ТЕМА: ФУНДАМЕНТЫ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

ТЕМА: ФУНДАМЕНТЫ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
Когда следует прибегать к устройству фундаментов глубокого заложения?
Необходимость в фундаментах глубокого заложения возникает, если сооружение должно
быть опущено на большую глубину (подземные и заглубленные сооружения); если
сооружение создает большие нагрузки, а верхние слои представлены значительной
толщей слабых грунтов, подстилаемых прочными скальными грунтами; если сооружение
передает на основание значительные горизонтальные нагрузки; если имеется высокое
залегание грунтовых вод.
Что собой представляет опускной колодец?
Опускной колодец представляет замкнутую в грунте обычно симметричную открытую и
снизу, и сверху конструкцию. Он либо бетонируется на месте, либо собирается из готовых
элементов (рис.Ф.16.1).
Рис.Ф.16.2.
Опускной
колодец:
а - установка на поверхность; б - заглубление; в - наращивание новой секции; г опускной колодец опущен до прочного грунта; д - у опускного колодца сделано
дно
Опускные колодцы погружаются под действием собственного веса, хотя для погружения
сборных элементов дополнительно может применяться вибрация. По мере погружения
изнутри из колодца извлекается грунт. Для этого могут применяться экскаваторы
грейферного или другого типов, иногда гидроразмыв грунта. После опускания колодца до
заданной отметки его внутренняя полость частично или полностью заполняется бетоном.
Опускной колодец может быть использован для устройства заглубленных в грунт
помещений.
Из каких материалов выполняются опускные колодцы?
Материалами являются камень, кирпич (кладка), дерево, металл, бетон и железобетон.
Чаще всего применяется бетон и особенно железобетон.
Какую форму в плане имеют опускные колодцы?
В плане опускные колодцы имеют симметричную форму, могут быть круглыми,
квадратными, прямоугольными с внутренними перегородками или без них (рис.Ф.16.4).
Наиболее рациональной является круглая форма. Острые углы в плане округляются.
Симметрия определяется тем, что при этом уменьшается вероятность перекосов
опускных колодцев при их погружении.
1
Рис.Ф.16.4. Различные формы поперечного сечения опускных колодцев
Опускные колодцы в плане часто повторяют контур сооружения, например мостовой
опоры, водозаборного устройства и т.д. Для опускного колодца стремятся, чтобы
периметр по отношению к его площади был бы наименьшим, чтобы уменьшить силы
трения по боковой поверхности, препятствующие его погружению, а площадь опирания наибольшая. Ею определяются опорные давления на подстилающий слой от внешней
нагрузки и возможность использования внутреннего помещения в опускном колодце,
нужного для размещения оборудования.
Применение железобетона позволяет по отношению к чисто бетону сделать более
тонкими стенки, а также, в случае необходимости, применить для колодца более сложную
форму.
Какие конструктивные особенности имеют опускные колодцы?
Снизу опускные колодцы имеют ножевую режущую часть - в стенке делается скос с
внутренней стороны. Ножевая часть усиленно армируется, в нее могут закладываться
металлические прокатные профили - уголки или швеллеры. Толщина режущей части
понизу составляет 150-400 мм. Наружные стенки колодца либо полностью вертикальные,
либо ступенчатые с уменьшением диаметра кверху, либо наклонные. Толщина стен
иногда достигает 2-2,5 м. Уступ позволяет снизить трение о грунтовый массив при
опускании, а также уменьшить расход материала, так как боковое давление на колодец
кверху уменьшается. Наклон образующей боковой поверхности к вертикали делается
обычно менее 1° , но он может затруднить вертикальность при опускании колодца,
поэтому возможно возникновение перекосов. Ступенчатость также определяется исходя
из такого же малого уклона. Бетонирование колодца ведется обычно на месте ярусами по
мере его опускания. Глубина опускных колодцев может быть назначена любой из условий
практической необходимости, а разработка грунта в них может осуществляться как с
водоотливом, так и без водоотлива. Извлечение грунта осуществляется либо сверху
грейфером, либо (при осуществлении водопонижения и осушения) путем погружения
после осушения механизма внутрь колодца. При разработке грунта внутри колодца может
применяться гидромеханизация.
Какие наибольшие размеры имеют построенные опускные колодцы?
Наиболее крупный колодец, построенный у нас, имеет размеры в плане 78´ 28 м, глубина
погружения 26 м, толщина стен внизу 3,8 м, вверху - 1,9 м. Сборные опускные колодцы
имеют диаметр более 20 м, а глубину погружения - 30-40 м. Один из самых крупных
сборных опускных колодцев имеет диаметр 38 м, глубину погружения - 60 м. Из
унифицированных панелей собираются колодцы высотой до 11 м. При необходимости они
затем наращиваются. Сборные колодцы возводятся диаметром 8-24 м, глубиной - 25 м и
более.
2
Как осуществляется погружение опускного колодца?
Опускание колодцев производится с поверхности под действием собственного веса.
Погружение должно вестись строго вертикально, без перекосов. В случае оседания с
одной стороны пригружается другая сторона для выравнивания. Обследуется
возможность препятствия для погружения - валунов, стволов погребенных деревьев и др.
Водопонижение может облегчить опускание, так как при этом снижается действие
противодавления воды. Для облегчения опускания могут применяться местные
гидроподмыв и выборка грунта.
Что представляет собой "тиксотропная рубашка"?
При погружении опускных колодцев они могут "зависнуть" из-за большого трения на
контакте с грунтом массива, в который они погружаются. Чтобы этого не было, в полость
между массивом и боковой поверхностью колодца нагнетается глинистый раствор,
образующий так называемую "тиксотропную рубашку". Этот раствор приготовляется из
бентонитовых глин, обладающих тиксотропными свойствами, то есть глин, переходящих в
желеобразное состояние. Затем, после окончания опускания колодца, боковое
пространство заполняется цементно-песчаным раствором.
Какие сложности могут возникнуть при опускании колодца?
При опускании колодца могут возникнуть перекосы, зависание, самопроизвольное
опускание, появление трещин в стенах. Перекосы устраняются более интенсивной
разработкой грунта в местах, где затруднено опускание, местной дополнительной
пригрузкой, местным уменьшением бокового трения путем частичной откопки. Зависание
устраняется увеличением веса, уменьшением бокового трения. При самопроизвольном
опускании можно подвести подкладки под ножевую часть.
На какие усилия рассчитывается опускной колодец?
Расчет ведется на строительные и эксплуатационные нагрузки. Действующие нагрузки:
собственный вес колодца; силы трения по боковой поверхности; боковое давление грунта
на стенки колодца; давление воды снаружи и изнутри. Стенки колодца рассчитываются на
отрыв нижней части при наличии зависания в верхней части, на изгиб. Колодец в целом
рассчитывается на возможность опускания при воздействии собственного веса. При
устройстве днища в колодце следует произвести проверку возможности его всплытия при
повышении уровня воды.
Что представляет собой кессон?
Кессоны применяются тогда, когда опускание опоры глубокого заложения должно
производиться ниже уровня воды и требуется ручная разработка грунта. Кессон - это
опрокинутый вверх дном ящик, образующий камеру, в которую нагнетается под
давлением воздух таким образом, чтобы выдавить всю воду и осушить разрабатываемый
грунт. Этот способ более сложен и дорог, чем применение опускного колодца, но он
позволяет "добраться" до разрабатываемого грунта вручную. После окончания опускания
кессона его камера заполняется бетоном.
Из чего состоит кессонная установка?
Установка для опускания кессонной опоры состоит из:
1) кессонной камеры;
3
2) шахты;
3) шлюзового аппарата;
4) компрессорных установок для нагнетания воздуха.
Кессонная камера железобетонная, имеет высоту не менее 2,2 м. В нижней части по
периметру имеется ножевое устройство, как и у опускного колодца. Шлюзовой аппарат
служит для возможности входа человека в ствол-шахту, где давление воздуха выше
атмосферного и, затем, по окончании работ, выхода его оттуда, а также извлечения
грунта. В шахте устраивается лифт-подъемник. Надкессонное строение возводят либо
сразу на всю высоту, либо ярусами с наращиванием по мере необходимости.
Рис.Ф.16.12.
а - для использования подземного пространства
оборудования);
б
для
использования
как
Кессон:
(размещения в нем
опоры
сооружения;
1 - кессонная камера; 2 - надкессонное строение; 3 - шахтная труба; 4 шлюзовой аппарат; 5 - гидроизоляция; 6 - защитная стенка
Как производятся кессонные работы?
После монтажа и опробования установки по нагнетанию воздуха начинается опускание
кессона, для чего из-под ножа камеры вынимаются подкладки. Сжатый воздух в камеру
начинает подаваться после достижения ножевой частью камеры уровня воды. Давление
регулируется таким образом, чтобы "выдавить" воду из камеры. Максимальная глубина
опускания кессона не более 40 м ниже уровня подземной воды, так как большее
избыточное давление (более 40 кПа) человек обычно не выдерживает. Адаптация
человека к повышенному давлению занимает до 15 мин, а обратный процесс
продолжается до 1 часа.
Если кессон опускается, то для форсирования опускания временно понижается
внутреннее давление в камере, а вокруг ножевой части внутри применяется глиняная
обкладка, препятствующая притоку воды внутрь камеры. Для разработки грунта внутри
камеры
применяется
гидромеханизация.
Отработанный
грунт
удаляется
гидроэлеваторами или бадьями с использованием лифта. Кессоны сейчас используются
значительно реже, чем опускные колодцы или другие виды фундаментов глубокого
заложения.
4