Разработка котлована - это процесс раскопки земляного покрытия для будущей укладки основания или фундамента здания, а также других сооружений. Он выполняется согласно параметрам, указанным  в чертежах, и с учетом требований окружающей среды, назначения и размеров строения.

Рытье котлована относится к начальному этапу строительства, так называемому «нулевому этапу», это основа любого строительства. Котлован, который вырыли согласно чертежам, соблюдением норм СНИП и ДБН, определит успешность дальнейшего хода строительства и долговечности здания. Нарушения перечисленных требований при разработке котлована недопустимы. Необходимо проводить тщательный контроль всех факторов влияющих на его разработку, иначе ошибки могут привести к очень серьезным последствиям. Говоря «по-простому» котлован – это яма, профессионалы утверждают, что котлован образует выемка грунта.

Пример плана по разработке котлована:

Рытье котлована возможно выполнить только двумя способами: вручную или с помощью механизированной техники. Каждый из них имеет свои недостатки и преимущества.

Ручное рытье котлована:

1. требует к привлечению как минимум нескольких рабочих с применением ручного инструмента: лопат, ломов, трамбователей, тачек;

2. единственный способ вырыть котлован или траншею в случае отсутствия подъездных путей, наличия большого количества деревьев, зданий, коммуникаций которые нельзя убрать;

3. большие временно-трудовые затраты, привлечение опытных специалистов повлекут и денежные расходы.

Механизированное рытье котлованов осуществляется с помощью мощной строительной техники, для обычных земляных работ применяются бульдозеры, скреперы, экскаваторы, а для разработки площадок на воде – гидромониторы, землесосные снаряды. Иногда возникает необходимость в применении бурильных машин для копки круглых отверстий под опоры или сваи. Для разработки очень большого котлована используются экскаваторы со сменными грейферными ковшами. Они разрабатывают основную породу, а более тонкая работа выполняется менее тяжелой техникой.

Достоинства и недостатки механизированной разработки:

1. под каждый этап работ и тип грунта подбирается соответствующая техника, позволяющая значительно сократить затраты ресурсов на выполнение задачи;

2. грунт сразу же загружается на самосвалы и складируется в отдельном месте;

3. экономия на арендованной технике:

-   арендодатель предоставляет своих специалистов по управлению и обслуживанию машины;

-   у арендатора отсутствуют затраты на хранение, обслуживание и ремонт. 

Для разработки выемки необходимо выполнить следующие подготовительные действия:

1. геодезическая разработка участка – расчет неровностей земляной поверхности, наличие коммуникаций, уровень залегания грунтовых вод, зеленые насаждения в виде деревьев, кустарников,  зданий и т.д.

2. проводится анализ грунта, точное местоположение котлована для определения сложности и методов проведения земляных работ. Продумываются подъездные пути и места складирования грунта.

3. ограждение участка забором и обустройство подъездных путей для тяжелой и габаритной строительной техники.

4. разметка и очистка участка от зеленых насаждений, демонтаж ненужных зданий, перекладка коммуникаций, вывоз мусора, иногда необходимо провести вертикальное выравнивание площадки с помощью бульдозеров.

5. на строительном участке снимается верхний слой чернозема и перевозится в место, где он будет защищен от смешивания со строительными материалами или мусором.

После выполнения подготовительных работ проводятся следующие операции по разработке котлована:

1. разметка площадки под рытье котлована.

2. при необходимости проводится разрыхление верхнего слоя грунта.

3. вручную или с помощью механизированной техники роется яма заданных размеров. При этом грунт складируется в отдельном месте или вывозится, обустраиваются откосы, проводится гидроизоляция.

4. при высокой степени разрыхления грунта в вырытом котловане, необходимо улучшить его несущее свойство с помощью уплотнения. Также, это помогает предупредить просадку.

5. контроль размеров готового котлована, уточнение типа грунта, проверка уровня залегания грунтовых вод.

6. проводится рытье сливных ям, колодцев, траншей под коммуникации согласно чертежам.

7. вывоз строительного мусора с участка, чтобы он не мешал проводить дальнейшие работы.

Факторы, которые влияют на проведение земляных работ при рытье котлована:

1. свойства и характеристики грунта -  механическая прочность, тип (чернозем, глинозем и т.д.).

2. размеры и назначение строящегося объекта – размеры, тип используемых материалов для постройки определяют вес, глубину и толщину фундамента для здания.

3. заглубление фундамента – зависит от уровня грунтовых вод, глубины промерзания, вида сооружения, функциональных особенностей, количества подвальных этажей.

4. климат местности и время года, в которое проводятся земляные работы – в зависимости  от местности грунт способен промерзать на разную глубину, соответственно необходимо потратить больше ресурсов на его оттаивание и рыхление. Кроме того, при неблагоприятных условиях осложняется передвижение по размытой строительной площадке и дорогам к ней,  промерзает изъятый грунт, снижается нагрузка на почву.

При рытье глубоких котлованов необходимо обеспечить устойчивость котлована с помощью откосов, распорок или шпунтовых ограждений. Угол и размеры откоса зависят от плотности и влажности грунта, его массы и внутреннего сцепления. Угол откоса для разных типов грунта будет от 15 до 50 градусов. Для глубоких котлованов откосам придают переменную крутизну. Установка шпунтового ограждения (сплошной стенки) проводится при наличии неустойчивого грунта. Она обеспечивает защиту от осыпания краев котлована с помощью забитых в землю столбов (свай, шпунтин).

С увеличением глубины котлована растет горизонтальная нагрузка на его стены, и соответственно, необходимо увеличивать толщину подпорной стенки. Опыт показывает, что котлован глубиной до 4 м может быть укреплен ограждением со сваями диаметром около 300мм, при глубине около 6 м необходимы столбы с диаметром не меньше 600мм, а для котлована глубиной до 8 м подпорной стенки толщиной 1200 мм может быть недостаточно.

При рытье котлована необходимо обратить внимание на установку крепежей и откосов. Самый простой способ - это крепление подпоркой у основания. Самая распространенная ошибка – неправильное закрепление подкоса. Чтобы он не проскальзывал, его необходимо прикопать и забить у его основания кол, а место соединение со столбом связать скобами или брусками. Сами же подкосы нужно обвязать друг с другом деревянными досками или брусками.

При строительстве здания с подвалом или при возведении подпорной стены, возникает ситуация когда нет возможности установить крепь к подпираемому откосу, в таких случаях используются анкерные затяжки. Они забиваются в грунт на расстоянии, равном удвоенной высоте закрепляемого откоса, чтобы сохранить грунт от сползания.

В зависимости от грунта и степени разрыхления, возможно, возникнет необходимость в его укреплении различными способами:

- уплотнение с помощью трамбовочных машин;

- подсыпка песком, смесью или щебнем с дальнейшей трамбовкой;

- цементация – проводят с помощью специальных инъекторов  (перфорированных труб) для песчаных грунтов. Цементная смесь соотношением 0,8 к 1 под давлением заполняем пустоты в грунте, затем скважины также заливаются раствором;

- силикатизация проводится с помощью инъекторов, но пустоты заполняются односоставным раствором из жидкого стекла, или двусоставным, состоящим из хлористого кальция и жидкого стекла. Инъектор заполняет пустоты под давлением 3-6 атмосфер в радиусе до 1 м;

- электросиликатизация проводится подобно к силикатизации, но процесс ускоряется за счет пропуска через инъектор постоянного электрического тока.

В больших и глубоких котлованах, иногда, возникает проблема со сбором грунтовых и поверхностных вод. Их присутствие значительно осложняет работу в котловане и ухудшает его качество. Поэтому при рытье котлована организовываются мероприятия по своевременному сбору или отводу таких вод с помощью водоотлива насосами или водопонижением. Сложные и неустойчивые грунты закрепляются искусственными способами: замораживанием, силикатизацией, битумизацией. Все существующие способы защиты котлованов от воды можно условно разделить на следующие типы:

1) открытые способы водопонижения;

2) закрытые способы водопонижения:

а) гравитационное водоудаление;

б) вакуумное водоудаление;

в) электроосмотическое водоудаление;

3) специальные способы задержания грунтовых вод с помощью компрессоров и насосов;

4) уплотнение грунта на стенках и дне котлована.