че­рез 3, 75 м; столики препятствуют потери устойчивости швеллеров при работе их на сжатие. По сравнению с распорным кольцевое крепление требует меньшего расхода металла и не загромождает котлован, что значительно облегчает земляные работы и кладку фундамента.

На суше, а также при небольшой глубине воды в русле реки стальной шпунт забивают в направляющих схватках, прнболченных

Рис. У.14. Цилиндрическое шпунтовое ограждение

Рис. У.15. Стальной шпунт с направляющими схватками и маячными сваями: / — маячные сван; 2 — направляющие схватки; 3 —угловая шпуитина; 4—уголковая на­кладка; 5 — стальной шпунт; 6 — прокладка

*" —-¹" му контуру деревянными или

Рис. У.16. Сечение железобетонных стальными направляющими схват-
шпунтин ками. Затем собранные крепле-

ния доставляют на плавучих средствах (понтонах, баржах, плашкоутах) к месту возведения фундамента. Забивают маячные сваи, за которые закрепляют креп­ления, опустив их с плавучих средств. После этого погружают шпунтины, предварительно выставляя из них стенку между маяч­ными сваями. В процессе погружения следят за правильным поло­жением шпунтин. Отклонения шпунтин из плоскости стенки вы­правляют, оттягивая их лебедками. Веерность, т. е. отклонение от вертикали в плоскости стенки, исправляют распорными домкрата­ми, оттяжками и т. д. Если все же не удается избежать веерности, то при замыкании ряда забивают клиновидные шпунтовые сваи, вырезая их из нормальных шпунтин и склепывая или сваривая.

Для облегчения погружения зам'ки шпунтин рекомендуется сма­зывать тавотом. Перед забивкой прямолинейность шпунтин и от­сутствие пороков в замках проверяют, протаскивая через замки отрезок шпунтины длиной 1, 5—2 м. В передние по ходу забивки замки снизу забивают стальные пробки, предохраняющие замки от заполнения их грунтом.

Крепления шпунтовых ограждений разбирают по мере кладки фундамента. Стальной шпунт должен быть извлечен из грунта для дальнейшего использования. Его применяют при глубокой воде, а также при плотных, труднопроходимых грунтах.

Железобетонные шпунтовые ограждения. Железобетонные шпунты находят применение преимущественно в гидротехническом строительстве, при постройке набережных, причалов и других со­оружений. На рис. У.16 приведены некоторые типы поперечных се­чений шпунтин. Шпунтины могут быть выполнены с напрягаемой арматурой, что уменьшает их вес и увеличивает трещиностойкость.

В отличие от стальных и деревянных шпунтов, железобетонные шпунтивные ограждения включают в конструкцию фундамента и используют в качестве несущих элементов.

По