ПІДГОТОВКА КОТЛОВАНУ

Перед початком будь-яких земляних робіт, особливо для капітальних споруд, критично важливими є інженерно-геологічні вишукування. Ці дослідження є першим та найважливішим етапом у забезпеченні структурної цілісності майбутньої будівлі, адже вони надають вичерпну інформацію про властивості ґрунту. Від типу ґрунту (піски, суглинки, глини, скельні породи), його несучої здатності, рівня ґрунтових вод (РГВ) та потенціалу морозного пучіння залежить вибір типу фундаменту, його глибина закладання та необхідність виконання додаткових заходів (наприклад, дренажу).

Згідно з ДБН В.2.1-10:2018 ‘Основи та фундаменти будівель і споруд’, обов’язковим є визначення фізико-механічних характеристик ґрунтів, таких як показники міцності (кут внутрішнього тертя, питоме зчеплення) та деформаційності (модуль деформації). Ці дані дозволяють розрахувати оптимальні параметри котловану. Наприклад, для ґрунтів з низькою несучою здатністю (менше 0.15 МПа) може знадобитися більш глибоке закладання або використання пальових фундаментів. Особливу увагу слід приділяти ґрунтам, схильним до морозного пучіння (наприклад, суглинки та глини), де глибина закладання фундаменту повинна перевищувати нормативну глибину промерзання ґрунту для конкретного регіону України, яка може коливатися від 0.8 м на півдні до 1.5-1.8 м на півночі та в гірських районах. Це запобігає нерівномірним деформаціям фундаменту, що є ключовим для його довговічності. Правильно виконана георозвідка дозволяє уникнути непередбачених витрат та проєктних помилок. Більш детально про вибір фундаменту можна дізнатися на сторінці Фундамент.

Вибір глибини котловану є одним з найважливіших інженерних рішень, що впливає на стабільність та економічність усього будівельного проєкту. Цей параметр визначається не тільки типом фундаменту, а й комплексом факторів, серед яких ключовими є несуча здатність ґрунту, рівень ґрунтових вод та глибина промерзання. Згідно з ДБН В.2.1-10:2018, глибина закладання фундаменту повинна бути нижче рівня, на якому можливі негативні наслідки від морозного пучіння. Для пучиністих ґрунтів це зазвичай означає мінімальну глибину на 20-30 см нижче розрахункової глибини промерзання.

Для визначення несучої здатності ґрунту використовуються польові випробування (статичне зондування, штампові випробування) та лабораторні аналізи зразків. Наприклад, для піщаних ґрунтів середня розрахункова несуча здатність може становити 0.2-0.3 МПа, тоді як для щільних глин – до 0.4-0.6 МПа. Якщо на розрахунковій глибині залягають слабкі або сильно стисливі ґрунти, котлован може бути поглиблений до міцніших шарів або ж застосовані спеціальні методи укріплення, такі як ущільнення ґрунту або влаштування ґрунтових подушок. При великих навантаженнях від споруди, глибина котловану може бути значно збільшена для рівномірного розподілу тиску на більшу площу ґрунту, забезпечуючи, таким чином, структурну цілісність усієї конструкції. Детальний аналіз проєктів дозволяє оптимізувати ці параметри. Ознайомтесь з нашими проєктами.

Укіси котловану відіграють критичну роль у забезпеченні безпеки робітників та стабільності прилеглих територій. Їхній кут нахилу визначається типом ґрунту, його фізико-механічними властивостями, рівнем ґрунтових вод, а також тимчасовими навантаженнями поблизу краю котловану. Згідно з ДБН А.3.2-2-2009 ‘Охорона праці та промислова безпека в будівництві’, для тимчасових котлованів без кріплення укосів максимальні кути нахилу для різних ґрунтів встановлюються наступним чином:

• Насипні, зволожені ґрунти: 1:0.67 – 1:1.0 (відношення висоти до горизонтального закладення).
• Піщані та супіщані ґрунти: 1:1.0 – 1:1.25.
• Суглинки та глини: 1:0.75 – 1:1.0.
• Лесові ґрунти: 1:0.5 – 1:0.67.
• Скельні та напівскельні ґрунти: 1:0.1 – 1:0.25 (практично вертикальні).

У випадках, коли розміри ділянки або умови ґрунту не дозволяють створення пологих укосів, застосовують системи кріплення: шпунтові огорожі (металеві, дерев’яні, залізобетонні), розпірні системи, анкерні кріплення або використання геосинтетичних матеріалів, таких як георешітки або геотекстиль, для стабілізації поверхневого шару. Для довгострокових котлованів або котлованів значної глибини (понад 5 метрів), часто проєктуються багатоярусні укоси з бермами – горизонтальними площадками між ярусами, що підвищує їхню стійкість та дозволяє відводити поверхневі води. Особлива увага приділяється дренажу, щоб запобігти розмиванню укосів та зниженню міцності ґрунту, про що детальніше можна прочитати у статті про дренаж.

Якісне ущільнення основи котловану є критично важливим для забезпечення рівномірної та достатньої несучої здатності ґрунту під фундаментом, а отже, для довговічності всієї споруди. Метою ущільнення є досягнення проєктного коефіцієнта ущільнення (К_ущ), який для основи фундаментів зазвичай становить не менше 0.95-0.98 від максимальної стандартної щільності ґрунту, визначеної за методом Проктора (ГОСТ 22733). Недостатнє ущільнення може призвести до нерівномірних осідань фундаменту, що спричинить тріщини у стінах та інших конструктивних елементах.

Для ущільнення ґрунту застосовують різні технології залежно від типу ґрунту та необхідного ступеня ущільнення. Найбільш поширеними методами є:

• Механічне ущільнення: Використання вібраційних плит, трамбувальних машин, котків (гладковальцеві, кулачкові, пневмоколісні). Для піщаних ґрунтів ефективні вібраційні методи, для глинистих – кулачкові котки та важкі трамбівки.
• Динамічне ущільнення: Застосовується для ущільнення сипучих ґрунтів на значній глибині шляхом скидання важких вантажів (трамбівок) з висоти. Цей метод дозволяє ущільнити ґрунт на глибину до 6 метрів і більше, підвищуючи його несучу здатність та знижуючи водопроникність.
• Гідравлічне ущільнення (гідровібрація): Застосовується для піщаних та гравійних ґрунтів шляхом подачі води під тиском разом із вібрацією.

Контроль якості ущільнення проводиться шляхом відбору проб ґрунту та визначення його щільності на місці за допомогою статичного або динамічного зондування, а також методом ріжучих кілець. Лише після підтвердження відповідності фактичного коефіцієнта ущільнення проєктним значенням дозволяється подальше будівництво. Цей етап є інвестицією у стабільність та довговічність усієї споруди, забезпечуючи її структурну цілісність.

Ефективне водовідведення та гідроізоляція котловану є критичними для успішного виконання земляних робіт та забезпечення стабільності фундаменту, особливо на ділянках з високим рівнем ґрунтових вод або під час будівельного сезону, що характеризується значними опадами. Неконтрольоване надходження води в котлован може призвести до розмивання основи, зниження несучої здатності ґрунтів, ускладнення робіт та навіть обвалу укосів. Для керування водним режимом застосовуються комплексні інженерні рішення.

Основними методами водовідведення є:

• Поверхневий дренаж: Влаштування тимчасових водовідвідних канав по периметру котловану, що перехоплюють поверхневі стічні води та направляють їх у збірні колодязі або далі від будівельного майданчика. Ухили канав зазвичай становлять 0.005-0.01.
• Глибинний дренаж: Застосовується для зниження рівня ґрунтових вод. Це може бути відкритий дренаж (траншеї з фільтрувальною засипкою) або закритий (перфоровані труби в обмотці з геотекстилю, що відводять воду до насосних станцій). Важливо забезпечити безперервну роботу дренажної системи протягом усього періоду земляних робіт та влаштування фундаменту.
• Голкофільтрові установки: Системи труб, що занурюються в ґрунт і відкачують воду з його товщі, створюючи депресійну воронку та знижуючи РГВ до необхідного рівня.

Гідроізоляція дна та укосів котловану, як правило, є тимчасовою та призначена для захисту від дощових опадів та невеликих приток води. Для цього можуть використовуватись полімерні плівки, брезент або спеціальні водонепроникні покриття. Після влаштування фундаменту, виконується постійна гідроізоляція, яка є частиною загальної стратегії захисту будівлі від вологи. Ефективне водовідведення дозволяє зберегти проєктну щільність ґрунту та уникнути додаткових робіт по його осушенню та ущільненню, забезпечуючи структурну цілісність об’єкта.

Виконання земляних робіт в Україні має свої особливості, що зумовлені як нормативною базою, так і різноманітністю кліматичних та геологічних умов. Основним регулюючим документом є ДБН В.2.1-10:2018 ‘Основи та фундаменти будівель і споруд’, а також ДБН А.3.2-2-2009 ‘Охорона праці та промислова безпека в будівництві’, що встановлюють жорсткі вимоги до проєктування, виконання та контролю якості земляних робіт.

Кліматичні фактори України значно впливають на процес підготовки котловану. Глибина промерзання ґрунтів варіюється від 0.8 м на півдні до 1.8 м у північних регіонах та Карпатах, що вимагає відповідного збільшення глибини закладання фундаментів для запобігання морозному пучінню. Тривалі осінньо-весняні періоди з опадами та підвищеним рівнем ґрунтових вод зумовлюють необхідність інтенсивних заходів з водовідведення та стабілізації укосів. Заболочені території або ділянки з високим РГВ вимагають використання спеціалізованої техніки та технологій для зниження вологості ґрунтів та їх ущільнення. Також важливо враховувати сезонність: роботи з земляними масами в зимовий період значно ускладнюються через промерзання ґрунту, що вимагає застосування спеціальних методів розробки (наприклад, розпушування мерзлого ґрунту) та підвищує витрати.

Використання сучасних геотехнічних рішень, таких як геосинтетики для армування ґрунту, новітні системи кріплення котлованів та автоматизовані системи контролю ущільнення, дозволяє адаптувати процес до складних умов та забезпечити високу якість робіт з дотриманням усіх вимог ДБН. Завчасне проєктування та врахування регіональних особливостей забезпечує не тільки структурну цілісність, а й економічну доцільність проєкту.

Сучасні земляні роботи значно відрізняються від традиційних методів завдяки використанню передових технологій та високопродуктивного обладнання. Це дозволяє не тільки підвищити швидкість та ефективність процесу, але й забезпечити точність виконання робіт, мінімізувати ризики та оптимізувати витрати. Основні напрямки розвитку включають автоматизацію, використання GPS-систем та застосування спеціалізованої техніки.

• Екскаватори з GPS-контролем: Сучасні екскаватори оснащені системами GPS/ГЛОНАСС, які дозволяють оператору контролювати точність глибини та уклону розробки ґрунту в режимі реального часу з похибкою до кількох сантиметрів. Це значно підвищує точність виконання проєктних відміток, зменшує потребу в геодезичному контролі та запобігає перевитратам на додаткові земляні роботи або підсипку.
• Лазерні нівеліри та роботизовані тахеометри: Ці прилади забезпечують високоточне маркування та контроль горизонтальних і вертикальних відміток, що є незамінним для формування рівного дна котловану та дотримання проєктних ухилів.
• Компактори та вібраційні котки: Для ущільнення ґрунту застосовуються вібраційні котки різної маси (від 1 до 25 тонн) та типу вальців (гладкі, кулачкові, пневмоколісні), а також віброплити та трамбівки. Окремо варто виділити технології динамічного ущільнення з використанням важких трамбівок (до 15-20 тонн), що скидаються з висоти, дозволяючи ущільнювати ґрунт на глибину до 6-8 метрів.
• Системи кріплення котлованів: Для глибоких котлованів, де неможливо забезпечити природні укоси, застосовуються шпунтові огорожі (металеві шпунти Ларсена, буроін’єкційні палі, бетонні стіни у ґрунті), а також розпірні системи та ґрунтові анкери. Ці системи забезпечують структурну цілісність котловану, запобігаючи обвалам та деформаціям.

Інтеграція цих технологій дозволяє не лише прискорити будівництво, а й забезпечити високу якість та безпеку на всіх етапах підготовки котловану, що є запорукою надійності всього проєкту. Це також допомагає уникнути таких проблем, як помилки при будівництві, які можуть виникнути через недбале виконання земляних робіт.

Застосування геосинтетичних матеріалів у процесі підготовки котловану є сучасною та високоефективною практикою, що дозволяє значно покращити механічні властивості ґрунтів, підвищити стабільність укосів та забезпечити довговічність конструкції. Ці матеріали (геотекстиль, георешітки, геомембрани) виконують функції армування, фільтрації, розділення, дренажу та гідроізоляції, адаптуючись до різних інженерних завдань.

• Геотекстиль: Використовується для розділення шарів ґрунту з різними фізико-механічними властивостями, запобігаючи їхньому перемішуванню (наприклад, піщаної подушки та основи з глини). Також геотекстиль забезпечує ефективну фільтрацію води, запобігаючи замуленню дренажних систем. Завдяки високій міцності на розтяг, він може армувати слабкі ґрунти, розподіляючи навантаження та підвищуючи їхню несучу здатність.
• Георешітки (геоґрати): Дво- або тривимірні полімерні структури, що створюють просторовий каркас для утримання ґрунту. Застосовуються для укріплення укосів котлованів, особливо на схилах зі складними ґрунтами. Заповнення комірок георешітки місцевим ґрунтом або щебенем створює монолітну структуру, стійку до ерозії, зсувів та впливу води. Це дозволяє формувати більш круті укоси, зменшуючи обсяг земляних робіт.
• Геомембрани: Водонепроникні полімерні листи, що використовуються для гідроізоляції котлованів, захисту від ґрунтових вод або для створення локальних систем збору води. Їхня гнучкість та стійкість до агресивних середовищ робить їх ідеальним рішенням для захисту фундаментів від вологи.

Інтеграція геосинтетиків у проєкт підготовки котловану дозволяє оптимізувати інженерні рішення, знизити обсяги виїмки ґрунту, підвищити стійкість конструкцій та зменшити загальну вартість робіт, забезпечуючи при цьому високий рівень надійності та структурної цілісності. Це також є важливим елементом при проєктуванні інженерних систем.

Контроль якості та дотримання норм безпеки при земляних роботах є безальтернативними для будь-якого будівельного проєкту в Україні. Ці аспекти регулюються низкою державних будівельних норм (ДБН) та нормативно-правових актів з охорони праці. Недотримання цих стандартів може призвести до серйозних аварій, травматизму, кримінальної відповідальності та значних фінансових втрат.

• Контроль якості: Охоплює перевірку відповідності фактичних параметрів котловану (глибина, ухили, розміри дна) проєктній документації. Вимірювання проводяться за допомогою геодезичних приладів (нівелірів, тахеометрів). Критично важливим є контроль щільності ущільненого ґрунту в основі котловану за допомогою лабораторних або польових методів (наприклад, статичного зондування, визначення щільності методом ріжучих кілець). Відібрані зразки ґрунту аналізуються на відповідність фізико-механічних характеристик (вологість, коефіцієнт фільтрації, кут внутрішнього тертя) тим, що були встановлені під час геологічних вишукувань. Будь-які відхилення вимагають негайного коригування проєкту або додаткових робіт.
• Безпека праці: Земляні роботи є одними з найтравмонебезпечніших у будівництві. Згідно з ДБН А.3.2-2-2009, обов’язковим є виконання таких вимог:
  • Укоси котлованів, глибина яких перевищує 1.5 м, повинні бути закріплені або мати безпечний кут нахилу, що відповідає типу ґрунту та глибині.
  • Робочі місця в котлованах повинні бути забезпечені надійними сходами або трапами для спуску та підйому.
  • Вимоги до організації тимчасових огороджень по периметру котловану висотою не менше 1.1 м з бортовою дошкою.
  • Систематичний контроль за станом ґрунту та кріплень укосів, особливо після інтенсивних опадів або танення снігу.
  • Заборона розміщення будівельних машин та обладнання, а також складування матеріалів ближче ніж 1.0 м від краю котловану без додаткових розрахунків стійкості укосу.

Дотримання цих правил та постійний моніторинг забезпечують не тільки успішну реалізацію проєкту, а й збереження життя та здоров’я будівельників, а також структурну цілісність майбутньої будівлі. Це є основою професійної та відповідальної будівельної практики в Україні.