Кнаупе - Устройство котлованов и водопонижение

Кнаупе В. Устройство котлованов и водопонижение / Пер. с нем. М.Ф- Губина; Под ред. В.Н. Бурлаков, В.В. Сорокина- - М.: Стройиздат, 1988. — 376 с.,ил.-

В книге автора из ГДР на практических примерах  рассмотрены вопросы устройства котлованов, их крепления и защиты от воздействия грунта и воды. Особое внимание уделено анализу гидродинамических воздействий потоков грунтовых и  фильтрационных вод. Приведены варианты крепления котлованов и  способы устройства водоотливов. Книга содержит обширный справочно-расчетный материал.

Для научных и инженерно-технических работников  научно-исследовательских и проектных организаций. Табл. 35, ил. 281, список лит.: 232.

Рецензент - канд. техн. наук Ю.А. Багдасаров

© Перевод на русский язык, Стройиздат, 1988

ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

Решение вопросов жилищного и промышленного строительства, а также реконструкции старых сооружений, включая транспортные узлы и техническое обеспечение, требует комплексного подхода.  Значительная часть средств, выделенных на транспортное строительство,  затрачивается на крепление стенок котлованов и водопонижение, так как геологические, гидрогеологические и другие условия часто требуют применения сложных технико-конструктивных и технологических решений.

Инженер-строитель как во время подготовки, так и в процессе  производства работ ниже отметки поверхности земли несет болыпую  ответственность, так как от выбора приемлемого решения зависит не только эффективность строительного процесса, как, например, выемка грунта или водопонижение, но также безопасность и эффективность производства работ в целом.

Задача настоящего издания заключается в изложении практических вопросов, возникающих при сооружении котлованов и их закреплении от давления грунта и прорыва грунтовых вод. В книге приводятся  практические, технологические и конструктивные решения по закреплению откосов и стенок котлованов, а также рассматриваются вопросы  производства работ, водопонижения и водоудаления, их технологии.

На основе предложенных конструктивных решений стенок и  описанных методов водопонижения можно решать вопросы сооружения малых и средних котлованов, не вдаваясь в сложные теоретические проблемы. Расчет устойчивости стенок котлованов болыпих размеров в сложных грунтовых условиях требует привлечения дополнительных материалов. Особое внимание уделено возможным гидродинамическим явлениям, возникающим при выемке грунта. Подробно рассматриваются явления выпора грунта и гидравлического его разрушения, при этом  предлагается новый метод расчета. При изложении данных вопросов автор  исходил из того, что болыпинство котлованов сооружается в рыхлых  грунтах. Поэтому вопросы устройства котлованов в прочных скальных  грунтах не рассматривались. Необходимо отметить, что автор использует термин "рыхлые грунты" вместо все еще употребляемого термина "грунтовой материал".

Вопросы технологии производства земляных работ и закрепление стенок котлованов рассматриваются совместно. Более подробно  вопросы технологии производства земляных работ будут изложены в  специально посвященной этой теме книге. Предлагаемая книга предназначена проектировщикам для решения технических и технологических вопросов, возникающих при  проектировании и сооружении котлованов, технологам в качестве справочного издания и студентам. Она является продолжением ранее выпущенной книги "Котлованы и водоудаление".

Автор благодарит проф. канд. техн. наук Э. Накеля за помощь в  написании гл. 6, а также проф. д-ра техн. наук П. Бипьца и  дипломированного инженера К,Х, Филарета за ценные замечания.

Автор благодарит издательство "Ферлаг фюр Баувезен" за оформление и издание этой книги, Лепциг, май 1978 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

Первое издание настоящей книги было полностью реализовано в течение нескольких месяцев. Это свидетельствовало о потребности в литературе подобного рода и привело к тому, что издательство и автор решили выпустить в наиболее короткий срок второе издание данной книги. Новое издание не претерпело принципиальных изменений, но было значительно расширено и дополнено. Автор выражает надежду, что и второе издание будет способствовать распространению новых знаний, рекомендаций и указаний.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ И РАСЧЕТОВ

Котлованы представляют собой выемки, выполненные в мягких или прочных скальных грунтах и предназначенные для различных  строительных целей, — расположения фундаментов сооружений, образования рабочих поверхностей для установки конструкций или прокладки  подземных туннелей для выполнения различных работ. Котлованы в основном должны быть сооружены таким образом, чтобы устойчивость откосов или стенок, несущая способность их  оснований и отвод грунтовых вод были обеспечены на все время производства строительных работ.

При выполнении работ под водой должны быть выполнены различные специальные защитные и другие мероприятия. Сооружение котлованов представляет собой относительно  самостоятельный вид строительных работ, которые выполняются в  различных геологических и гидрогеологических условиях, что требует также применения различных способов крепления откосов.

1.1. НАЗНАЧЕНИЕ КОТЛОВАНОВ

Назначение котлованов заключается в восприятии нагрузок,  возникающих от всех выше расположенных конструкций или сооружений. Кроме того, в процессе их сооружения и защиты от грунтовых вод должна быть обеспечена безопасность проведения всех строительных работ ниже отметки поверхности земли.

Конструкции крепления стенок или откосов котлованов должны воспринимать все нагрузки от давления грунта и грунтовых вод и защищать его от их оползания или обрушения и затопления. Как  правило, котлованы выполняются открытым способом и имеют  естественные необлицованные откосы (рис. Ы) или облицованы и защищены стенками (рис. 1.2), а в отдельных случаях могут выполняться  подземным способом. Способ сооружения и конструктивное решение  крепления стенок зависят от гидрологических и технологических условий, что приводит к необходимости отыскания наилучшего из возможных вариантов.

Основными факторами, влияющими на конструкцию котлована,  являются :

геометрические размеры конструкции, для которой сооружается котлован;

глубина выемки;

геологические и гидрологические условия;

технология выполнения земляных и строительных работ по  сооружению основания;

местные условия;

возможная продолжительность его сооружения;

имеющееся строительное оборудование.

Котлованы должны сооружаться с учетом вышеперечисленных  факторов и исключением возможности обрушения откосов, разрушения основания котлована, возникновения плывунных выносов и прорыва грунтовых вод.

Крутизна откосов котлована должна быть определена расчетом с  учетом геологических условий или по технологическим условиям. Устойчивость откосов должна быть обеспечена конструктивными мерами или инженерно-биологическими методами, или путем соответствующего профилирования и бермами.

Котлованы для большого числа близко расположенных фундаментов с сильно различающимися размерами по технологическим причинам обычно объединяются и представляются как единый объем, поскольку в этом случае их стоимость с учетом применяемой техники по выемке грунта может быть значительно снижена.

В промышленном и жилищном строительстве чаще всего  применяются относительно узкие фундаменты. К ним относятся:

фундаменты для отдельно стоящего здания или ленточные;

фундаменты, имеющие многочисленные прямые углы;

отдельно стоящие бетонные свайные фундаменты малоэтажного строительства (рис. 1.3);

фундаменты, выполняемые в виде стенок различной длины (рис. 1.4);

фундаменты, выполняемые в виде стенок-прорезей;

свайные фундаменты (рис, 1.5),

Выемку грунта при сооружении отдельных фундаментов  (сооружений) , свайных или траншейных фундаментов в целях уменьшения  объема обычно производят при помощи гидравлически управляемых  экскаваторов (с ковшом на гибкой подвеске). Аккуратное выполнение работ подобными машинами позволяет получать выемки относительно небольших размеров. Так как при выполнении земляных работ  приходится одновременно выполнять ряд других, например, облицовку для укрепления стенок котлованов или траншей, уплотнение грунта и др., то при проектировании должны учитываться все необходимые этапы  работ с целью обеспечения максимальной экономии.

Некоторые примеры выполнения работ по сооружению фундаментов приведены на рис. 1.6. При проектировании котлованов необходимо учитывать, что при выборе способа производства работ учитывается последовательность выполнения всех этапов. Выбранный способ крепления откосов котлована влияет на ход выполнения последующих  этапов работ вплоть до их полного окончания. Например, крепление стенок котлована инъекционными анкерами может позволить выполнить  земляные, бетонные и монтажные работы более удобными и эффективными способами, чем в случае применения обычных подпорных стенок или обшивки. Кроме того, местные условия, как, например,  гидрогеологические условия или стесненность при выполнении работ по  реконструкции, необходимость сокращения времени выполнения работ и экономии рабочей силы, степень механизации работ должны также учитываться при выборе типа котлована под фундамент и способа крепления его откосов. Оптимальный способ крепления откосов или стенок котлована зависит также от результатов статического расчета и конструктивного решения вопроса с учетом технологического процесса создания  котлована под фундамент.

1.2. ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ КОТЛОВАНОВ

Горизонтальные и вертикальные размеры котлованов  определяются с учетом их назначения, применяемых механизмов и технологии их сооружения. При определении размеров необходимо установить следующие размеры котлована: поперечное сечение, его глубину, заложение откосов боковых поверхностей, создание боковых берм, наличие и  размеры уступов в поперечном сечении.

Размеры котлованов определяются не только в зависимости от  геометрических размеров необходимых фундаментов, но также с учетом способа производства работ, необходимого пространства для их  выполнения, места для размещения машин и механизмов, с учетом  пространства, занимаемого конструкциями крепления стенок котлована и  размещения при необходимости установок для осуществления водопонижения. Ширина пространства, необходимого для производства работ, обычно определяется технологическими условиями. Минимально  необходимая ширина технологического пространства приведена в табл. 1.1 [211]. В качестве пространства, необходимого для выполнения работ, является (рис. 1.7):

в котловане с облицованными или необлицованными стенками -  расстояние между стенкой или подошвой откоса и внешней стороной сооружаемого фундамента (например, стенки, возводимой в опалубке).

в котлованах с подпертыми стенками ~ расстояние между внешней деталью стенок и сооружаемым фундаментом.

Минимально необходимая рабочая ширина котлована может быть уменьшена в исключительных случаях. Ширина траншеи по дну определяется как сумма ширины  сооружаемого фундамента с учетом установки опалубки к удвоенной  минимально необходимой рабочей ширины обшивки или стенок котлована. 

Минимальные размеры по ширине в этом случае определяются по табл. 1.2. В случае появления каких-либо дополнительных условий и размеров ширина котлована должна быть увеличена [211].

Если в котловане предусмотрено размещение многочисленных  коммуникаций (трубопроводов, шлангов и др.), то при определении рабочей ширины должны учитываться их размеры и необходимые для их  укладки проходы [219].

При определении рабочей ширины многоярусных котлованов (рис. 1,8) необходимо учитывать условия образования рабочих зон на  площадках каждого яруса. Глубина выемки определяется функциональным назначением котлована, геомеханикой основания и глубиной  промерзания грунта в зимний период. При этом необходимо учитывать  следующие обстоятельства (рис. 1.9,й): глубина котлована Tg определяется как разница отметок  естественной поверхности земли и дна котлована;

глубина выемки грунта под котлован определяется как разность отметок поверхности строительной площадки дна котлована;

глубина заложения подошвы фундамента с внешней стороны  здания Uq есть разность отметок свободной поверхности земли после окончания строительства с учетом защиты от температурных влияний под подошву фундамента;

глубина заложения подошвы фундамента изнутри здания— это минимальное расстояние между отметками пола подвального  помещения и подошвы фундамента [209].

Значение глубины котлована от поверхности строительной площадки определяется и должно удовлетворять условиям, приведенным в [209].

1.3. РАЗБИВКА КОТЛОВАНОВ

Разбивочные размеры для ограничения размеров котлована  определяются на основании технического и технологического проекта его  сооружения и изображаются на разрабатываемом плане. При помощи этого плана, производятся, во-первых, определение количественных данных, и, во-вторых, подготовительные работы для выполнения  работ по сооружению котлована, и поэтому он должен содержать  следующие детализации: план и поперечный разрез котлована со всеми входящими  дополнительными деталями, как, например, подъездными дорогами, траншеями для водоотлива и водоотвода и др.;

осевые линии строящегося фундамента как исходные данные для определения размеров котлована;

геологические и гидрогеологические условия в месте устройства котлована;

план существующих коммуникаций, установок, сооружений и др.;

тип сооружаемого котлована, наличие грунтовых вод;

привязка осей сооружаемого фундамента, расположение привязочных реперов и осевых линий фундаментов.

Осевые линии стенок котлована в соответствии с планом с  помощью привязочных точек размечаются на местности шнурами, так как обычно при непосредственной разметке на местности в  дальнейшем происходит перенос намеченных осей в связи с разрушением  реперов. Осевые линии сооружаемых фундаментов во многих случаях  размечаются при помощи шнуров, протягиваемых вдоль их оси. Конструкция для закрепления осей может располагаться как за пределами, так и в пределах котлована, как это показано на рис. 1.10. Осевые линии  отмечаются на закрепленных на столбах горизонтальных досках по углам котлована.