Содержание
Физические основы и гидрогеологические предпосылки применения технологии
Метод задавливания: описание и принцип работы
Организационно-технологические особенности и подготовительные мероприятия
Технологический регламент и меры безопасности
Заключительный этап, демонтаж и оценка эффективности
Заключение
Метод задавливания: описание и принцип работы
Организационно-технологические особенности и подготовительные мероприятия
Технологический регламент и меры безопасности
Заключительный этап, демонтаж и оценка эффективности
Заключение
В практике строительства инженерных коммуникаций нередки ситуации, когда разработка траншеи ведётся в водонасыщенных песках, супесях или плывунах. Традиционные методы установки крепей в готовую выемку здесь неприменимы из-за обрушения стенок ещё до монтажа ограждения. Выход — технология погружения крепи с одновременным подъёмом грунта, или метод задавливания. Разбираем физические основы, организационно-технологические особенности и меры безопасности при эксплуатации этого метода на примере оборудования SBH (Германия), поставляемого компанией «Крепи.Про».
1. Физические основы и гидрогеологические предпосылки применения технологии
Условия возникновения плывунов
Плывуны — сложные грунты: они водонасыщенные, несвязные (мелкий песок, супесь, фильтрация больше 0,5 м/сут). При нарушении структуры теряют связность и переходят в текучее состояние из-за тиксотропии. Основные признаки плывуна:
- При вскрытии выработки грунт не держит вертикальный откос;
- Через стенки и дно траншеи поступает вода с выносом частиц (суффозия);
- Попытки откачать воду приводят к ещё большему притоку за счёт разрушения структуры грунта.
Почему традиционные методы здесь не эффективны
При установке крепи в готовую выемку (метод, применимый только для устойчивых грунтов) сначала роется траншея на полную глубину, затем в неё опускается камера. В плывунах:
- Стенки обрушиваются ещё до окончания копки;
- Грунт выносится через зазоры между щитами и стенками, увеличивая объём работ по очистке;
- Вода заполняет траншею, делая невозможной работу людей и техники.
Метод погружения с одновременным подъёмом грунта (задавливание) позволяет монтировать крепь без предварительной выемки, создавая защитный экран непосредственно в массиве грунта.
2. Метод задавливания: описание и принцип работы
Сущность метода
Задавливание (нем. Eindrückverfahren) — это поочередное погружение стенок крепи в грунт гидравлическим экскаватором или специальными домкратами с одновременной выемкой грунта из внутреннего пространства. При этом грунт разрабатывается не опережающими темпами, а по мере погружения щитов.
Согласно руководству SBH (каталог «Инвентарные крепи SBH», стр. 12–13):
- Первичная срезка грунта выполняется на глубину не более 1,25 м (или на длину камеры — что меньше).
- В эту неглубокую выемку опускается собранная камера (или направляющие со стенками), отрегулированная по ширине траншеи.
- Экскаватор поочерёдно надавливает ковшом на каждую стенку, погружая их на 0,3–0,5 м за цикл.
- После каждого цикла грунт внутри камеры выбирается до уровня нижней кромки стенок.
- Операция повторяется до достижения проектной глубины.
Создание контролируемого гидродинамического режима
Ключевое условие успеха — медленное и равномерное погружение. При резком нажатии возможно выдавливание грунта под нож стенки с образованием пустот. Оптимальная скорость — не более 0,5 м за одно нажатие, с ограничением угла вращения распорок не более ±8° (по каталогу SBH, стр. 13). Это позволяет сохранять естественную структуру грунта под подошвой крепи и предотвращает прорыв воды снизу.
«Опережающая крепь»: защитный экран в лобовой части забоя
В наиболее сложных условиях (плывуны с высоким напором) применяется принцип опережающей крепи: сначала на небольшую глубину (0,5–1,0 м) погружаются стенки, создавая закрытый контур. Только после этого грунт начинают выбирать. Для этого особенно эффективна профильная крепь C-400 (каталог SBH, стр. 22–23). Её профили (тип KD VI/8 длиной до 6 м) можно задавить на 1 м ниже проектной отметки дна траншеи, не вынимая грунт из середины. Так создаётся водонепроницаемый экран, который перерезает линзу плывуна и позволяет вести разработку в осушенной зоне.
Задавливающие устройства
В качестве силового оборудования используется гидравлический экскаватор, масса которого подбирается под серию крепи:
- Для лёгких стальных камер C-300: от 20 т.
- Для стандартных C-600: от 25–30 т (с верхней камерой — до 30–50 т).
- Для крепей с направляющими C-750/790: от 25–30 т (при глубине до 6,2 м) и до 30–50 т (при глубине более 6,2 м).
Ручные домкраты не применяются из-за больших усилий — сила задавливания может достигать 160–200 кН (16–20 т). Экскаваторный ковш нажимает непосредственно на усиленную верхнюю грань стенки (у всех крепей SBH, начиная с C-300, верхняя кромка имеет дополнительное усиление). Для извлечения крепи требуется ещё большее усилие — до 16 т для камерных систем (расчёт по п. 11 каталога: давление грунта 23 кН/м² × площадь трения 14 м² × 0,5 = 161 кН).
3. Организационно-технологические особенности и подготовительные мероприятия
Выбор инвентарной крепи
Для задавливания в нестабильных грунтах пригодны только стальные системы с водонепроницаемыми стенками. Алюминиевые крепи (C-250, C-260) не рассчитаны на такие нагрузки и не имеют необходимой жёсткости ножа.
Рекомендуемые серии SBH:
- C-300 (лёгкая стальная) — для глубин до 4 м в умеренно влажных грунтах.
- C-600 (стандартная) — для глубин до 6 м, в т.ч. в плывунах (стенки трёхслойные, нож из твёрдой стали).
- C-750/790 (с направляющими) — для глубин 6–8 м, предпочтительны из-за меньшей силы трения при извлечении.
Все стальные крепи SBH имеют герметичные замки между стенками (стык встык с нахлёстом). При необходимости (при заказе для водонасыщенных грунтов) замки дополнительно уплотняются герметиком по технологии EUROLAN 1 (каталог SBH, стр. 43).
Водопонижение как ключевой элемент
Без водопонижения задавливание в плывунах невозможно. Даже самые плотные стальные щиты не предотвращают фильтрацию воды через подошву (под нижней кромкой стенок). Поэтому до начала основных работ организуется система иглофильтров (в частности, BBA Pumps) для создания депрессионной воронки.
Требования к водопонижению:
- Уровень грунтовых вод должен быть снижен не менее чем на 0,5 м ниже проектного дна траншеи на всё время монтажа крепи.
- Насосы должны обеспечивать глубокий вакуум (до 9,2 м вод. ст. по характеристикам поршневых насосов BBA, каталог стр. 40).
- Приток воды из-за стенок крепи не должен превышать производительности насосной установки.
В каталоге SBH (стр. 34–35) приведены рекомендации по совместному применению крепей и оборудования для водопонижения BBA — в частности, шланги ВВА с малым радиусом изгиба для иглофильтров и коллекторы из ударопрочного пластика.
Режим работ при щитовой проходке
Процесс задавливания организуется на захватках длиной не более одной камеры (2,0–4,0 м в зависимости от серии). Недопустимо опережающее копание траншеи на большую длину — это приведёт к обрушению незакреплённых стенок.
Пошаговый алгоритм:
- Подготовка: сборка основной камеры (и при необходимости верхней) на поверхности, регулировка распорок под проектную ширину.
- Установка камеры в предварительную срезку глубиной 0,5–1,0 м.
- Погружение камеры: задавить левую стенку на 0,5 м, затем правую — на 0,5 м. После каждого нажатия выбирать грунт внутри.
- Периодически проверять вертикальность направляющих (отклонение не более 2°).
- При достижении проектной глубины установить нижние распорки (если предусмотрены) и отрегулировать усилие.
4. Технологический регламент и меры безопасности
Паспорт крепления выработки
До начала работ должен быть разработан паспорт крепления (аналог ППР), содержащий:
- Расчёт давления грунта по диаграмме TBG (каталог SBH, стр. 9) с поправкой на дополнительные нагрузки (дороги, здания, динамика).
- Выбор серии крепи исходя из допустимой нагрузки (таблицы в каталоге).
- Схему расположения распорок и удлинителей.
- График водопонижения и схему иглофильтров.
Компания «Крепи.Про» предоставляет услугу инженерного подбора оборудования — заполните анкету на сайте, и специалисты выполнят полный статический расчёт.
Требования к системе и исполнителям
- К технике: экскаватор должен иметь массу не менее указанной в каталоге для выбранной серии. Обязательны строповочные проушины на ковше (или монтаж с помощью траверсы).
- К крепи: все элементы должны быть исправны, резьба распорок очищена и смазана (ежегодное ТО по регламенту SBH, стр. 13 каталога).
- К персоналу: запрещено находиться в траншее во время задавливания! Спуск разрешён только после фиксации распорок и освидетельствования крепи.
Контроль деформаций
В процессе задавливания необходимо мониторить:
- Распорное усилие — винтовые распорки подтягиваются ключом до плотного контакта со стенками; гидравлические (C-800) контролируются по манометру.
- Геометрию щитов — отклонение от вертикали не более 1° на 1 м глубины. При перекосах >3° необходимо извлечь камеру и начать заново.
- Приток воды и вынос грунта — появление струй воды между щитами или вынос мелких частиц сигнализирует о необходимости тампонажа.
- Недопустимы: обрушение грунта над верхней кромкой крепи (требование СНиП — выступание на 15 см), а также массовый вынос грунта через зазоры.
Аварийные ситуации и тампонаж
При внезапном прорыве воды (в частности, через подошву) необходимо:
- Немедленно прекратить задавливание и выемку грунта.
- Увеличить интенсивность водопонижения (запустить резервные насосы).
- Если приток не снижается — произвести тампонаж инъекцией цементного раствора или бентонита через пробурённые скважины за стенками крепи.
- После стабилизации уровня воды оценить состояние дна — при необходимости отсыпать щебёночную подушку и продолжить работы.
Для экстренных случаев необходимо иметь в наличии профильные крепи C-400 — они позволяют задавить дополнительные профили даже после начала притока, перекрывая путь воде.
5. Заключительный этап, демонтаж и оценка эффективности
Демонтаж с дистанционным ослаблением распорок
После укладки трубы и обратной засыпки (послойно, с трамбовкой) крепь извлекается. Для камерных систем используется экскаватор с усилием на отрыв (рывок), так как сила трения максимальна в начале движения. Для крепей с направляющими C-750/790 процесс проще:
- Ослабить роликовые распорки, подняв их на 1–1,5 м вверх.
- Поочерёдно извлечь стенки (сначала левую, затем правую) за строповочные петли.
- При засыпке траншеи не допускается извлекать крепь до завершения трамбовки на всю высоту — это может привести к сползанию грунта.
Оценка эффективности на фоне альтернатив
Экономия при применении задавливания:
- Отсутствие необходимости в дорогостоящем шпунте (крепи многоразовые — 10–20 циклов и более).
- Сокращение объёмов грунта (траншея уже в 2–3 раза в отличие от откосов).
- Экономия затрат на восстановление дорожного покрытия.
По данным компании «Крепи.Про», аренда крепей с направляющими серии C-750 на 30–40% дешевле, чем покупка и погружение шпунта Ларсена на короткий объект, а сроки работ сокращаются вдвое за счёт отсутствия сварки и быстрого монтажа.
Заключение
Метод задавливания является единственно возможным для устройства траншейных креплений в плывунах и водонасыщенных грунтах. Его успех зависит от трёх факторов: выбора правильной серии крепи (стальные герметичные системы с ножами), предварительного водопонижения и строгого соблюдения режима погружения (по 0,5 м за цикл). Оборудование SBH прошло сертификацию TUV и соответствует самым жёстким европейским стандартам безопасности (GS). Компания «Крепи.Про» предлагает не только аренду и продажу крепей, но и шеф-монтаж — выезд инженера для контроля правильности задавливания.
Для получения индивидуального паспорта крепления вашего объекта заполните анкету на сайте или свяжитесь с техническим специалистом.
Александр Живайкин
Руководитель компании Крепи.Про.
