6.2. Металлическое шпунтовое ограждение
Ограждение из металлического шпунта устраивают при глубине погружения в грунт более 6 м, а также при меньших глубинах в плотных глинистых и гравелистых грунтах или при глубине воды в реке более 3 м. Стальной шпунт - инвентарное имущество, после устройства фундамента его извлекают для повторного использования [8].
Отечественные заводы прокатывают стальной шпунт длиной от 8 до 22 м. При необходимости шпунтины можно наращивать, перекрывая стыки накладками длиной не менее 600 мм со сварными или болтовыми соединениями, и доводить их длину до 35–40 м. Совпадение и прямолинейность замков наращиваемых шпунтин обеспечивают установкой на время устройства стыка отрезков шпунта длиной по 2–3 м, которые заводят в оба замка соединяемых шпунтин.
Для ограждения котлованов (рис. 6.4) используется главным образом шпунт корытного профиля (ШК-I, ШК-2). При больших нагрузках целесообразно использовать шпунт типа Ларсен IV и V. Шпунт плоского профиля (ШП-1 и ШП-2) следует применять преимущественно для образования цилиндрических стенок ограждения искусственных островков. Геометрические характеристики прокатных шпунтовых профилей применяемых в мостостроении приведены в приложении 8 [8].
Рис. 6.4. Профили стальных прокатных шпунтов:
а - плоский; б - корытный; в - типа "Ларсен"; г - угловая шпунтина
Замки, которыми шпунтины соединяются между собой, обеспечивают работу шпунтовой стенки на растяжение и делают возможным применение стального шпунта в самых разнообразных условиях.
На суше, а также при небольшой глубине воды в русле реки стальной шпунт погружают в направляющих схватках, закрепленных на маячных сваях (рис. 6.5).
В отличие от конструкции деревянного шпунтового ограждения маячные сваи забивают не только с наружной, но и с внутренней стороны ограждения. Для обеспечения вертикального и устойчивого положения набранной шпунтовой стенки, схватки располагают по высоте в два яруса. Зазор между схватками обеспечивается временными деревянными прокладками.
Конструкция ограждения без креплений в виде свободно стоящих стенок целесообразна только для неглубоких котлованов.
В ограждениях с внутренними распорными креплениями количество ярусов креплений назначают по условиям прочности шпунта и его устойчивости. При размещении ярусов необходимо исходить из условий наилучшего использования материала шпунта. Элементы креплений должны быть удобны для их монтажа.
По внутреннему контуру ограждения прямоугольного очертания устанавливают горизонтальные пояса (обвязку) которую раскрепляют системой поперечных распорок и угловых подкосов. Расстояние между распорками креплений назначают с учетом принятого метода разработки грунта и вида применяемых механизмов. Установку креплений необходимо производить по мере углубления котлована (в процессе водоотлива и разработки грунта).
Рис. 6.5. Конструкция стального шпунтового ограждения:
1 - маячные сваи; 2 - направляющие схватки; 3 - угловая шпунтина;
4 - уголковая накладка; 5 – стальной шпунт; 6 – прокладка
Для упрощения и значительного облегчения распорных креплений, взамен прямоугольных в плане ограждений целесообразно применять цилиндрические с устройством кольцевых поясов-обвязок без поперечных распорок.
При устройстве замкнутых в плане ограждений погружение шпунта следует производить, как правило, после предварительной его сборки и полного замыкания.
До начала погружения стального шпунта проверяют правильность и прямолинейность его замков, протаскивая по ним шаблон из обрезка шпунта длиной 2 м. Концы шпунтин обрезают строго перпендикулярно к их продольной оси. Замки смазывают солидолом. Смазка улучшает погружение и извлечения шпунта, а также повышает водонепроницаемость замков. В практике для этой цели часто применяют смазку из отработанного машинного масла с загустителем из сухого глинистого порошка.
Для удобства работ по набору шпунтовых стенок и их погружению, шпунтины предварительно объединяют в пакеты.
Количество шпунтин в пакете назначают в зависимости от типа шпунта, мощности грузоподъемного и погружающего оборудования, грунтовых условий. При вибропогружении пакет обычно составляют из 2–11 шпунтин, а при забивке от 2 до 4-х. Пакеты из отдельных шпунтин набирают в горизонтальном положении на стенде с помощью лебедок. Шпунтины в пакете объединяют прерывистым сварным швом. В пакете вырезают отверстия для строповки и крепления наголовника. В качестве одного из мероприятий по устранению веерных отклонений стального шпунта в плоскости шпунтовой стенки, обусловленных разными сопротивлениями погружаемых шпунтин, низ переднего по ходу погружения замка шпунтины (пакета) закрывают стальной пробкой (заглушкой), что при погружении предохраняет его от заполнения грунтом и одновременно создает восстанавливающий момент шпунтине.
Угловые шпунтовые сваи составляют из двух целых шпунтин или одной разрезанной вдоль и соединенной уголковыми накладками шпунтины. Резку шпунтины во избежание ее коробления выполняют отдельными участками длиной по 0,8–1 м, оставляя между ними свободные пространства такой же длины, на которых делают рез во вторую очередь.
Порядок погружения стального шпунта должен обеспечивать замыкание всех шпунтин по всему периметру ограждения. Для этого его погружают захватками, на которых предварительно полностью выставляют шпунт. Захватка может включать стенку между маячными сваями, по всей длине стороны или по всему периметру прямоугольного ограждения. Набор стенки начинают с установки и частичного погружения угловой шпунтовой сваи, после чего устанавливают рядовые шпунтины или пакеты. На каждой захватке шпунт погружают последовательными периодическими поступательно-возвратными проходками от конца захватки к ее середине и обратно таким образом, чтобы разница в отметках низа соседних шпунтин (в том числе и на границах с соседними захватками) в зависимости от степени трудности погружения (тяжелой, средней и легкой) соответственно не превышала следующих значений: для плоского шпунта – 0,5; 1,0 и 2,0 м; для других профилей – 1,5; 3,0 и 5,0 м.
При погружении первых шпунтин (пакетов) необходимо обеспечить строгую вертикальность их положения. Проверку производят в двух плоскостях по отвесу. В процессе дальнейшего погружения проверку проводят не реже чем через 5 шпунтин. Для предотвращения веерности молот или вибропогружатель рекомендуется устанавливать со сдвижкой от центра тяжести погружаемой шпунтины (пакета) в сторону противоположную отклонению на 10–20 % ее ширины. При небольших отклонениях веерность можно устранить оттяжкой шпунтин в процессе погружения. Если веерность невозможно выправить погружают изготовленные на месте клиновидные шпунтовые сваи. В случае наклона шпунтовой стенки (ухода из створа) его устраняют в процессе погружения последующих шпунтин посредством отклонения в противоположную сторону несущего троса крана поддерживающего вибропогружатель или направляющую молота, или усилием оттяжек.
Для уменьшения риска повреждения шпунта и его замков забивку молотами одиночного действия следует прекращать при отказах менее: для плоского шпунта - 1,5 см; для других видов шпунта – 1,0 см.
Верх шпунтового ограждения должен быть на 0,2–0,4 м выше максимально возможного уровня грунтовых вод (в случае устройства комбинированного котлована - до уровня грунтовых вод котлован с откосами, а ниже с креплением боковых стенок) и не менее чем на 0,7 м выше принятого рабочего уровня воды в реке. За рабочий уровень воды принимают возможный уровень повторяемости один раз в десять лет, определяемый по гидрогеологическим данным за период производства работ в котловане.
Глубину погружения шпунта в грунт определяют из условий устойчивости шпунтовой стенки против ее опрокидывания и устойчивости грунта против выпирания в котлован при водоотливе. Во всех случаях величина погружения шпунта ниже дна котлована должна быть не менее 1 м в связных, крупнопесчаных и гравелистых грунтах. В мелкопесчаных и плывунных грунтах эту величину принимают не менее 2 м - исходя из условия предотвращения возможности выноса (наплыва) грунта в котлован при откачивании из него воды.
Водонепроницаемость стального шпунта обеспечивается заиливанием замков, а также конопаткой их по мере удаления грунта и воды из котлована. Конопатку выполняют паклей пропитанной маслом или битумным лаком. Чтобы ускорить заиливание не законопаченных замков во время откачки воды из котлована, снаружи ограждения засыпают формовочную землю; смеси опилок и песка; опилок, шлака и глинистого порошка и пр.