Подготовка котлована и возведение фундаментов

Планировка территории на месте возведения фундамента сооружения должна удовлетворять следующим основным требованиям:
а) кубатура земляных работ при планировке площадки, как правило, должна быть наименьшей;
б) площадка не должна затопляться поверхностными и грунтовыми водами;
в) к объекту работ должны быть обеспечены удобные подходы для применяемого в данных условиях транспорта.

Разбивка работ заключается в переносе на местность с рабочих чертежей контуров котлована и фундаментов, в плане и вертикальном сечении. Абсолютная отметка основного репера проверяется несколько раз нивелировкой от другого постоянного репера. Вспомогательные реперы размещаются по строительному участку для удобства работ.

Главной осью моста на железнодорожной линии является ось земляного полотна. Для гражданских сооружений главная ось разбивается от красной линии. Главная ось закрепляется на месте вспомогательными вехами или специальными скамейками, устанавливаемыми вне пределов сооружения.

После закрепления на месте главной оси производят разбивку второстепенных осей, предварительно тщательно промеряя расстояние между ними с точностью до 1/10 000 / 1/2 500 измеряемой длины.

Обноска представляет собой ряд опорных линий, вынесенных за пределы сооружения, для привязки к ним разбивки котлована и фундамента. Опорные линии обноски устраиваются на расстоянии 1,5 — 2,0 м от предполагаемой границы котлована. Обноска состоит из ряда скамеек, установленных с разрывами; скамейки состоят из сваек диаметром 14/18 см, забитых в грунт на расстоянии 1,5/3,0 м одна от другой и возвышающихся над поверхностью последнего на 0,8/1,0 м. В верхней части сваек делается стёска вполдерева, к которой прибивается доска на ребро при строго горизонтальной верхней грани.

При помощи отвесов из кручёного шпагата или тонкого троса (весков) (фиг. 6) на местности отмечаются углы границ котлована, в которых устанавливаются колышки, а между ними натягиваются бечёвки, после чего рабочие приступают к выемке грунта. После выемки грунта до проектной отметки соответственно перемещают расчалки и в местах их пересечения прикрепляют отвесы, которые дают на дне котлована вершину и проекции углов подошвы фундамента. Разбивку осей моста лучше всего производить зимой по льду.

Фиг. 6. Схема разбивки

Разбивка осей мостов и их опор на реках, не покрытых ледяным покровом, производится при помощи триангуляции, при которой особенно большое внимание уделяется точности измерения базиса, производимого точной инварной лентой длиной в 20 м (см. ТСЖ, т. 2, раздел «Геодезия») или же проволокой прибора Едерина.

Если местность, где возводится сооружение не покрыто водой, а горизонт грунтовых вод расположен ниже отметки подошвы фундамента, то работы по устройству фундаментов сводятся к отрывке котлована и производству в котловане кладки фундамента.

Глубина котлована определяется отметкой заложения основания по проекту, а форма котлована в плане определяется: по низу — формой подошвы фундамента, а по верху — необходимостью некоторого уширения из условия устойчивости откосов котлована. Крутизну откосов котлованов для фундаментов при ускоренном производстве работ и грунтах нормальной влажности для случая незагруженного откоса принимают:

Если откос котлована оказывается очень пологим или площадка работ стеснена, то стенки котлованов крепят.

В более плотных глинистых грунтах при котлованах небольшой глубины до 2/3 м допускается устройство вертикальных откосов. Для взрыхления и подъёма грунта из котлованов применяются грейферы, подвешенные к станционным деррикам. Грейферы выбирают грунт как выше, так и ниже горизонта воды. Для выемки плывунов и иловатых грунтов применяются землесосы, пневматические и гидравлические эжекторы или другие специальные снаряды.

Применяются следующие основные типы крепления котлованов:
- распорные со сплошной забиркой и с забиркой с зазором;
- срубовые;
- забойные;
- анкерные;
- подкосные;
- обыкновенные шпунтовые;
- распорные шпунтовые;
- креплении смешанного типа.

Ниже приведены основные сведения по устройству креплений и ограждений. Более подробные сведения по некоторым видам конструкции приведены в ТСЖ, т. 4, раздел «Постройка мостов».

Распорные крепления со сплошной забиркой применяются в грунтах, которые сперва хорошо держат вертикальный откос при глубине котлована от 1,5 до 10 м. Такие крепления применяются лишь выше горизонта грунтовых вод (см. фиг. 7).

Фиг. 7. Распорные крепления

Порядок установки креплений следующий: первоначально устанавливаются вертикальные стойки на расстоянии 1,5—2,5 м одна от другой, расшиваемые временно досками. За стойки укладываются горизонтальные элементы забирки из горбылей, получистых досок и пластин. Затем между стойками устанавливаются распорки. В конце распорки должны иметь затёсанную фаску и под каждый конец распорки, упирающийся в соответствующую стойку, должна быть подведена «бобышка», прибиваемая к стойке двумя гвоздями.

При ширине котлована более 6 м устанавливаются промежуточные стойки, которые схватываются пластинами, идущими параллельно укрепляемым забиркой стенам котлована, причём распорки упираются одним концом в промежуточную стойку, а другим — в стойку, за которой расположена забирка.

Распорки делаются из брёвен диаметром 13/30 см и устанавливаются по расчёту, причём расстояние между ними по вертикали колеблется в пределах от 0,6 до 1,5м.

При проектировании креплений котлованов необходимо знать объёмный вес грунта, степень насыщения его водой, угол внутреннего трения грунта.

Допускаемое напряжение на изгиб для лесоматериала марки III принимается σ_u =150 кг/см².

Горизонтальные элементы забирки рассчитываются по формулам:
а) при определении толщины досок забирки

Стойки распорного крепления рассчитываются как балки, лежащие на нескольких опорах (распорках), причём стойка работает на активное давление грунта, передаваемое на неё забиркой. Распорки рассчитываются на сжатие на силы, равные опорным реакциям стойки под действием активного давления грунта.

Рекомендуется применять вместо деревянных стоек металлические двутавровые, которые забиваются в грунт. По мере откопки котлована сверху заводятся доски с опиранием их в полки двутавров, к которым прикрепляются деревянные рейки. Распорные крепления со сплошной забиркой применяются для грунтов 1-й и 2-й категории.

Распорные крепления с забиркой и зазорами 5—6 см применяются при грунтах 3-й категории при глубине котлованов до 5 м. При этом доски забирки соединяются в виде секций в щиты, которые распираются распорками.

Срубовые крепления применяются главным образом при копке глубоких котлованов прямоугольного сечения со стороной не более 6 м и делаются из брёвен диаметром 16/24 см, а также из досок с заводкой снизу или наращиванием сверху.

Забойные крепления применяются в песчаных грунтах, в сильно увлажнённых глинистых грунтах, а также при небольшом поступлении грунтовых вод и состоят из вертикальных элементов длиной 1,5/2,5 м, забиваемых с некоторым наклоном секциями, с последующей выборкой грунта.

Анкерные крепления (фиг. 8) устраиваются при широких котлованах при их глубине до 5 м, а также в тех случаях, когда нежелательно стеснять котлован распорками. При анкерных креплениях способы установки сваек остаются те же, что и при распорках, но вместо последних для оттяжки верха стойки применяются горизонтальные анкерные тяги, прикрепляемые к наклонно забитым свайкам на расстоянии от грани котлована не менее его глубины.

Фиг. 8. Анкерные крепления

Подкосные крепления применяются при ширине котлована более 6 м при устойчивых грунтах. В каждую стойку врубается от 1 до 3 подкосов. Подкосы создают затруднения при кладке.

Обыкновенное шпунтовое крепление из вертикальных элементов применяется для крепления стен котлованов при наличии грунтовых вод и состоит из маячных свай диаметром 18/30 см, направляющих схваток размерами не менее 14 X 14 см и шпунта. Размеры деревянных шпунтин приведены в табл. 9.

Таб. 9. Размеры шпунтин

При толщине шпунтин более 10 см их часто также делают составными из досок толщиной 2,5; 5,0; 7,5 и 10 см, скрепляемых по длине болтами соответственно диаметра 10; 13; 16 и 19 мм, устанавливаемых через 0,8/1,0 м со сшивкой досок в промежутках между болтами гвоздями в шахматном порядке через 0,4/0,5 м.

Составные шпунтины можно изготавливать любой толщины и длины; стыки применяются вразбежку со специальными накладками.

Применение башмаков для брусчатых шпунтов рационально лишь при наличии в грунте валунов, галечника и при забивке рядов в тяжёлые грунты.

Целесообразно шпунты изготовлять из сырого леса, а при его отсутствии сухой лес предварительно следует замачивать в воде. Подробнее смотри ТСЖ, т. 4, раздел «Постройка мостов».

Длину шпунтин назначают из условия, что остриё их в зависимости от рода грунтов должно находиться на расстоянии 1—3 мм ниже дна котлована.

При устройстве котлованов на местности, покрытой водой, устраивают двойные шпунтовые перемычки и расстояние между стенками назначают от 1,0 до 1,5 м в зависимости от глубины воды. Междустеночное пространство перемычки заполняют мятой глиной, а при отсутствии глины—тяжёлым суглинком.

Металлический шпунт имеет меньшую водопроницаемость по сравнению с деревянным, многократную оборачиваемость, а также может быть забит в мягкую скалу. В СССР прокатывается шпунт шириной 400 мм, весом 57,2 кг/пог.м с моментом сопротивления W = 492 см³, плоский шпунт шириной 323,8 мм, весом 63,6 кг/пог.м. Длина элементов шпунта доходит до 10 м. Металлический шпунт позволяет, благодаря устройству замка, осуществлять поворот смежных шпунтин в плане под углом 10 — 15° и даже 30°.

Распорные шпунтовые крепления применяются при наличии грунтовых вод для котлованов глубиной свыше 3 м. Установка распорок уменьшает глубину забивки маячных свай и шпунта примерно на 40 — 50% и значительно уменьшает толщину шпунтин.

Смешанные крепления устраиваются при низком расположении горизонта грунтовых вод, когда выше его делаются распорные крепления, а ниже—шпунтовые. При расчёте креплений допускаемое напряжение на изгиб для сосновых лесоматериалов марки III увеличивается на 60%, а при вторичном использовании — на 20%.

Для металлических анкеров допускаемое напряжение на растяжение принимается не более 900 кг/см³. При расчёте металлического шпунта на изгиб допускаемое напряжение принимается до 1 500 кг/см². Шпунт рекомендуется рассчитывать графоаналитическим методом.