Земляные работы. Устройство котлованов

Разновидности котлованов

Прежде чем заняться устройством котлована, необходимо рассмотреть его основные разновидности. На сегодняшний день известны критерии, по которым котлованы классифицируются на отдельные подвиды. С ними следует ознакомиться:

необходимость наличия угловых креплений;
количество откосов или их отсутствие;
наличие наклонных стенок траншеи или котлована.

Последний фактор определяется основанием, которое может быть плитным или ленточным. Если на участке планируется возводить ленточный фундамент, то котлован будет иметь вид траншеи, располагающейся по периметру и в тех местах, где будут несущие стены.

Если вы планируете возведение плитного фундамента с подвалом, то котлован должен располагаться по периметру дома и в том месте, где будет находиться цокольный этаж. Перед началом работы необходимо осуществить земляные работы, они предусматривают:

определение типа почвы;
проведение анализа здания;
выполнение расчета глубины котлована;
проведение анализа климатического состояния региона.

Тип почвы определяется специальной экспертизой. Этот этап является обязательным, ведь с его помощью можно определить глубину основания, что обеспечит надежность и прочность здания в процессе эксплуатации. Можно осуществить ещё и анализ здания, которое будет выстраиваться на участке. Необходимо знать вес постройки, а также нагрузку на фундамент. Важно предусмотреть наличие самых мелких деталей, вплоть до материалов отделки полов, стен и кровли.

Отвод воды из котлована

Чтобы понизить уровень грунтовых вод, потребуется сделать водоотведение перед рытьём котлована. На участке появиться поверхностные воды могут:

при атмосферных осадках;
с соседних участков.

Чтобы предотвратить появление воды на вашем участке с соседней территории, надо обустроить нагорный отлив для их перехвата. Размер водоотлива должен быть не менее 0,5 на 0,5 м.

Рекомендуем: Небольшие секреты и нюансы при расчистке под застройку. Вырубка деревьев на собственном участке

Если на стройплощадке сильное обводнение, необходимо сделать дренажную систему открытого или закрытого типа. Открытый тип эффективен, если глубина воды понижена на 0,4 м. Для этого достаточно выкопать канаву глубиной 0,7 м. На дно канавы надо положить песок и гравий.

Закрытый дренаж делается с уклоном в сторону. На его дно укладываются перфорированные трубы.

Рекомендуем к прочтению: Скважина на воду своими руками

Разработка котлована

Перед устройством котлована проводится его разработка. Если работами вы планируете заняться самостоятельно, то понадобится много времени, терпения и сил. Но это позволит сэкономить. Работы следует начинать с определения глубины котлована. Для того чтобы узнать, каков будет объем котлована, необходимо воспользоваться формулой v= н/6 (2а + а1) в + (2а1 + а) в1. Высота котлована определяется буквой н, тогда как размеры сторон – это а и в. Длина котлована по верхней части – это а1 и в1. А вот коэффициент откоса обозначается буквой т.

Как только удастся определить объем котлована, необходимо рассчитать объем засыпки. Для этого из объема котлована вычитается общий объем. Глубину можно определить по грунту, а не по черновой отметке. Перед выемкой почвы следует определить глубину, на которой будет осуществляться копка. Это значение определяется составом почвы и нагрузкой от самого дома. Для определения давления здания на фундамент следует использовать формулу а = f/a (мн/m*m). При этом нагрузка от здания будет разделена на площадь нижней части основания. Как только размеры котлована были определены, можно приступать к его выкапыванию.

Процесс выполнения рытья

Устройство котлована осуществляется по определенному алгоритму. На первом этапе подготавливается участок, с него снимается верхний слой, при этом углубиться необходимо примерно на 40 см. Если имеется дополнительная влага, то ее следует отвести от участка.

Специальные опоры в виде брусьев позволят исключить сползание грунта по стенам котлована, когда будет осуществляться удаление почвы на заданную глубину. Это верно для 125 см. Если же это значение увеличивается до 500 см, то в котловане обустраиваются ступени, а их глубина определяется специалистами.

Форма и размеры котлована под фундамент

Форма котлована напрямую зависит от основания постройки.

Под частный дом принято делать котлован прямоугольной формы, под ленточный фундамент роется траншея.

Для столбчатого фундамента делается скважина с помощью спецтехники.

А вот ширина и глубина котлована определяется в зависимости от расположения грунтовых вод и промерзания почты.

Подошву основания необходимо погружать на 40 см ниже, чем глубина промерзания почвы. А что касается грунтовых вод, то котлован должен находиться выше них.

При расчете размеров котлована под фундамент стоит придерживаться основных правил: ширина и длина фундамента должна быть на 30-40 см больше фасада постройки.

От качества фундамента напрямую зависит долговечность и надёжность постройки. Поэтому при его укладке необходимо соблюдать все нормы и стандарты.

Рекомендуем: Как выбрать правильные шины

Опытные специалисты должны быть знакомы с технологией рытья котлована. Если вы не имеете опыта в данной сфере строительства, обязательно обратитесь к профессионалам. Для качественного основания фундамента потребуется нанять несколько опытных специалистов. Они возьмут пробу грунта и выяснят его вид и характеристики с помощью специальной экспертизы.

Внимание: проводить экспертизу грунта желательно перед покупкой участка.

А большинство людей на этом этапе допускают ошибки. Поэтому в дальнейшем сталкиваются с необходимостью продать участок, который не подходит под строительство.

После проведения удачной экспертизы на пробу грунта можно приступать к работе:

Для начала снимается верхний слой почвы, на котором находится растительность. Снять этот слой необходимо на всей территории будущей постройки.
Для отмостки стоит захватить по одному метру с каждой стороны.

Высота растительного слоя не должна превышать 30 см. Но если высота плодородного слоя на участке меньше, то и высота снимаемого слоя должна быть меньше. Выбрасывать данную землю не стоит. Её можно будет расположить на участке, где вы будете высаживать культурные растения.

Следующим этапом будет разработка грунта, который в дальнейшем надо вывезти с участка. Вывоз грунта рекомендуется делать сразу, а не откладывать на потом. Так как он займёт много места на участке. Для вывоза грунта потребуется нанять спецтехнику.

Что касается самой технологии рытья котлована, то этот процесс можно выполнять вручную или с помощью тяжелой техники. Земляные работы при рытье котлована делятся на такие этапы:

Подготовительный процесс.
Копка котлована, в этот процесс входят:

расчёт размера и объёма работ;
разработка грунта вручную или экскаватором ( выемка и засыпка земли);
отвод воды;
доработка котлована вручную.

Ленточный и столбчатый фундамент можно рыть вручную. Это займёт больше времени, но обойдётся значительно дешевле, чем аренда спецтехники. Также ручной способ рытья котлована под фундамент применяется на тех участках, где нет возможности организовать подъезд спецтехники.

Рытьё котлованов экскаватором проводится оперативно и эффективно. Если вместе с экскаватором нанять несколько самосвалов для вывоза грунта, работа пройдёт ещё быстрее. Какой экскаватор выбрать гусеничный или колесный, зависит от структуры грунта. Если необходимо рыть глубокий котлован. то его стенки могут обваливаться. Поэтому заранее надо принять меры по предотвращению сползания грунта.

Подробное рассмотрение технологии земляных работ

Устройство котлована является довольно сложным процессом. Для его выполнения одного человека недостаточно. Высокой сложностью отличаются работы в глубине земли, ведь необходимо принять меры по предотвращению сползания почвы. На первом этапе снимается плодородный слой грунта, ведь он отличается высокой биологической активностью и не может выполнять роль несущего основания. Время от времени он изменяется в объеме, поэтому не может служить надежным основанием для фундамента здания.

Для удаления этого слоя рекомендуется использовать специальную технику или обычные инструменты. Выбор конечного варианта будет зависеть от материальных возможностей. Устройство котлована под фундамент будет предусматривать необходимость выемки грунта по всей площади дома, если здание будет иметь подвальное помещение. Специальная техника при этом используется в обязательном порядке.

Выемка грунта осуществляется постепенно, а строительное оборудование устанавливается на 80 см от начала фундамента. Почву следует располагать вблизи оборудования. Если устройство котлована под фундамент не предусматривает наличия подвала, то достаточно будет ленточного основания. Такие работы обходятся дешевле, чем те, что предусматривают обустройство плитного фундамента.

Земляные работы

Земляные работы проводят в несколько этапов.

Во-первых, делают срез плодородной почвы и ссыпают ее в отдельный отвал для дальнейшего использования при разбивке газонов или сооружении овощных грядок.

Во-вторых, убирают слой рыхлого континентального грунта. Он не годится для последующего использования, поэтому, как правило, вывозится за пределы стройплощадки.

Следующий шаг – отработка плотных слоев земли, которые сгружают по периметру выемки с 2–3 сторон. Это материал для засыпки подошвы фундамента и образовавшихся пазух после завершения бетонирования. Повторно проверяют высотные отметки, используя нивелир и рейку.

После выполняют ручную зачистку дна от разуплотненного грунта, трамбовку посредством виброплиты, прокладывание пласта планировочного материала, лучше всего – щебня.

Важный момент – выравнивание и укрепление откосов. Необходимость этих мероприятий напрямую зависит от степени плотности почвы и так называемой призмы обрушения. Суглинки, глинистые и лессовые отложения позволяют сделать почти вертикальные откосы с крутизной 75–90⁰. А вот во влажных или песчаных грунтах угол наклона может составлять 45⁰. Крепят стены котлована с использованием деревянных или металлических стоек, распорок, досок.

Наиболее подходящее время для рытья котлована – первая половина лета. В этот период грунтовые воды отходят на глубину и не будут мешать работе. В дождливых регионах надо не забыть подготовить приямок для сбора осадков.

Особенности рытья

Рытье котлована осуществляется с особой осторожностью. Если грунт состоит из гравия и песка, то минимальная закладка должна быть равна 100 см. Углубиться предстоит на 125 см, если работать вы будете с супесчаной почвой. Глина и суглинки предполагают углубление на 150 см. Плотный грунт предусматривает наличие более глубокого фундамента, который закладывается на 2 м.

Для того чтобы исключить осыпание почвы, необходимо обеспечить уклон на стенах. Если высота стен фундамента будет равна примерно 150 см, то необходимо применить следующие значения. Когда работа осуществляется на песчаной почве, то уклон должен быть равен 60°. При уклоне почвы в 45° соотношение будет равно один к одному. Иногда разработка и устройство котлована предполагают работу на почве с большим количеством супесей. При этом уклон достигает 75°, а соотношение будет равно 1 к 1/4. Когда работать предстоит с глинистой почвой или той, что имеет высокую твердость, то соотношение будет равно 1 к 0 при уклоне в 90°.

Перед началом заливки для исключения сползания грунта необходимо использовать опоры из дерева. Соорудить их самостоятельно очень просто. Важно предусмотреть процесс засыпки пазух. Он является важным, так как проводится при минимальном давлении грунта. Засыпка осуществляется постепенно, материал при этом хорошо уплотняется. Оптимальная толщина каждого слоя при засыпке равна 20 см. Уплотнение грунта следует осуществлять ручным способом.

Отмостка должна изготавливаться от начала уплотнения. Важно позаботиться о наличии гидроизоляции котлована, что делается ещё до начала установки опалубки. Для этого обычно используется рубероид или материал из асбестоцемента.

Открытый способ строительства глубоких котлованов

Технология строительства открытым способом заключается в устройстве котлована на полную глубину с последующим возведением конструкций подземной части здания или сооружения обычным способом снизу-вверх (см. рис.1.).

Технология устройства котлована открытым способом состоит из следующих основных этапов:

Устройство ограждения.
Поярусная разработка грунта в котловане с устройством при необходимости креплений ограждения котлована.
Возведение непосредственно здания или сооружения.

Рис.1. Открытый способ устройства котлована: 1 — ограждение котлована; 2 – распорки; 3 – возводимое здание.
В качестве крепления вертикальных стен котлована применяются:

распорные крепления,
подкосные крепления,
анкерные крепления
консольная заделка в грунт
комбинированные варианты.

Распорное крепление ограждения котлована (см. рис.2.) заключается в установке горизонтальной конструкции в один или несколько ярусов, которые воспринимают горизонтальные нагрузки от ограждения котлована. Распорные элементы изготавливают в основном из металла, а в узлах стыковки распорок с ограждением устраивают металлический или железобетонный распределительный пояс, для того чтобы на ограждение не передавалась сосредоточенная нагрузка. Горизонтальные распорные конструкции в основном применяются как временные на период строительства с последующим демонтажем, но также могут быть включены в состав железобетонных перекрытий подземных частей зданий или сооружений. К недостаткам распорного метода относится сложность разработки грунта (распорки создают помехи строительной технике) и ограниченная ширина котлована (высокая материалоемкость).

Рис.2. Распорное крепление ограждения котлована: 1 — ограждение котлована , 2–распорки

Подкосное крепление применяют для крепления ограждения стен широких котлованов для снижения материалоемкости. Подкосы могут быть установлены в один или несколько рядов. К недостаткам подкосов относится сложность разработки грунта вблизи подкосных креплений

Наиболее удобное крепление ограждения котлована при разработке грунта являются анкерное крепление в грунт (см. рис. 3.). Грунтовые анкера воспринимают нагрузки от ограждающих конструкций и передают их на грунтовый массив в качестве выдергивающих усилий. Грунтовые анкера бывают как временными (на период строительства) так и постоянными (часть ограждающей конструкции на весь срок эксплуатации).

Рис.3. Анкерное крепление ограждения котлована: 1 – ограждение котлована, 2 – анкера

Достоинство применения грунтовых анкеров:

не мешает разработке грунта;
возможность разработки котлованов без ограничения по ширине;
меньшая материалоемкость, по сравнению с распорными конструкциями.

Однако существуют значительные недостатки применения грунтовых анкеров в плотных городских условиях:

сложность выполнения инженерно-геологических изысканий за границами строительной площадки, под существующими зданиями и запрет владельцев существующей застройки применять анкеры под зданиями;
близкое расположение инженерных коммуникаций и фундаментов соседних зданий, что затрудняет качественное устройство анкеров;

Консольная заделка в грунт применяется в неглубоких котлованах и при невозможности установки распорных, подкосных и анкерных креплений. Заделка в грунт осуществляется непосредственно ограждающей стеной котлована, а так же устройством дополнительных свай, которые воспримут часть или всю горизонтальную нагрузку (позволяет уменьшить поперечное сечение и глубину погружения ограждающей стены).

Также возможно применение технологии «jet-grouting», с помощью которой создают плиту по дну котлована, которая играет роль распорной конструкции и противофильтрационной завесы. Устройство плиты «jet-grouting» осуществляется до начала разработки грунта в котловане путем нагнетания на необходимую глубину цементного раствора под высоким давлением, в результате чего образовывается горизонтальная плита из секущихся грунтоцементных колонн (см. рис.4.).

Рис.4. Плита «jet-grouting»:1 — ограждение котлована, 2 – плита «jet-grouting»

Полузакрытый способ строительства глубоких котлованов

Комбинированный способ строительства глубоких котлованов

Состав ПОС по пост. 87

Список использованной литературы:

Кнаупе В. Устройство котлованов и водопонижение
Тетиор А.Н., Логинов В. Ф. Проектирование и строительство подземных зданий и сооружений.
Руководство по комплексному освоению подземного пространства крупных городов, Москомархитектура, 2004..
Картозия Б.А., Федунец Б.И. , Шуплик М.Н. и др. Шахтное и подземное строительство.
Петрухин В.П., Колыбин И.В., Разводовский Д.Е. Ограждающие конструкции котлованов, методы строительства подземных и заглубленных сооружений

Типовая технологическая карта на работу над котлованом

ТТК на устройство котлована составляется в момент проектирования здания. Если работы проводятся в мокрых грунтах второй группы, то глубина залегания может быть равна пределу от 2,5 до 9,1 м. Работы лучше осуществлять в летнее время. При составлении разбивочного чертежа необходимо нанести отметки дна котлована. Данные чертежа переносятся на обложку, которая имеет в составе столбы, прочно закопанные в землю. К ним прибивают доски, установленные на ребро с внешней стороны.

При разбивке котлована для больших фундаментов определяется контур на местности и на углах устанавливается обноска. Между противоположными обносками натягивается проволока. На обносках указывается глубина котлована. Перед началом рытья траншеи или котлована с откосами вешки устанавливаются от оси и вдоль бровок.

Если использовать одноковшовый экскаватор, то по мере увеличения плотности почвы производительность будет снижаться. Она зависит ещё и от способа разработки грунта. На этот показатель влияет еще и вместимость ковша. Производительность экскаватора повышается, если угол поворота стрелы будет уменьшен.

Экскаватор должен располагаться на рабочем месте, которое называется забоем. Его формы и геометрические размеры будут зависеть от оборудования и параметров, а также видов транспорта и размеров выемки. Устройство котлованов в грунтах, которые имеют повышенную влажность, предусматривает расположение транспортных средств и экскаватора таким образом, чтобы средний угол поворота оборудования от места заполнения ковша до места выгрузки оказался минимальным. Это требование обусловлено тем, что на поворот стрелы расходуется примерно 70 % рабочего времени цикла.

Особенности крепления котлованов

Устройство и крепление котлованов проводятся в обязательном порядке, если глубина залегания основания для крупнообломочной почвы составляет больше 1 м. Для грунтов высокой плотности этот параметр равен 2 м. Если вышеуказанная глубина не превышена, но работа осуществляется во влагонасыщенной почве с высоким уровнем грунтовых вод, то укрепление котлована в области откосов проводится в обязательном порядке.

На сегодняшний день известно два метода укрепления откосов, первый предполагает создание ограждающих шпунтовых сооружений, тогда как второй — отдельное укрепление с цементацией стенок. Для крепления используют не только шпунты, но и трубы. Наиболее надежный способ – это цементация откосов, но данный метод имеет один важный недостаток, который выражен в высокой стоимости.

Метод используется в тех случаях, когда соседние здания располагаются слишком близко, чтобы исключить вибрационное воздействие. Для этой цели можно использовать ещё и бурение с погружением свай шпунтового ограждения. Этот метод сводит к минимуму вибрации при погружении опор. Для укрепления откосов в некоторых случаях использование шпунта практичнее, чем цементация. Это обусловлено тем, что шпунтовые сваи после завершения работы можно извлечь и использовать повторно.

Крепление стен котлована

Крепление вертикальных стен выполняется при строительстве котлованов в неплотных и водонасыщенных грунтах. Крепление защищает не только от обрушения стен выемки, но и препятствует смещению грунта под весом соседних зданий, оберегает их основания от деформаций.

Применяются следующие технологии укрепление стенок:

Шпунтирование — шпунтовое ограждение котлована из металлопроката: из труб, с забиркой из доски либо без неё,
прокатного профиля, с забиркой либо без неё,
специализированного шпунта Ларсена.

Железобетонными конструкциями:

бурокасательные и буросекущие сваи,

стена в грунте.

Все приведённые технологии применяются до рытья котлована. Заглубление ограждения выполняется по периметру выемки строго согласно технологической карты. В определённых условиях выполняется предварительное бурение скважин: обеспечение вертикальности погружения, снижение вибрационных воздействий через грунт на основания близко расположенных сооружений при забивке.

Шпунтовое ограждение из труб с обвязочным поясом из металопроката

Самым ресурсосберегающим методом является погружение шпунта из труб. Этот материал дёшев и обладает высокой оборачиваемостью, то есть возможностью многократного использования. Погружение труб выполняется забивкой копром с дизель-молотом или гидравлической копровой установкой, а также с помощью вибропогружателя. Альтернативный способ — погружение с помощью свайной буровой установки методом вдавливания и ввинчивания.

Забирку устраивают в случае критичного просыпания породы между шпунтинами, из доски толщиной 40-50 мм.

Ограждение котлована из шпунта Ларсена

При необходимости мер водопонижения применяют шпунтовое ограждение из шпунта Ларсена. Каждая из таких шпунтин имеет корытообразный прочный профиль и замковые пазы для жёсткой связи друг с другом. Таким образом можно сформировать прочную и герметичную стену сколь угодно большой длины. Погружение выполняется забивкой или вибропогружением. Шпунт Ларсена, также, как и трубы и прокатный профиль, обычно извлекают после завершения строительства, обратной засыпки, и используют повторно уже на других объектах. Иногда его не извлекают, и тогда ограждение устраивают из специального оставляемого профиля.

Крепление стенок котлована железобетонными конструкциями обеспечивает высокие механические и водоизолирующие свойства будущего основания сооружений. Они также могут служить фундаментом и одновременно стенами подземной части здания.

Крепление стен котлована буросекущими сваями и грунтовыми анкерами

Бурокасательные и буросекущие сваи выполняются методом бурения, армирования и бетонирования диаметром от 400 до 1500 мм глубиной до 45 м. Сначала по периметру котлована подготавливается форшахта — небольшая укреплённая траншея-кондуктор. В ней бурятся нечётные скважины с шагом 0,9 диаметра между боковыми краями скважин. Заполняют бетонной смесью. К тому моменту, когда начинают бурить чётные скважины бетон уже схватился и шнек буровой установки сечёт две соседние нечетные сваи, выполняя скважину для чётной между ними. Затем в скважину погружают заранее подготовленный армирующий каркас, сваренный из специального армирующего прута и проволоки, и бетонируют. В итоге после застывания бетона получается очень прочная монолитная железобетонная стена. На следующем этапе происходит рытьё котлована уже с готовым креплением ж-б стеной.

Технологическая схема устройства стены в грунте, и последующей разработки котлована

Технология «Стена в грунте» обеспечивает высокопрочное ограждение и крепление стен котлована толщиной от 300 до 1200 мм, и глубиной до 60 м. Применяется сложная спецтехника — грейферная установка. Грейфер представляет собой узкий, на ширину стены двухковшевый землеройный инструмент, погружаемый в грунт на жёсткой штанге или подвесе, с гидравлическим или полиспастным приводом. Разрабатываемая траншея защищается от обвала глинистым бентонитовым раствором. По достижении проектной глубины в неё погружается армокаркас и заливается бетон, который вытесняет глинистый раствор, который в свою очередь собирается в резервную ёмкость для дальнейшего использования. Разработка ведётся участками (захватками) через одну. Второй очередью разрываются промежуточные захватки и получают монолитную стену. После того, как бетон наберёт прочность можно проводить копку котлована.

Особенности устройства фундамента

Устройство котлована (СНиП 3.02.01-87 регламентирует этот процесс) после завершения данного этапа предусматривает закладку основания. Если речь идёт о ленточной конструкции, то на дно котлована укладывается подушка, которая будет обеспечивать надежность, долговечность и прочность здания. В качестве неё выступает бой кирпича, щебень или песок. Можно использовать еще и гравийную подушку. Ее толщина составляет 200 мм или больше.

Если речь идет о песке, то для его уплотнения используется холодная вода. Сверху закладывается щебень или бой кирпича. Верхний слой подушки должен получиться максимально ровным, для проверки этой характеристики нужно использовать уровень. Закладывая подушку, вы должны обеспечить гидроизоляцию, для того чтобы при затвердевании бетона влага сохранялась максимально долго.

Устройство фундамента в котловане на следующем этапе предполагает установку опалубки и заливку бетона. Однако для начала необходимо осуществить армирование. Опалубка выполняется из досок или металлического профиля. Можно использовать любые подручные средства, главное, чтобы поверхность изнутри была ровной, ведь это скажется на внешнем виде бетонной конструкции.

На этом этапе предусматриваются отверстия, например под водопровод, вентиляцию и канализацию. Для этого в указанных местах перед заливкой устанавливаются трубы соответствующего диаметра. Заливка бетона выступает в качестве заключительного этапа. Для этого подготавливается раствор из цемента, щебня и песка. Рекомендуемые пропорции: 1: 3: 3.