CC BY
246Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.134.4
В.В. ЗНАМЕНСКИЙ, д-р техн. наук, Д.Ю. ЧУНЮК, канд. техн. наук, Е.Б. МОРОЗОВ, инженер, Московский государственный строительный университет
Устройство ограждающих систем котлованов в стесненных городских условиях
Описан опыт использования распорных и подкосных систем для крепления ограждающих конструкций котлованов в Москве, приведены статистические данные по котлованам и примеры некачественно выполненных работ.
Ключевые слова: котлован, распорка, подкос, аварийная ситуация.
В стесненных условиях Москвы возведение новых зданий и других объектов городской инфраструктуры с развитой в глубину подземной частью ведется, как правило, на площадках ограниченных размеров в окружении существующих строений. По этой причине котлованы устраиваются с вертикальными стенками, устойчивость которых обеспечивается различными конструктивными типами ограждений. Выбор типа ограждения зависит от глубины котлована, инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, конструктивной схемы заглубленной части сооружения (включено или не включено ограждение в конструкцию подземной части здания), наличия и расстояния до зданий и сооружений окружающей застройки, включая коммуникации и т. п.
Экспертиза проектной документации по устройству котлованов зданий и сооружений в Москве, проводимая в течение ряда лет Городской экспертно-консультативной комиссией по основаниям, фундаментам и подземным сооружениям (ГЭКК ОФиПС) при Правительстве Москвы, в работе которой принимают активное участие сотрудники кафедры механики грунтов, оснований и фундаментов МГСУ, показала, что наибольшее число котлованов (51,56%) имеет глубину от 5 до 10 м (рис. 1).
На рис. 2 показано, что ограждающими конструкциями котлованов в зависимости от перечисленных выше факторов являются чаще всего ограждения из труб с разным шагом погружения (46,67%), реже - траншейная «стена в грунте» (37,33%). В общей сложности эти ограждения составляют 84% от общего объема применяемых. Ограждений из выполненных по различным технологиям буровых свай, включая буросекущиеся, 9,78%. Меньше всего для ограждения котлованов используются металлические двутавры (1,56%) и гидротехнический шпунт - шпунт Ларсе-на (менее 1%).
Очевидно, что при глубине котлованов более 5 м, которые, как было показано выше, составляют в Москве абсолютное большинство, применяемые на практике типы ограждений только в редких случаях могут обеспечить устойчивость их вертикальных откосов без дополнительного крепления. Необходимо учитывать и то, что консольные ограждения получают большие горизонтальные смещения, что негативно сказывается на эксплуатационном состоянии рядом расположенных зданий и коммуникаций.
В рассмотренных проектах выделены следующие типы креплений ограждающих конструкций котлованов: подкосы с опиранием в пионерную фундаментную плиту, горизон-
7%
5%
II. 13%
1%
1%
4%
10%
и 23%
52%
■ Менее 5 м
• 5-10 м
м 10-15м
н 15-20м
ч: Более 20 м
Рис. 1. Глубина проектируемых котлованов 2006—2010гг. (общее число 490)
10%
37%
47%
1 Стена в грунте и Ограждение из труб ■ Буронабивныесваи у Шпунт Ларсена
Ограждение из двутавров Рис. 2. Типы ограждения котлованов
8%
28%
Ч 16%
38%
| - Подкосы ч Распорки >1 Грунтовые анкеры | Сверху вниз и Консольный вариант
Рис. 3. Типы креплений ограждающих конструкций котлованов
60
92012
Научно-технический и производственный журнал
Подземное строительство
Рис. 4. Пример распорной системы сложной конфигурации
Рис. 5. Распорная система без распределительной балки
тальная распорная система, грунтовые анкеры и диски перекрытий при возведении подземной части сооружения методом «сверху вниз».
В большинстве случаев для крепления ограждающих конструкций котлованов использовались распорки (38%) и подкосы (28%) или комбинация подкосов с раскосами. Анкеры использовались в 16% случаев. Метод «сверху вниз» применялся в 8% случаев. В 10% случаев и только при глубине котлованов до 5 м использовался консольный вариант ограждения котлована (рис. 3).
Массовое применение подкосов и распорных систем для крепления ограждения котлованов связано с рядом их преимуществ по сравнению с другими типами крепления. К плюсам применения таких систем относится их меньшая стоимость, простота при монтаже и демонтаже, возможность применения вторичного металлопроката, более простой контроль качества выполнения работ.
Правда, нельзя не отметить, что с точки зрения удобства и темпа производства работ в котловане более благоприятным является применение грунтовых анкеров, однако, как показывает опыт, устройство грунтовых анкеров под фундаментами существующих зданий может вызвать их дополнительные технологические осадки и деформации, не учитываемые при моделировании. Увеличивается и зона влияния нового строительства на окружающую застройку. В соответствии с данными мониторинга, проводившегося НИИОСП им. Н.М. Герсеванова на различных строительных площадках Москвы, дополнительные технологические осадки зданий, вызванные устройством анкеров под их фундаментами, могут составлять до 5-10 мм на каждый
устраиваемый ярус анкеров. Таким образом, фактические деформации зданий, расположенных вблизи площадки строительства, могут превысить как прогнозируемые, так и допустимые величины.
Нельзя не учитывать и то, что при использовании анкерного крепления могут возникнуть и проблемы юридического характера, если часть анкера будет попадать на «чужую», не принадлежащую застройщику территорию.
По этим, а также по ряду других причин все-таки наиболее часто применяемыми типами креплений ограждений котлованов остаются распорно-подкосные конструкции.
В строительной практике распорки и подкосы чаще всего выполняются из металлических труб 0406-630 мм, установленных с шагом 4-6 м, реже из прокатных двутавров. Применение труб в качестве распорных конструкций наиболее рационально. Это связано с равноустойчивостью круглого сечения и в некоторых случаях не требует раскрепления конструкции из плоскости.
При большой длине распорных конструкций проектными решениями предусматривается устройство промежуточных опор, выполняемых до начала разработки котлована. Длинные распорки применяют в тех случаях, когда устройство подкосов невозможно, или чтобы избежать трудоемкие и долгосрочные работы по устройству и разработке грунтовых пригрузочных берм.
Конструктивные решения и узлы распорных и подкос-ных конструкций достаточно хорошо разработаны и практически типизированы, однако встречаются и оригинальные решения, как показанное на рис. 4 (ООО «Геотехнические консультации»). При монтаже такой системы особое внима-
Рис. 6. Деформации распределительной балки из-за отсутствия ее сопряжения с подкосом
Рис. 7. Предаварийная ситуация на объекте
Рис. 8. Неудовлетворительное качество конструкций ограждения
9'2012
61
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 9. Отсутствие элементов крепления ограждения котлована (по проекту шаг распорных конструкций составлял ~4—6м)
Рис. 10. Суффозия пригрузочной грунтовой бермы
Рис. 11. Заброшенный котлован
ние обращается на качество выполнения узлов сопряжения труб различного диаметра, узлов крепления распорок к обвязочным поясам и обвязочных поясов к вертикальным трубам ограждения для обеспечения включения их в работу на продольную нагрузку.
За время работы Комиссии по обследованию ограждающих устройств котлованов при Департаменте городского строительства города Москвы (далее просто Комиссии) было проверено более 250 котлованов. По результатам проверки состояние 54% котлованов оценено как удовлетворительное, 46% котлованов - как неудовлетворительное.
Большое число замечаний (34,8%) касалось вопросов ограждения котлованов, и в частности устройства их креплений: частичное отсутствие распределительных поясов и элементов распорной системы, некачественные сварные соединения, многочисленные отступления от проектных решений. Нередки случаи, когда при разработке рабочей документации в проектные решения, принятые на стадии «проект», вносятся серьезные изменения без повторного прохождения экспертизы.
Наиболее характерные примеры таких нарушений показаны ниже. В целях экономии или низкой квалификации в процессе монтажа распорной системы некоторые подрядчики отступают от проектных решений, уменьшая размер при-грузочных берм, заменяя тип сечения распорных конструкций без согласования с авторами проекта, а иногда и вовсе исключают какие-то элементы из распорной системы (рис. 5, 6).
Привлечение к работам по устройству подземной части здания неквалифицированных организаций, увеличивает риск возникновения аварийных ситуаций на объекте. Сокращение сроков разработки котлована нарушает последовательность производства работ, что приводит к чрезмерным деформациям конструкции ограждения и требует его усиления (рис. 7).
Неудовлетворительное качество работ по устройству ограждения котлована влечет за собой некачественное, а иногда аварийное исполнение конструкций распределительных балок и распорной системы в целом (рис. 8).
Кроме того, подрядные организации в целях экономии стремятся использовать для устройства ограждений котлованов некачественные, бывшие в употреблении металлоконструкции, что также хорошо видно на приведенном рисунке.
Экономия средств и времени является причиной грубых нарушений при производстве работ. Отсутствие несущих элементов распорной системы подвергает неоправданному риску жизни людей, работающих в котловане (рис. 9). На фотографии видно, что распорки отсутствуют на участке длиной не менее 40 м.
Проникновение воды через некачественно выполненную конструкцию ограждения котлована вызывает суффозию (размыв) пригрузочной грунтовой бермы, призванной удерживать ограждение котлована до монтажа распорной системы (рис. 10).
При проектировании распорной системы необходимо делать запасы на срок службы временной конструкции. В связи с экономическим кризисом строительство многих объектов было приостановлено и котлованы в незаконсер-вированном состоянии простояли не один сезон. Металлические распорные конструкции, подверженные коррозии, а иногда выполненные из труб, бывших в употреблении, могут потерять свою несущую способность, что приведет к аварийной ситуации (рис. 11).
Во избежание возникновения аварийных ситуаций при устройстве подземной части зданий необходимо привлекать к работам квалифицированные проектные и подрядные организации, обладающие многолетним опытом, а также вести регулярный технический и авторский надзор за работами.
Инженер-строитель во время подготовки и в процессе производства работ по устройству котлована несет большую ответственность, так как от его квалификации и добросовестности зависит не только эффективность строительного процесса, но также безопасность и эффективность производства работ в целом.
В связи с тем, что металлическая распорная система является временной конструкцией, некоторые проектировщики и подрядчики недооценивают ее значимость при разработке и монтаже. Анализ проектной документации выявил ошибки в расчетах и конструктивных решениях. В некоторых расчетах элементов распорной системы не учитывается нагрузка на распорку при монтаже, а иногда не учитывается и собственный вес конструкции, что ведет к уменьшению по сравнению с фактическими усилий, возникающих в конструкции.
Список литературы
Морозов Е.Б., Знаменский В.В. Влияние устройства траншейной «стены в грунте» на деформации рядом расположенного здания // Труды XII международной межвузовской научно-практической конференции «Строительство - формирование среды жизнедеятельности». М., 2009 г. С. 635-637.
Чунюк Д.Ю. Стратегия управления геотехническим риском // Вестник МГСУ. 2011 г. № 5. С. 144-151.
62
9'2012
