Технология сооружения опор на опускных колодцах

Опускной колодец - пустотелая (полая) конструкция-оболочка, погружаемая в грунт . Такая конструкция применяется для строительства заглублённых в грунт сооружений (иногда называемых опускными), а также для устройства опор (фундаментов) глубокого заложения, которые передают давление на нижние слои грунта, обладающие большей прочностью. Также опускные колодцы могут являться фундаментами опор железнодорожных мостов в случае их возведения в дисперсных грунтах.

Изготавливаются преимущественно из бетона или железобетона (как монолитного, так и сборного), в редких случаях - из стали .

Технология впервые была описана в американском штате Аризона в октябре 1908 года .

Устройство

В плане опускной колодец чаще всего круглый, но в некоторых случаях может быть эллиптическим или прямоугольным. Очертание наружной поверхности в большинстве случаев цилиндрическое, хотя возможны конический или ступенчатый варианты. С целью более лёгкого погружения опускного колодца в грунт его стены делают вертикальными гладкими или же уступчатыми, имеющими снизу изнутри скос. В нижней части колодца оборудовано заострение (так называемая «консоль»), усиленное металлом (так называемый «нож»), со стальной облицовкой его режущей кромки.

Существует два способа устройства стен опускных колодцев: их либо сразу возводят на полную высоту, либо наращивают по мере того, как колодец погружается в грунт. Саму оболочку изначально устанавливают на поверхности земли, после чего грунт подрабатывается в направлении от центра колодца к «ножу», который, теряя опору с внутренней стороны, под воздействием нагрузки, передаваемой расположенными выше конструкциями, выдавливает грунт внутрь, что приводит к погружению опускного колодца на глубину. Погружение может производиться как без, так и с откачкой воды из полости; выемка грунта происходит по мере погружения и осуществляется с помощью различных строительных машин (как правило, грейферов или гидроэлеваторов , в некоторых случаях экскаваторов).

Как только опускным колодцем при погружении достигается проектная отметка глубины заложения фундамента, его внутренняя полость заполняется бетонной смесью. В зависимости от целей проекта заполнение может происходить как полностью - в случае устройства опор, так и частично - если подземному помещению, устраиваемому внутри колодца, требуется дополнительная защита от воды, - в этом случае образуется опирающееся на грунт днище, выполняющее данную функцию. В верхней части колодца возможно (но не всегда обязательно) устройство распределительной плиты из железобетона для последующего возведения надфундаментной части опоры.

Применение

Опускной колодец применяется в том случае, если грунты, обладающие достаточной для реализации конкретного проекта несущей способностью, расположены на глубине более 5-8 метров; тем не менее, при глубине, превышающей 20-25 метров (особенно в случае водонасыщенных грунтов), их применение не рекомендуется. Как правило, диаметр опускного колодца не превышает 80 метров, в большинстве случаев он меньше. Иногда во внутренней полости крупных опускных колодцев возводятся специальные разделительные перегородки, создающие в ней своего рода отсеки, - это делается с целью обеспечения жёсткости.

В зависимости от конкретного типа грунта технология возведения опускных колодцев имеет свои особенности. Например, в песках и малосвязных грунтах для их устройства применяются виброустановки, а в глинистых грунтах - так называемые тиксотропные рубашки (нагнетание глинистого раствора между стенкой колодца и окружающим грунтом, выполняющего роль «смазки» и впоследствии, после добавления в него цемента , затвердевающего). Технология возведения опускного колодца в железнодорожном строительстве также имеет отличия от «традиционной».

Главным достоинством опускных колодцев в качестве фундаментов является отсутствие необходимости в каком-либо сложном оборудовании для их возведения. Тем не менее, подобный способ устройства фундаментов имеет и множество недостатков - одним из главных является риск его отклонения от вертикальной оси при погружении, который устраняется дополнительной пригрузкой колодца сверху или же односторонним подмывом грунта снизу. К другим недостаткам относятся большой объём кладки и повышенная сложность (в ряде случаев невозможность) возведения подобных фундаментов в скальных и водонасыщенных грунтах: в первом случае из-за неровной поверхности, во втором - из-за часто большого количества всевозможных препятствий при опускании, таких как валуны .

§ 5. Устройство опускных колодцев

Опускные колодцы применяются для возведения фундаментов глубокого заложения и опускных (заглубленных) сооружений. В плане опускные колодцы бывают круглые, иногда эллиптические и прямоугольные, а по очертанию наружной поверхности - цилиндрические, конические и ступенчатые.

Материалом для опускных колодцев служит железобетон. В нижней части колодец оборудован ножом, обычно железобетонным, режущая кромка которого облицована стальными уголками или листами.

Сущность метода устройства опускных колодцев состоит в том, что конструкцию возводят (устанавливают) на поверхности земли, а затем внутри нее подрабатывают грунт в направлении от центра к ножу. Нож, утрачивая опору с внутренней стороны, под действием веса лежащих выше конструкций выдавливает грунт внутрь и колодец опускается.

При простейшем способе проверки соотношения этих величин считают, что силы трения грунта на единицу боковой поверхности стенки колодца возрастают до глубины 5 м, а далее остаются неизменными. Силы трения принимают по опытным данным в зависимости от характера грунта в пределах 10...30 кН/м2. Вес круглого колодца определяют по формуле

Если в результате проверки окажется, что вес колодца недостаточно превышает силу трения о грунт, увеличивают толщину стен колодца с целью его утяжеления либо уменьшают силу трения стен колодца о грунт применением подмыва или устройством тиксотропной рубашки.

Опускные колодцы можно устраивать как с поверхности суши, так и с местности, залитой водой.

Подготовительные работы на поверхности суши заключаются в устройстве котлована в верхних сухих грунтах открытым способом. Дно котлована должно быть на 0.5...1 м выше уровня грунтовых вод; его планируют под горизонтальную плоскость и уплотняют.

В случае опускания колодцев на местности, покрытой водой, работы ведут с искусственных островков или подмостей. Верх островков принимают на 0,5 м выше уровня воды, предполагаемого в период опускания колодца. Островки отсыпают с откосами (при малой глубине водоема) либо в шпунтовом ограждении (при большой глубине или сильном течении).

Возведение монолитных колодцев начинают с устройства грунтовой или щебеночной призмы временного основания, на которой устанавливают опалубку и бетонируют опорное кольцо колодца -его нож. Бетон укладывают слоями, перекрывая уложенный слой до начала его схватывания.

Распалубку ножа и нижней ступени колодца начинают только после достижения бетоном конструкций 100 % проектной прочности, верхние ступени можно распалубливать при 70 % прочности.

В ряде случаев верхние ступени бетонируют одновременно с погружением нижней ступени колодца. Скорость погружения в этом случае должна быть увязана со скоростью наращивания колодца и приобретением бетоном требуемой прочности. В то же время увеличение веса стен не должно отставать от возрастающего сопротивления погружению.

Монтаж стен колодцев из пустотных блоков выполняют на монолитной ножевой части колодца, устанавливая арматуру стыков и замоноличивая пустоты после первых двух, а в дальнейшем после каждого ряда блоков.

Сборные элементы колодцев монтируют с помощью специальных кондукторов, выставляя арматуру, приваривая накладки и бетонируя стыки после установки в кондукторе двух соседних элементов.

Колодцы опускают двумя способами: с водоотливом и без него.

Разработку с водоотливом применяют, если приток грунтовых вод невелик и вблизи нет сооружений, чувствительных

к осадкам. В осушенных колодцах больших диаметров могут работать экскаваторы с наиболее производительной прямой лопатой и бульдозеры. При необходимости ведут взрывные работы. Разрыхленный грунт нагружают в бадьи и удаляют кранами.

Если открытый водоотлив не обеспечивает осушение колодца, то организуют глубинное водопонижение с помощью иглофильтровых установок.

Без водоотлива колодцы можно опускать в соседстве с любыми сооружениями. Плотные грунты в этих условиях разрабатывают грейферами, а слабые - гидроэлеваторами с дополнительным подмывом или эрлифтами. При погружении без водоотлива надо все время поддерживать отметку воды в колодце на уровне грунтовых вод. Это предотвращает наплыв грунтов из-под ножа в колодец, уменьшает объем разработки и исключает осадку соседних сооружений.

В процессе погружения любым из двух способов необходимо постоянно следить за вертикальностью колодца и скоростью его погружения, а при работе без водоотлива - еще и за уровнем грунтовых вод. Перекосы нужно немедленно устранять, выбирая грунт у ножа отстающей стороны. Остановка колодца при достаточной подработке дна свидетельствует о защемлении его верхней части; в этом случае применяют подмыв грунта. Трубы для подачи воды размещают по периметру внешней стороны колодца на равном расстоянии друг от друга. Активными средствами выправления крена являются односторонние подмыв и вибропригруз.

Тиксотропная рубашка , устраиваемая вокруг колодца, наиболее эффективно содействует процессу погружения. Тиксотропный раствор снижает силу трения между стенками колодца и грунтом в сотни раз. Поэтому для погружения в тиксотропной рубашке можно применять тонкостенные конструкции, масса которых намного меньше массы обычных опускных колодцев.

Наружный диаметр ножа делают на 10...15 см больше размера колодца. Получившийся уступ образует вокруг колодца полость, которую заполняют тиксотропным раствором. По периметру уступа крепят резиновый манжет, предотвращающий проникание тиксотроп-ного раствора внутрь колодца. На поверхности земли вокруг колодца из бетонных элементов собирают форшахту - кольцевой,резервуар, что предохраняет верх„полости от обрушения стенок. По мере надобности раствор в полость подкачивают через инъекторы.

Опущенные до проектной отметки колодцы в зависимости от их назначения полностью или частично заполняют бетоном.

Сначала бетонируют днище. При незначительном притоке грунтовых вод его можно бетонировать в осушенном колодце. Если же работы проводились без водоотлива, днище бетонируют под водой. Толщину днища назначают такой, чтобы после затвердения бетона и осушения колодца оно могло выдержать гидростатический напор грунтовых вод. Для устройства бетонного днища под водой применяют метод вертикально перемещаемой трубы и метод восходящего раствора.

После приобретения бетоном днища проектной прочности воду откачивают и в осушенном колодце бетонируют обычным способом внутренние конструкции.

Опускной колодец представляет собой открытую сверху и снизу железобетонную (реже стальную и бетонную) конструкцию, стены которой в нижней части имеют заострения (консоли), обычно усиленные металлом (ножи) (рис. 4.3). Опускные колодцы догружаются в грунт под действием собственного веса по мере разработки и удаления грунта, расположенного в полости колодца и ниже его ножа.
Стены колодцев либо сооружают сразу на полную высоту, либо наращивают по мере погружения колодцев в грунт. Погружение опускных колодцев в грунт производят с откачкой или без откачки воды из их полости.

После достижения опускным колодцем проектной глубины заложения фундамента полость колодца целиком или частично заполняют бетонной смесью сначала подводным способом, а затем насухо. В верхней части колодца сооружают распределительную железобетонную плиту, на которой впоследствии ведут кладку надфундаментной части опоры; в некоторых случаях такую плиту не делают.
Опускные колодцы применяют в случаях расположения грунтов с достаточной несущей способностью на больших (более 5-8 м) глубинах, когда сооружение фундаментов в открытых котлованах из-за сложности крепления их стен экономически нецелесообразно или технически неосуществимо. Поскольку в подобных случаях кроме опускных колодцев можно применять фундаменты из свай или оболочек, выбор типа фундамента производят на основе технико-экономического сравнения вариантов. Достоинством фундаментов из опускных колодцев является возможность их погружения без использования сложного технологического оборудования. Недостатками их являются большой объем кладки и значительные трудности, возникающие при встрече колодцев в водонасыщенных грунтах с препятствиями в виде крупных валунов, скальных прослоек, топляков и т.п. Устранение таких препятствий возможно лишь после откачки воды из колодцев, что при водонасыщенных грунтах не всегда удается сделать. Трудности, связанные с необходимостью осушения колодца, возникают и при посадке его на скальный грунт, поверхность которого не бывает строго горизонтальной и нуждается в планировке для возможности опирания на него колодца по всему периметру.

Очертание и габаритные размеры опускного колодца в плане определяются формой и размерами поперечного сечения надфундаментной части сооружения на уровне обреза фундамента, а также несущей способностью грунта, на который намечается опереть колодец.
Фундаменты из опускных колодцев имеют, как правило, вытянутую в плане прямоугольную форму либо форму, близкую к прямоугольной, но отличающуюся от нее закруглениями в углах, либо вытянутую форму с короткими сторонами в виде полуокружности; применяют также круглые колодцы.
Прямоугольные колодцы проще в изготовлении, но погружать их в грунт тяжелее, чем колодцы с очертаниями в плане, показанными на рис. 4.5. В связи с этим колодцы прямоугольного очертания в плане применяют в основном в случаях, когда надо преодолеть слой легкопроходимого грунта толщиной не более 10 м.
На уровне верха опускного колодца (на уровне обреза фундамента) устраивают уступы во всех направлениях шириной не менее 1/50 глубины погружения колодца и не менее 40 см. Это позволяет обеспечить проектное положение надфундаментной части опоры при возможных смещениях верха колодца в плане.

От горизонтального давления грунта в наружных стенах колодца возникают изгибающие моменты. Уменьшения этих моментов достигают устройством внутренних стен. Расстояния в свету между стенами (размеры шахт) должны быть достаточными для нормальной работы землеройных снарядов.
При грейферной разработке грунтов размеры шахт должны минимум на 0,5 м превышать размер грейфера в раскрытом состоянии. Размеры шахт в плане обычно принимают от 2 до 5 м. При погружении колодцев на глубину 8-10 м их наружные поверхности делают вертикальными (рис. 4.6).
Толщину наружных стен железобетонного колодца обычно принимают равной 0,7-1,5 м, а внутренних 0,5-1 м. Принятая толщина стен должна обеспечить вес колодца, достаточный для преодоления сил трения грунта о колодец, препятствующих его погружению.
Стены колодцев армируют горизонтальной и вертикальной арматурой. Площадь сечения арматуры определяют, как правило, расчетом на усилия, возникающие в процессе погружения колодцев. Нижние части наружных стен (консоли) колодцев устраивают переменного сечения по высоте. Консоли, как правило, заканчиваются стальными ножами с горизонтальной площадкой (банкеткой) шириной 0,15-0,20 м или заостренными.
Чтобы исключить возможность опирания внутренних стен колодца на грунт, их низ располагают выше низа наружных стен на 0,5 м. Для возможности сообщения между шахтами во внутренних стенах предусматривают проемы или низ этих стен располагают не менее чем на 2 м выше ножа колодца.
Выше консоли (на расстоянии не менее чем 2,2 м от низа колодца) в наружных и внутренних стенах колодцев устраивают штрабы глубиной 25-30 см и высотой 80-160 см, обеспечивающие надежную связь между стенами колодца и бетоном заполнения, а также возможность в случае крайней необходимости устройства потолка для превращения опускного колодца в кессон.

Опускной колодец опирают на толщу грунта, обладающего достаточной несущей способностью. Поверхность этой толщи не бывает строго горизонтальной, поэтому для обеспечения опирания на нее колодца по всей подошве его заводят в эту толщу на 1-2 м. В соответствии с этим назначают отметку подошвы фундамента.
По опыту построенных сооружений расход бетона на изготовление колодцев в общем объеме кладки фундаментов изменяется от 10 % для колодцев-оболочек, заполняемых сплошь бетоном, до 90 % для толстостенных колодцев без бетонного заполнителя. Расход арматуры на 1 м кладки колодцев изменяется от 50 кг для массивных конструкций до 300 кг для колодцев-оболочек, принудительно погружаемых в грунт.

В зависимости от конструктивных особенностей сооружений, объемов работ и местных условий бетонные и железобетонные колодцы изготовляют из монолитного или сборного железобетона (рис. 4.8). Целесообразность применения того или другого вида колодцев определяется, исходя из результатов сравнения стоимости работ и затрат труда.
При небольших объемах работ монолитные, бетонируемые на месте погружения колодцы применяют более часто, так как доставка сборных конструкций или их изготовление вблизи объекта во многих случаях связаны с необходимостью значительных дополнительных затрат средств и времени.
На фундаменты из одного колодца ориентируются, как правило, при необходимости опускания бетонируемых на месте колодцев под действием собственного веса. На сооружение таких фундаментов затрачивается меньше времени по сравнению с фундаментами из нескольких колодцев.
В построенных фундаментах из нескольких колодцев-оболочек расход бетона уменьшен в 2-4 раза по сравнению с фундаментами из одиночных колодцев, заполненных бетоном. При таком сокращении объема кладки экономически оправданно и целесообразно широкое применение конструкции из сборного железобетона. Поскольку резко уменьшаются суммарные объемы и вес элементов одного фундамента, то соответственно снижаются затраты труда, стоимость изготовления и монтажа колодцев-оболочек по сравнению с толстостенными колодцами больших размеров. Возможно их принудительное заглубление в разные грунты вибропогружателями.

На рис. 4.9 показана конструкция сборного опускного колодца.
По данным опыта строительства в нашей стране и за рубежом установлено, что применение колодцев-оболочек, способствуя значительному сокращению объемов работ, обеспечивает при хороню освоенной технологии снижение на 10-25 % стоимости фундаментов и уменьшение трудоемкости в 1,5-3 раза.
В случаях погружения колодцев на большую глубину приходится преодолевать значительные силы трения, возникающие между наружными поверхностями колодцев и грунтом. Для обеспечения погружения колодцев в этих случаях их наружные поверхности делают с одним или несколькими уступами (рис. 4.10) шириной не менее 10 см, из которых первый располагают на высоте 2-4 м от низа колодца. Иногда вместо уступов наружным поверхностям придают наклоны, сохраняя вертикальность этих поверхностей лишь в пределах нижней части колодцев высотой 3-4 м.

При развитии уступов или увеличении наклонов наружной поверхности колодца облегчается его погружение в грунт, но в то же время колодец в процессе погружения становится менее устойчивым, легче кренится и смещается в стороны, что затрудняет обеспечение его проектного положения. В связи с этим развитие уступов и наклоны наружных поверхностей колодцев ограничивают прямыми, имеющими наклоны не более 20:1.
Резкого снижения сил трения грунта о колодец удается достичь применением тиксотропной рубашки . В этом случае колодец изготовляют с одним уступом шириной до 15 см, расположенным в его нижней части, и вертикальной боковой поверхностью независимо от размеров и глубины погружения колодца в грунт. Тиксотропная рубашка образуется из глинистого раствора, нагнетаемого через специальную трубу (в процессе погружения колодца) в пространство между наружной поверхностью колодца и грунтом. Применение тиксотропных рубашек позволяет снизить толщину стен колодцев до 0,4-0,6 м.

Для принудительного погружения опускных колодцев применяют различные типы опорных конструкций. При строительстве заглубленных на 45-55 м сооружений диаметром 9-12 м успешно используют опорные конструкции в виде набора двухконсольных балок, шарнирно закрепленных в опорном воротнике, при этом одна консоль каждой балки оборудована домкратом, а противоположная жестко оперта на грунт. В шахтном строительстве при переходе от обычного способа проходки к опускной применяют треугольные упоры, шарнирно закрепленные в крепь ранее пройденного участка. При задавливании колодцев со стенами, собираемыми из колец высотой более величины хода штоков домкратов, используют опорную конструкцию в виде стойки, закрепленной шарнирно в опорном воротнике и оснащенной съемной консолью, которая устанавливается на нужный уровень по мере погружения колодца.

Для задавливания опускных колодцев применяют гидравлические домкраты грузоподъемностью 500-1500 кН с величиной хода штока 800-1200 мм, причем гидравлическая схема домкратной системы должна предусматривать независимое включение и отключение каждого отдельного домкрата.
Погружение колодцев способом задавливания может осуществляться как без водоотлива, так и в осушенных грунтах. Для разработки грунта используют грейферы или средства гидромеханизации. У нас в стране этим способом возведено более 200 сооружений глубиной 50 м и более, круглых в плане с диаметром 5-30 м и прямоугольных с площадью сечения до 420 м2. Есть примеры применения способа задавливания колодцев в Японии и Мексике. Этот способ целесообразно применять при возведении сооружений, заглубляемых на 20 м и более, в тех случаях, когда необходимо обеспечить их строгую вертикальность, а также когда работы ведутся вблизи существующих строений и коммуникаций.
Работы по регулируемому погружению колодцев с помощью домкратов по второй схеме выполняются в следующей последовательности (рис. 4.12).
Перед началом работ по возведению заглубленного сооружения по его периметру пробуривают скважины 1, причем в зависимости от инженерно-геологических условий в нижней части скважин могут быть устроены уширения 2. В скважину опускают канат 6 с анкерным устройством 7 на его конце, после чего анкерные сваи бетонируют до отметки на 0,5 м ниже заложения ножа колодца. Затем по поверхности грунта возводят наружные стены 4 колодца, устраивая в них каналы 5 для пропуска тяжей канатов 6. После набора бетоном стен колодца проектной прочности на них устанавливают специальные домкраты 3, к которым присоединяют свободный конец тяжа-каната.

В процессе погружения колодца осуществляется выемка грунта из центральной части колодца с оставлением берм у ножа. Разработав грунт на глубину одного яруса, включают домкраты и сооружение задавливают в грунт, после этого разрабатывают грунт бермы, разрушенной во время задавливания колодца, и цикл повторяется.

→ Фундаменты

Опускные колодцы и кессоны


Опускные колодцы и кессоны


Наиболее типичными представителями фундаментов глубокого заложения являются опускные колодцы и кессоны.

Опускной колодец представляет собой сборную или монолитную железобетонную конструкцию, которая может иметь прямоугольное или кольцевое очертание в плане (рис. 11.1). Тяжелые массивные опускные колодцы выполняют, как правило, в монолитном варианте (рис. 11.1, а), а облегченные - в виде сборных свай-оболочек (рис. 11.1, б).

Массивный опускной колодец погружается в грунт следующим образом. На поверхности основания возводят пустотелую нижнюю часть фундамента (рис. 11.1, в). Затем, используя землеройные механизмы, через вертикальную полость извлекают грунт. Под действием собственного веса колодец погружается (рис. 11.1, г). По мере опускания колодец можно наращивать, получая фундамент требуемой глубины. По достижении проектной отметки нижнюю часть колодца заполняют бетонной смесью, увеличивая площадь подошвы фундамента. При возведении канализационных насосных станций известны случаи погружения опускных колодцев диаметром до 70 м на глубину более 70 м.

Рис. 11.1. Опускные колодцы:
а – массивный опускной колодец, разделенный на ячейке; б - легкий опускной колодец из

Цилиндрической сваи-оболочки; в - установка колодца на поверхности грунта; г - разработка грунта грейфером и заполнение нижней части бетонной смесью

Для погружения колодца в окружающий грунт нижнюю часть колодца выполняют в виде специального ножа из листовой стали, закрепляемого с помощью закладных деталей (рис. 11.2, а), а для уменьшения трения грунта о стенки колодца при погружении с внешней стороны делают небольшой уступ, и образующийся зазор заполняют раствором бентонитовой глины, которая поддерживает стенки грунта в процессе погружения (рис. 11.2, б). В последние годы в связи с развитием производства сборного железобетона стали применять и массивные сборные опускные колодцы, собираемые из отдельных секций толщиной 50…60 см с горизонтальным членением на блоки, повторяющие конфигурацию колодца в плане.


Рис. 11.2. Конструктивные детали и нагрузки, действующие на колодец:
а - конструкция ножа, б - сборный опускной колодец; в - нагрузки, действующие на колодец во время погружения; г - эпюры неравномерного давления грунта на боковой поверхности при «навале» на грунт во время неравномерного погружения; 1 - щель, заполняемая раствором бентонитовой глины; 2 - бетонная стенка; 3 - нож из сварной стали; 4 - железобетонное днище колодца

Сборные оболочки имеют небольшой собственный вес по сравнению с массивным опускным колодцем, поэтому сила тяжести в данном случае оказывается недостаточной для погружения. В связи с этим оболочки погружаются принудительно мощными вибропогружателями и вибромолотами, которые с помощью болтовых соединений жестко прикрепляют к верхнему фланцу Через специальный наголовник.

В строительной практике применяют оболочки диаметром от 1 до 3 м при толщине стенок 12 см. После погружения первого звена из его внутренней полости грунт извлекают, затем вибропогружателем доводят оболочку до проектной отметки. Нижнее звено оболочки оборудуют ножом, а стык звеньев выполняют с помощью фланцевых соединений на болтах или сварке.

Если в основании оболочки имеется слой скального грунта, то в нем пробуривают скважину, диаметр которой равен диаметру оболочки, с последующим заполнением оболочки и скважины бетоном, что обеспечивает заделку фундамента в скальном грунте.

В нескальных грунтах для повышения несущей способности прибегают к устройству уширения с помощью разбуривания или каму-флетного взрыва с последующим заполнением полости бетоном.

Оболочки погружают в грунт на глубину 30 м и более. К достоинствам таких фундаментов относится очень высокая несущая способность (более 10 МН), к недостаткам - возникновение значительных колебаний грунта на большом расстоянии от места погружения фундамента, в связи с чем их не рекомендуется применять в заселенных районах городов.

При погружении опускных колодцев необходимо обеспечивать его вертикальное положение, не допуская развития крена. Крен обычно устраняют с помощью увеличения разработки грунта в той части, где осадка меньше.

Способ разработки грунта выбирают в зависимости от размеров опускных колодцев, а также инженерно-геологических условий строительной площадки. При значительном объеме земляных работ применяют грейдеры или экскаваторы с бульдозером, опускаемыми в колодец. Последние, находясь в колодце, заполняют специальные ковши, которые с помощью крана извлекают на поверхность. При таком способе разработки грунта необходимо предотвращать поступление подземных вод в колодец, что осуществляется с помощью искусственного водопонижения или устройства шпунтовых заграждений, погружаемых до слоя водоупорных грунтов.

Разработка грунтов грейфером, эрлифтом или гидромонитором разрешается без устройства водозащитных экранов, однако в этом случае внутри колодца необходимо поддерживать повышенный уровень воды в колодце, превышающий уровень подземных вод, для предотвращения поступления (наплыва) грунта, окружающего колодец, что может вызвать около него осадку поверхности основания.

Расчет опускных колодцев производят на нагрузки, возникающие как в процессе погружения колодца, так и во время эксплуатации. При погружении колодцы испытывают воздействие следующих нагрузок: собственный вес колодца, давление грунта на стенки колодца, реактивное давление грунта, действующее на нож, и силы трения по боковой поверхности (рис. 11.2, в).

Тонкостенные оболочки рассчитывают, как пространственные оболочки, методами, используемыми при проектировании железобетонных конструкций.

Опускные колодцы, прямоугольные в плане, рассчитывают в горизонтальной плоскости как статически неопределимые железобетонные рамы на нагрузки, аналогичные действующим на цилиндрические колодцы. Нож колодца рассчитывают как консольную конструкцию, находящуюся под действием направленной под углом реакции грунта.

Днище колодца обычно выполняют из монолитного железобетона и рассчитывают как плитную конструкцию, находящуюся под действием реактивного давления грунта и гидростатического давления воды.

Опускные колодцы, погружаемые ниже уровня подземных вод, необходимо рассчитывать против всплытия. Для предотвращения всплытия днище колодца заанкеривают с помощью свай, погружаемых в нижележащие слои грунта, или устройства анкеров (см. рис. 8.6, в).

Основным неудобством при погружении опускного колодца является подводный способ разработки грунта. Сложность контролирования и управления этим процессом в случае неполного заполнения ковша грейфера, извлекающего грунт, и трудностей, возникающих при удалении камней, валунов и других крупных включений, привели к необходимости разработки и применения кессонного метода устройства фундаментов.

Способ возведения фундаментов с помощью кессона основывается на отжатии подземных вод из зоны разработки грунта с помощью избыточного давления, создаваемого сжатым воздухом.

Этот способ был впервые предложен и осуществлен в XIX в В связи с тем что этот способ связан с пребыванием людей при повышенном давлении и использовании дорогого оборудования, в настоящее время его применяют сравнительно редко, обычно в тех случаях, когда имеются препятствия для возведения свайных фундаментов и опускных колодцев.

Кессон представляет собой жесткую коробчатую конструкцию (рис. 11.3, д), имеющую потолок и боковые стенки консоли, располагаемые в нижней части фундамента. В рабочую камеру 5 подается сжатый воздух по трубам, давление которого назначается таким, чтобы уравновесить давление столба воды высотой Н и обеспечить ее отсутствие в рабочей камере. Для сообщения с рабочей камерой, которое необходимо в основном для прохода людей, подачи материалов и оборудования, на шахтной трубе устанавливают шлюзовой аппарат. Разработку грунта часто осуществляют гидромонитором, а его удаление - с помощью эрлифта.

Рис. 11.3. Схема возведения фундамента глубокого заложения кессонным методом

По мере разработки грунта в рабочей камере кессон под действием собственного веса и надкессонной кладки 9 погружается в грунт. Надкессонную кладку наращивают по мере погружения кессона (рис. 11.3, а). По достижении кессона проектной отметки (рис. 11.3, б) рабочую камеру заполняют кладкой или бетонной смесью, шахтные трубы и шлюзовые аппараты снимают, а шахтные колодцы также заполняют кладкой или бетонной смесью.

Продолжительность работы в кессоне строго регламентируется правилами техники безопасности.

Кессоны выполняют из монолитного или сборного железобетона и рассчитывают на нагрузки, действующие на опускные колодцы совместно с дополнительными: от веса кладки и избыточного давления на стенки рабочей камеры.

Предисловие

Метод опускного колодца при строительстве водопроводных или канализационных сооружений используют при устройстве насосных станций, водозаборов, подземных опор и тому подобное.

Метод опускного колодца при строительстве водопроводных или канализационных сооружений используют при устройстве насосных станций, водозаборов, подземных опор и тому подобное. Технология возведения опускных колодцев заключается в том, что под ножевой частью будущих стен сооружения убирают грунт в направлении от центра к периметру стен. В итоге стены опускного колодца утрачивают опору с внутренней стороны, и под действием собственной тяжести сооружение опускается.

Опускной метод устройства колодца реализуют в следующей последовательности.

Выкапывают котлован глубиной 3-6 м, извлекая грунт лопатами или, если есть возможность, используют экскаватор (на большом неосвоенном участке) или мини-экскаватор (bobcat), если территория не позволяет развернуться тяжелой технике. Вынутый грунт складируют в стороне от места работ, чтобы он не оказывал давления на почву и не вызывал осыпания стенок котлована.

Планируют дно котлована, придавая ему горизонтальность.

Если при строительстве опускного колодца скважина оказались загрязненной химическими веществами, если вода перестала прибывать, если трубы, шахта или оголовок колодца пришли в негодность, домовладелец должен ликвидировать водозаборное сооружение, засыпать его глиной и уплотнить.

В заданном месте кладут опускную раму или нижний венец сруба (диаметр бревен одного или нескольких венцов должен быть примерно на 5 см больше остальных, причем уширение должно располагаться с внешней стороны, благодаря чему глиняный замок, нанесенный потом на венцы, не раскрошится и не вытрется грунтом во время движения сруба вниз) и контролируют ее строительным уровнем.

Следующий этап устройства опускного колодца — последовательная укладка рядовых венцов в соответствии с их номерами. Затем их уплотняют, припрессовывая деревянным молотком, и отвесом проверяют вертикальность всей конструкции. Действуя таким образом, доводят сруб до поверхности земли. Здесь надо заметить, что для периодической проверки вертикальности сруба и корректировки ее требуется достаточно много времени.

Чтобы оптимизировать работу, сруб опускают по направляющим. Для этого по углам с внешней стороны сруба устанавливают толстые доски и прибивают их к каждому венцу. Для еще большей надежности и жесткости конструкции посередине стенок сруба тоже можно прикрепить направляющие. Согласно технологии, сруб опускного колодца вплотную к направляющим обкладывают бревнами, забивают в образуемые ими углы колья диаметром 8-10 см и фиксируют их скобами. В результате получается контур, вдоль которого перемещаются направляющие. Все это в совокупности обеспечивает строго вертикальное движение сруба и экономит время.

По окончании работ направляющие из грунта не извлекают, хотя они создают неудобства при последующем ремонте сруба:

  • если требуется заменить сгнившие венцы, направляющие выпиливают;
  • уплотняют пазы между венцами жирной глиной, которую намазывают заподлицо с бревнами или брусьями и тщательно разравнивают;
  • фиксируют сруб изнутри толстыми досками, прибивая их по углам. Это необходимо для того, чтобы венцы при опускании не разорвались.

В последние годы на сменудеревянным венцам пришли бетонные кольца. Они удобны не только тем, что долговечнее древесины, легче в монтаже, но и тем, что никак не влияют на качество воды, не придают ей никакого привкуса. Но покупать их следует у крупных производителей.

Выбирают грунт из-под стенок сруба и подают его наверх. Если поначалу можно действовать вручную, то по мере углубления колодца необходимо применять другие способы для извлечения грунта. Для этого подготавливают прочные емкости (бочки, бадьи и т. и.), стальной трос или канат с крюками и хомутами, которые не дадут емкости сорваться, грузоподъемностью до 500 кг (диаметр первого составляет 15-20 мм, второго - 30-45 мм). Ежедневно перед началом работ и после обеда это оборудование проверяют, для чего наполняют камнями и, как минимум, 3 раза, опускают в шахту и поднимают. Если нет специальных подъемных механизмов, устанавливают треногу с блоком, через который перекидывают трос или канат, и вручную поднимают емкости с водой и грунтом на поверхность;

После того как ствол колодца закончен, на дне устраивают донный фильтр из песчано-гравийной смеси, насыпав ее слоем толщиной 20-25 см. Если вода поступает и через стены сруба, в нем проделывают отверстия. Оформляют оголовок колодца и прилегающую площадку.

Опускной способ возведения трубчатого колодца

В заключение необходимо сказать, что способом опускного колодца устраивают не только шахтный колодец с деревянным срубом, но и трубчатый колодец с железобетонными кольцами, диаметр которых подбирают так, чтобы внутри могли работать одновременно два человека. Обычно это кольца высотой 60-90 см и диаметром 100-150 см. Этот способ вполне практичный, менее трудоемкий, поскольку используются готовые кольца, а не изготавливается сруб, но применим только при близком залегании водоносных слоев (до 6 м). Бетонный колодец обойдется дороже деревянного, но он имеет целый ряд важных преимуществ, поскольку соответствует санитарным нормам; бывает герметичным и не пропускает внутрь верховодку; более легок в уходе, так как гладкие стенки без труда освобождаются от слизи и т. п.

Последовательность же действий практически не отличается от представленной ранее:

  • подкапывают грунт по периметру кольца, опускают его;
  • устанавливают очередное кольцо и т. д.;
  • фиксируют кольца между собой стальными скобами длиной 20 см, располагая их как с внешней, так и с внутренней стороны и загибая концы. Если в кольцах отверстия под скобы отсутствуют, то их просверливают;
  • заделывают стыки между кольцами цементным раствором;
  • если вода поступает не только снизу, но и сбоку, то в боковых стенках кольца проделывают отверстия;
  • в последнюю очередь обустраивают оголовок и прилегающую площадку.
Похожие статьи

© 2019 evently.ru. Все о канализации и водоснабжении.