Технология погружения опускных колодцев. Способы снижения трения стен колодца о грунт. Технология возведения опускных колодцев

Страница 17 из 17

Опускной колодец - пустотелая железобетонная конструкция, которая погружается в грунт под действием собственного веса при одновременной разработке грунта из внутренней полости и наращивании стенок в процессе погружения (рис. 2.57).

После опускания колодца до заданной отметки пространство внутри колодца полностью или частично заполняют бетонной смесью.

Глубина погружения колодца может достигать 40-50 м и более.

Стенки опускного колодца могут быть вертикальными, наклонными (i ≥ 1:100) и ступенчатыми.

Достоинства технологии сооружения опор на опускных колодцах :

  • простота и доступность;
  • погружение с помощью простейшего оборудования (кран с грейфером или эрлифты);
  • малая энергоемкость (это важно для отдаленных районов и при малых объемах работ);
  • возможность сооружения мощных фундаментов с глубиной заложения до 40-80 м.

Недостатки данной технологии :

  • большой расход бетона;
  • неполное использование (всего на 15-20%) прочностных свойств бетона как материала для колодца;
  • длительные сроки сооружения;
  • повышенная (по сравнению с сооружением свайных и столбчатых фундаментов) трудоемкость работ;
  • невозможно использовать колодец, если в грунте есть валуны или скальные прослойки.

Рис. 2.57 - Общий вид опускного колодца

Сейчас опускные колодцы применяют редко, так как они менее экономичны и индустриальны по сравнению со свайными и столбчатыми фундаментами глубокого заложения. Тем не менее, в определенных условиях (например, при ограниченности энергоресурсов на объекте и наличии свободной рабочей силы) этот метод фундирования мостовых опор возможен.

Серьезной проблемой при опускании колодца являются препятствия в виде валунов, утонувших бревен и т. п., удалить которые трудно. Если в процессе опускания попадается такое препятствие, водоотлив, организуемый внутри колодца, может привести к прорыву грунта во внутреннюю полость. Для предупреждения прорыва воды с грунтом колодец иногда обкладывают снаружи мешками с глиной. В некоторых случаях препятствия можно удалить с помощью водолазов. Если удалить препятствие невозможно, колодец превращают в кессон.

Опускные колодцы в основном сооружают на островке (или на суходоле), специально отсыпаемом на месте будущей опоры зли на берегу, с последующей доставкой к месту установки.

Методы опускания колодцев :

  1. С островков.
  2. С доставкой на плаву с берега (наплавной колодец).
  3. С подмостей на подвесках.

Первый способ опускания колодца возможен на реках с глубиной до 2-2,5 м и скоростью течения до 0,8 м/с. Островок отсыпают с естественными откосами (рис. 2.58, а).

Рис. 2.58 - Устройство островка: а - без ограждения; б - в ограждении

Если скорость течения реки превышает 0,8-1,5 м/с, а глубина - около 2,5-4 м, вокруг островка устраивают защитное ограждение (рис. 2.58, б).

Если глубина и скорость течения велики, обычно устраивают кольцевые в плане, металлические шпунтовые ограждения, заполненные грунтом засыпки (рис. 2.59). Шпунт используют плоский, типа ШП-1 и ШП-2.

В шпунтовом ограждении кольцевого очертания шпунт работает только на растяжение. На уровне поверхности грунта горизонтальные усилия в шпунте определяют по формуле:

при допустимом усилии [S] = 100 тс/п. м (с коэффициентом запаса, равным 2), где D - диаметр островка;

Здесь G - вес островка и опускного колодца;

γ взв , γ гр - удельный вес грунта засыпки во взвешенном и естественном состоянии соответственно;

φ - угол внутреннего трения грунта засыпки.

Проверка основания островка производится по формуле:


Рис. 2.59 - Расчетная схема островка

Часто колодец изготовляют непосредственно на островке, месте его опускания. Если запроектирован колодец высотой до 7-8 м, его сооружают целиком. По периметру выкладывают подкладки, собирают опалубку, конструируют арматуру и бетонируют колодец. После выстойки бетона подкладки удаляют: сначала под внутренними и торцевыми стенами, а затем равномерно (через одну) под продольными. В последнюю очередь удаляют 4 фиксированные подкладки по углам колодца. По мере удаления подкладок под нож колодца подсыпают песок.

Колодец опускается, главным образом, за счет преодоления боковых сил трения собственным весом. Одновременно извлекают грунт из шахт (проемов) колодца механическим способом (грейфером, подвешенным к стреле крана) или гидромеханическим (гидроэлеватором или эрлифтом), который чаще применяют для несвязных грунтов. Для обеспечения гарантированного опускания колодца требуется выполнение условия

G кол > 1,25·T тр ,

T тр = f тр · h .

Здесь f тр = 1-2,5 тс/м 2 для песков и 2,5-5,0 тс/м 2 для глин;

P - периметр колодца;

h - глубина погружения колодца в грунт;

G кол - вес колодца.

Облегчить погружение можно с помощью вибропогружателей, задавливанием (пригружая островок, например, водным балластом в понтонах), а также уменьшением силы трения, чего достигают:

  • подмывая грунт под ножом и по боковой поверхности наружных стен (для этого в стены закладывают специальные подмывные трубы);
  • делая стены в нижней части колодца толще, чем в верхней части, на 10-15 см. Создаваемая таким образом щель заполняется глинистым раствором, т. е. образуется тиксотропная рубашка . Силы трения при опускании колодца в пределах рубашки практически отсутствуют (потом раствор затвердевает, и силы трения восстанавливаются).

Трубы для подачи глинистого раствора можно закладывать в стены в районе ножа изнутри колодца. По трубам нагнетают глинистый раствор на основе бентонитовых или местных глин, обработанных, например, едким натром (NaOH). Из опыта известно, что применение глинистого раствора более эффективно, чем подмыв.

Второй способ опускания колодца (с предварительным приданием ему плавучести) целесообразен, если глубина воды превышает 10-12 м. В этом случае колодец изготавливают на берегу, затем спускают на воду и подают на плаву к месту опускания. Сооружение островка в этих условиях экономически неэффективно.

Колодец сооружают зимой у межени, с повышением уровня воды весной он всплывает, и, предварительно придав плавучесть, его транспортируют к месту установки.

Есть и другой способ: колодец стаскивают с берега в воду по специальному стапелю (слипу) катером-буксиром (рис. 2.60).


Рис. 2.60 - Спуск опускного колодца на воду по слипу

В обоих случаях плавучесть колодцу придается с помощью:

  • специального днища (рис. 2.61, а);
  • съемного колпака из тканепленочных материалов (рис. 2.61, б).


Рис. 2.61 - Придание колодцу плавучести: a - устройством днища; б - устройством колпака; A - площадь колодца; H - глубина погружения; P - выталкивающая сила

По первому варианту (рис. 2.61, а) колодец опускают на месте будущей опоры, затапливая его водой. Для этого днище разбирают водолазы. Однако этот способ неудобен для регулирования высотного положения колодца. Второй вариант (рис. 2.61, б) при наличии компрессора, расположенного на плашкоуте поблизости, значительно удобней. Для посадки на дно необходимо выпустить воздух из внутренней полости конструкции, затопить колодец. Непосредственно перед опусканием колодца грунт основания может размыться из-за повышения скорости течения, обусловленного стеснением русла колодцем. Чтобы избежать этого, необходимо обсыпать основание щебнем.

Можно сконструировать колодец в виде дерево-металлической конструкции , обладающей плавучестью. На дно его можно опустить, заполнив бетонной смесью промежуток между каркасом стен и его обшивкой (рис. 2.62).


Рис. 2.62 - Дерево-металлический колодец

Третий способ предполагает изготовление колодца непосредственно на плавучих подмостях. Затем его транспортируют к месту установки, где приподнимают лебедками через полиспасты, после чего балки подмостей разбирают, и колодец опускается на дно (рис. 2.63).


Рис. 2.63 - Опускание колодца с плавучих подмостей

Чтобы можно было нарастить стенки колодца, необходимо обеспечить плавучесть опускаемой секции во время изготовления второй секции.

Раскрепляют наплавной колодец в русле реки с помощью якорей и полиспастов. Течение действует на колодец с силой

T = T лоб + T бок ,

Здесь А лоб , А 6ок - площадь лобовой и боковой поверхности колодца соответственно;

v - скорость течения воды + скорость движения буксира;

g = 9,81 м/с 2 ;

γ (плотность воды) = 1 тс/м 3 ;

φ = 0,75-1,0 (коэффициент формы колодца, при прямоугольной форме равен 1);

f (коэффициент трения) = 0,00017.

Наводка плавучего колодца на ось опоры производится по схеме, изображенной на рис. 2.64.

Первоначально плавсистему устанавливают несколько ниже места опускания по течению (на 20-50 м), после чего колодец медленно наводят на ось опоры.


Рис. 2.64 - Наводка плавучего колодца на ось опоры: 1 - секция колодца; 2 - плашкоут; 3 - анкерный трос; 4 - якорница; 5 - полиспаст; 6 - лебедка; 7 - становые якоря; 8 - якорный канат; 9 - пеленажный якорь; 10- расчалка

Количество якорей, удерживающих плавсистему во время наводки колодца, надо проверить по несущей способности R я с учетом грунтовых условий и типа якоря (табл. 2.19).

Таблица 2.19 - Расчет несущей способности якорей в зависимости от их типа и грунтовых условий

Примечание : P як - масса якоря.

Для этих целей используют якоря адмиралтейского типа и железобетонные якоря-присосы.

Для нормальной работы необходимо, чтобы сила от троса действовала на якорь вдоль поверхности дна. Принимается, что канат провисает по параболе (рис. 2.65).


Рис. 2.65 - Схема к расчету якорного троса

Тогда усилие в нити, передаваемое на якорь, приближенно определится по формуле

Здесь q H - погонный вес троса;

H - глубина воды.

L = (10 - 15)·H .

По усилию S подбирается якорный канат и якорь (S R я ).

Представляют собой замкнутую в плане и открытую сверху и снизу полую конструкцию, бетонируемую или собираемую из сборных элементов на поверхности грунта и погружаемую под действием собственного веса или дополнительной пригрузки по мере разработки грунта внутри нее (рис.13.1 и 13.2.).

Рис.13.1 Последовательность устройства опускного колодца:

а – изготовление первого яруса опускного колодца на поверхности грунта; б – погружение первого яруса опускного колодца в грунт; в – наращивание оболочки колодца; г – погружение колодца до проектной отметки; д – заполнение бетоном полости опускного колодца в случае использования его как фундамента глубокого заложения



Рис.13.2. Формы сечений опускных колодцев в плане:

а – круглая; б – квадратная; в – прямоугольная; г – прямоугольная с поперечными перегородками; д – с закругленными торцевыми стенками

· Форма колодца в плане определяется конфигурацией проектируемого сооружения См. рис.13.2.

Наиболее рациональной является круглая форма, т.к. стенка круглого колодца работает только на сжатие, и при заданной площади основания обладает наименьшим наружным периметром, что уменьшает силы трения по их боковой поверхности, возникающие при погружении. Плоские же стенки опускных колодцев в основном будут работать на изгиб (что далеко не выгодно), но с другой стороны прямоугольная и квадратная форма позволяет более рационально использовать площадь внутреннего помещения.

· В любом случае очертание колодца должно быть в плане симметричным, т.к. всякая асимметрия осложняет его погружение (прекосы, отклонения).

· Конструкционные материалы для опускных колодцев:

Каменная или кирпичная кладка;

Ж/б- наиболее распространен:

1.Монолитные (только когда форма колодца в плане имеет сложное очертание, нет возможности изготовления сборных элементов, при проходке скальных грунтов и грунтов с большим числом валунов).

2.Сборные (наибольшее предпочтение)

· Погружению колодца в основание сопротивляются силы трения стен колодца о грунт. Для уменьшения трения колодцам придают коническую или цилиндрически уступчатую форму, с использованием тиксотропной суспензии. Оболочка опускного колодца из монолитного ж/б состоит из двух основных частей: 1 – ножевой; 2 – собственно оболочки. См. рис. 13.3.



Рис.13.3. Форма вертикальных сечений монолитных опускных колодцев:

а – цилиндрическая; б – коническая; в – цилиндрическая ступенчатая; 1 – ножевая часть опускного колодца; 2 – оболочка опускного колодца; 3 – арматура ножа колодца

· Ножевая часть шире стены оболочки на 100…150мм со стороны грунта.

· Толщина стен монолитных колодцев определяется из условия создания веса, необходимого для преодоления сил трения.

· Бетон должен быть прочным, плотным (вес) и иметь высокую водонепроницаемость – В35.

· Монолитные ж/б колодцы изготавливают непосредственно над местом их погружения на специально изготовленной выровненной площадке. При >10м его бетонирование ведется отдельными ярусами, последовательно. К опусканию преступают только после набором бетоном 100% прочности, что непроизводительно (потеря времени).

· К недостаткам монолитных ж/б опускных колодцев также следует отнести:

Большой расход материалов, не оправданный требованиями прочности;

Значительная трудоемкость, за счет их изготовления полностью на строительной площадке;

· Преимущества монолитных колодцев:

Простота изготовления;

Возможность придания им любой формы;

Отсутствие (как правило) опасности всплытия

· Из сборных опускных колодцев наибольшее распространение получили:

Колодцы из пустотелых прямоугольных элементов (рис.13.4)



Рис.13.4. Сборный опускной колодец из пустотелых прямоугольных блоков:

1 – блоки; 2 – форшахта; 3 – монолитный железобетонный пояс; 4 – нож из монолитного железобетона

Из плоских вертикальных панелей (клепок) (рис.13.5)



Рис.13.5. Сборный опускной колодец из вертикальных панелей:

1 – панели; 2 – форшахта;

· Колодцы из пустотелых прямоугольных элементов выполняют с монолитной ножевой частью, на которой монтируется оболочка из сборных двухпустотных блоков (рис.13.4), без перевязки швов (один на другой). Блоки скрепляются между собой только в вертикальных швах. В результате образуются вертикальные пустоты в блоках на всю высоту колодца, заполняемые в последствии бетоном. Если колодец разбит по высоте, то в верхней части каждого яруса опускания устраивают монолитный пояс.


Рис.Схема расположения пустот в блоках опускного колодца

Наличие в блоках сквозных пустот позволяет регулировать вес колодца при его опускании или для выравнивания при перекосах (заполнение пустот тяжелыми материалами, что также при необходимости удерживает колодец от всплытия).

· Каждая из плоских вертикальных панелей (клепок) представляет собой элемент стены колодца на всю его высоту (рис.13.5). Между собой панели соединяются с помощью петлевых стыков или накладками на сварке.

· При необходимости возведения такого опускного колодца большей высоты стены его наращивают такими же панелями, но уже без ножевой части. При этом в горизонтальном стыке панели верхнего и нижнего яруса соединяют сваркой закладных деталей.

· При высоком уровне УГВ в слабых грунтах и откачке воды изнутри колодца вода проникает внутрь колодца, вызывая механическую суффозию (вымывание и перемещение частиц грунта). Вокруг колодца образуется грунт с нарушенной структурой, поверхность грунта может опускаться, вызывая деформации соседних зданий. Альтернатива данному способу - погружение колодца без откачки воды.


Рис. Схема движения воды (суффозии) при выемке грунта из опускного колодца

· Открытый водоотлив применяют в устойчивых грунтах с относительно малым Кф .



Рис.13.6. Разработка грунта в опускном колодце:

а – насухо с помощью экскаватора; б – под водой с помощью грейфера; 1 – колодец; 2 – башенный кран; 3 – экскаватор; 4 – кран-экскаватор; 5 – грейфер

Эти две схемы погружения колодцев называются:

1.Насухо (при отсутствии подземных вод или с применением открытого водоотлива или водопонижения).

2. С разработкой грунта под водой.

· Выбор способа разработки грунта зависит от размеров колодца, геологических условий строительной площадки и местных условий строительства. Так, например, грейферы применяют для разработки рыхлых песков, легких супесей, галечников и т.д.

· Глубина разработки грунта на одну «Посадку» колодца принимается равной 1,5…2,0м при использовании экскаваторов и бульдозеров и не более 0,5м при применении средств гидромеханизации.

· Разработка грунта под водой осуществляется преимущественно экскаваторами, оборудованными грейфером (рис.13.6 б). В случае очень слабых грунтов (плывуны), чтобы предотвратить их наплыв из-под ножа, рекомендуется поднимать уровень воды в колодце на 1…3м выше УГВ, накачивая в него воду.

· Недостатком «под водой» является:

Сложность контроля процесса откопки;

Трудность удаления крупных включений.

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 .

Опускные колодцы являются довольно распространённой конструкцией при возведении фундаментов глубокого заложения. Технологическая последовательность производства работ по устройству опускного колодца показана на нижеприведённой схеме.

Технологическая последовательность выполнения работ по устройству фундамента глубокого заложения - опускного колодца.

Последовательность выполнения работ по устройству опускного колодца в соответствии с обозначениями на схеме:

  1. Устройство колодца непосредственно на поверхности грунта (массивная ж/б конструкция, как правило, круглая в плане).
  2. Разработка грунта из нутрии колодца (опускание колодца).
  3. Наращивание колодца (опускание происходит под собственным весом).
  4. Погружение колодца на проектную отметку и удаление из него грунта.
  5. Заполнение колодца (бетонирование – создание массивной опоры).

Если колодец входит в состав фундамента, то такие колодцы называются массивными .

Если колодец используется в качестве помещения (резервуар, насосная станция и т.д.), то такие колодцы называются легкими или колодцами – оболочками .

Форма колодца в плане может быть различной (см. схему) и определяется, в конечном счёте, назначением конструкции и применяемым материалом.


Плоские стенки колодца будут работать на изгиб от бокового давления грунта, а стенка круглого колодца - только на сжатие, что является основным их преимуществом. Погружению колодца в основание сопротивляются силы трения по периметру наружных стен колодца о грунт. Для уменьшения трения колодцам придают коническую или цилиндрически - уступчатую форму (см. схему).


Коническая форма опускного колодца не устойчива при опускании (возможен перекос колодца) поэтому применяется довольно редко. Наиболее часто в нижней (ножевой) части колодца, по его внешнему периметру устраивается уступ (щель), заполняемая глинистым раствором. В результате создаётся так называемая тиксотропная рубашка – глинистый раствор позволяет уменьшить толщину стен опускного колодца в 2…3 раза.

Очень часто опускные колодцы должны проходить верхнюю толщу слабых водонасыщенных грунтов (песков с высоким уровнем грунтовых вод (У.Г.В.) и высокой фильтрующей способностью) (см. схему).

Схема возможной деформации грунтового пространства вокруг колодца при интенсивном водопонижении.

В этом случае при выемке грунта из колодца, вода проникает внутрь колодца, вызывая перемещения частиц грунта – происходит механическая суффозия. В результате вокруг колодца образуется грунт с нарушенной структурой. Поверхность грунта начинает опускаться, вызывая деформации соседних зданий, строительным механизмом, что не допустимо.

Альтернатива данному явлению – погружение колодца без откачки воды. В этом случае ведут подводные земляные работы при гидростатическом равновесии (см. схему).

Производство таких работ затруднено, поскольку разработка грунта ведётся под водой, что не позволяет визуально оценить грунтовые условия непосредственно под режущей кромкой ножа, особенно в том случае, если в основании могут встретиться неоднородные включения.

В качестве примера, производство работ при устройстве опускного колодца, представлено на следующем видеоролике.

Разработка грунта из колодца экскаватором с удлинённой стрелой.

Не трудно заметить, что на видеоролике представлено опускание круглого колодца, состоящего из сборных ж/б элементов. Грунт основания – глина с низким коэффициентом фильтрации, поэтому поступление грунтовых вод в колодец практически не происходит. Выемка грунта осуществляется экскаватором с обратной лопатой на специальной удлинённой стреле.

2

Разделы

Постоянный адрес этой главы: сайт/Learning/Basesandfoundations/Open.aspx?id=Chapter11

Колодцы опускные сооружаются по специальным строительным технологиям, которые могут использоваться при возведении различных построек, где требуется фундамент значительного заглубления. Применение доказало их высокую надежность и эффективность.

В настоящее время опускные колодцы и кессоны уже не считаются редкостью и становятся достаточно популярными. При использовании такой технологии важно правильно произвести все расчеты на стадии проектирования, и эту работу лучше доверить специалистам.

По своей сути опускной колодец представляет собой полую форму, которая заглубляется в землю и исполняет роль оболочки для дальнейшего формирования определенной конструкции.

Строительство на такой основе получило название способ опускного колодца . Применяется эта технология для строительства заглубленных сооружений, возведения фундаментов и опор с углубленным заложением. Данная система позволяет перераспределять нагрузки на нижние слои грунта, имеющие повышенную прочность.

Принцип способа основан на погружении в грунт стенок конструкции под собственным весом. Этому способствует ножевая часть опускного колодца, которая является одной из его составляющих.

Подземная колонна собирается на поверхности, а нож контактирует с грунтом. После выемки земли из внутренней полости начинается постепенное заглубление системы. Причем нож опускного колодца установлен так, что почва выдавливает внутрь формы.

Рассматриваемые конструкции изготавливаются из бетона, железобетона, стали, дерева и камня. Наиболее распространены железобетонные. По геометрии поперечного сечения различаются круглые, овальные и прямоугольные (квадратные) формы.

Колодцы могут иметь монолитную бетонную или стальную конструкции, собираться из тонкостенных элементов или представлять собой колонну пустотелых блоков. По технологическим соображениям строительство колодца может осуществляться в сухом грунте; при искусственном заглублением водоносного пласта (с водоотливом, водоотводом) или непосредственно под водой (без водоотлива, водоотвода).

Обустройство колодца

Наиболее распространенным вариантом является отпускной колодец круглой формы. В вертикальном направлении он может выполняться в виде цилиндра, конуса и ступенчатой конструкции. На нижнем торце формируется заострение со скосом внутрь. Простое заострение называется консолью, а если оно усилено металлом — ножом. Естественно, что стальной нож облегчает опускание блока в грунт.

Возводить колодец можно двумя основными способами: наращивание колонны по мере погружения или сборка всей колонны с последующим ее опусканием. После того, как блоки погружаются на заданную глубину, осаживание колонны прекращается, а внутренняя полость частично или полностью заполняется бетонной смесью. Монолитное заполнение обеспечивается при строительстве опор (фундамента), а частичное — при формировании подземных подвальных помещений.

Возведение сооружений методом опускного колодца устраняет необходимость рытья котлована для фундамента и установки опалубки. Это очень важно при проведении строительных работ в болотистой местности, при высоко залегающих подземных водах, рыхлых почвах. Глубина опускания колодца чаще всего составляет 6-8 м, а порой достигает 20-25 м. Понятно, что копание ямы такой глубины очень затруднительно, а порой невозможно. Опускной колодец исправляет положение и служит оболочкой (несъемной опалубкой) глубокой подземной части сооружения.

Размеры опускного колодца могут быть различными в зависимости от назначения. Достаточно часто таким методом возводятся достаточно крупные сооружения, и диаметр блоков может составлять 60-80 м. При больших габаритах для усиления бетонной конструкции их внутренняя полость разделяется перегородками (ячеистый тип).

Опускание колонны блоков, как правило, обеспечивается ручным способом, т.е. простым подкапыванием под стенками с удалением грунта наверх . В то же время для ускорения строительства и повышения надежности применяются и специфические методики. Так, в песчанике или сыпучих грунтах используются вибраторы.

При прохождении глинистых участков находит применение система введения раствора на основе глины в зазор между колонной и грунтом, что дает смазывающий эффект. В последующем в такой раствор добавляется цемент, обеспечивающий монолитный упрочняющий слой. В случае прохождения водонасыщенных участков могут устанавливаться насосы для откачки влаги.

Если работы ведутся на достаточно твердой почве, то порой используется средство принудительного осаживания колодца, например, гидравлический домкрат.

Основное преимущество опускных колодцев заключается в возведении глубоких фундаментов без применения специальной дорогостоящей техники . В то же время необходимо отметить сложности, которые могут возникать при строительстве. Данная технология не может применяться в каменистых грунтах.

Даже наличие крупных валунов на трассе опускания колонны создает порой неразрешимую проблему. Сложностью методики является и обеспечение строгой вертикальности колонны. Осаживание блоков требует равномерного подкапывания и постоянного контроля процесса погружения.


Что учитывается при проектировании

Проектирование опускных колодцев включает такие направления, как расчет необходимых размеров блоков, глубины их погружения, а также выбор материалов и конструкции. Главная цель рассматриваемой технологии — установка опоры на твердый, прочный грунт. Глубина колодца чаще всего определяется именно залеганием такого пласта.

Расчет опускных колодцев определяет размер поперечного сечения блоков, толщину стенок, необходимость внутренних перемычек, площадь опоры на грунт. При проведении расчетов важно учесть все опасные воздействия. К основным механическим факторам можно отнести следующие нагрузки:

  • масса сооружения, приходящаяся на данную опору с учетом перераспределения усилий, и самого колодца;
  • сила трения при погружении колонны;
  • боковое давление грунта, в т.ч. при его промерзании и подвижках;
  • распирающее усилие грунта изнутри при осаживании колодца.

Прочностные характеристики формируемой опоры зависят также от несущей способности слоя грунта, на который опирается сооружение. Исходя из этого параметра определяется необходимая площадь подошвы колодезной колонны.

Конструктивные элементы

Нижний конец колодца (подошва) опирается на твердый слой грунта. Такая естественная подложка очень редко бывает идеально ровной, и для обеспечения горизонтальности установки нижнего блока, подошва заглубляется в опорный грунтовый слой на 0,8-1,5 м. Это необходимо учитывать при расчетах как нижнюю отметку уровня заливки бетонной смеси.

В верхней части колодца обустраиваются выступы в разные стороны с шириной, составляющей не менее 2% всей длины подземной части колодца (но не менее 45 см). Такое условие обеспечивает возможность крепления любой надфундаментной конструкции опоры (фундамента).

При большом заглублении колодца возникают значительные боковые нагрузки. Погасить чрезмерные усилия призваны внутренние перемычки, обеспечивающие повышенную жесткость формы.

Толщина основной стенки железобетонного колодезного блока выбирается исходя из расчетов, но чаще всего принимают порядка 0,6-1,6 м в зависимости от внешних габаритов. Толщина внутренних перегородок составляет 0,3-1,2 м.

При изготовлении стенок блоков производится горизонтальное и вертикальное армирование стальными стержнями. Размеры арматуры определяются из расчетов нагрузок, возникающих во время осаживания колодца.

Нижняя консоль формируется с переменным поперечным сечением по вертикали. Консоли чаще всего комплектуются стальными ножами с горизонтальным участком (банкеткой) размером 16-25 см с острой кромкой.

Для устранения упора внутренних перегородок на почву их нижний торец размещается на 40-50 см выше среза стенок. При необходимости возведения подвального помещения между ячейками блока организуются проходы в перемычках, для чего изготавливаются соответствующие проемы.
В нижней части колодца на расстоянии порядка 2,3-2,5 м от ножа в наружных стенах и перемычках формируются штрабы глубиной 20-35 см и высотой 90-140 см для улучшения адгезии между колодезными элементами и бетонной заливочной массой.

При опускании колодцев на значительную глубину необходимо преодолевать большие нагрузки за счет трения стенок блока о грунт. С целью повышения надежности конструкции в этом направлении на наружной поверхности стенки устраиваются один или несколько уступов шириной более 12 см. Первый такой элемент размещается на высоте 2,5-3 м от нижнего края колодца.

Другой вариант решения проблемы — изготовление наружной поверхности с наклоном (не более 20:1), а вертикальный участок присутствует только внизу на длине 3,5-5 м от края.

Некоторые тонкости строительства

При использовании принудительного погружения колодца обычно применяют гидравлические домкраты мощностью 600-1400 кН с хода штока 9-15 м. Для обеспечения равномерного давления гидравлическая схема должна иметь возможность независимого включение (отключение) каждого элемента домкрата.

Для выемки удаляемого грунта в больших количествах подходят грейферы или устройства, работающие по принципу гидромеханизации. Такими способами удается обеспечить возведение сооружений площадью до 450 кв.м и диаметром до 50 м. При этом глубина погружения колодцев достигает 45-50 м.

Опускные колодцы давно используются в разных странах мира при необходимости установки опор или фундаментов глубокого заложения. В последнее время технология приобрела популярность и в нашей стране.

Применение данного способа избавляет строителей от трудоемкой и затратной операции копания котлована, а также помогает значительно экономить бетон. При правильных расчетах создается возможность строительства очень надежных опор даже на сыпучих и болотистых почвах.

Похожие статьи

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