Возведение фундаментов и подземных сооружений методом опускного колодца

Опускные колодцы используют при устройстве фундаментов глубокой закладки и разнообразного рода заглубленных сооружений (водозаборов, насосных станций, гаражей, вагоноперекидывателей, опор мостов и т.п.).

Технологический процесс возведения сооружений способом опускного колодца является комплексным процессом, состоящим из ряда простых процессов: подготовка строительной площадки; строительства стен колодца; выемка грунта и погружение колодца; заполнение пустоты колодца бетоном или устройство днища.

По форме в плане опускные колодцы бывают круглыми, эллиптическими, прямоугольными, а по вертикали - цилиндрическими, призматическими, коническими и ступенчатыми. В нижней части колодец имеет нож, режущая кромка которого облицованная стальными уголками или листами.

Технология возведения сооружений методом опускного колодца состоит в том, что конструкцию колодца сначала устанавливают или бетонируют на поверхности земли или искусственного острова в случае водозабора, а потом внутри нее разрабатывают грунт в направлении от центра к ножу. Оболочка колодца, теряя сопротивление грунта под ножом, под действием собственного веса опускается, выдавливая оставшийся грунт из-под ножа внутрь колодца.

Погружение опускного колодца в грунт происходит в результате преодоления сил трения стен по грунту силами собственного веса колодца в некоторых случаях с использованием дополнительных нагрузки или усилия, переданного на колодец. Для успешного погружения колодца нужно придерживаться условия:

, (3.5)

где G –собственный вес колодца (кН);

G_п – дополнительная нагрузка или усилие, переданное на колодец (кН);

– силы трения стен по грунту (кН);

К_у – коэффициент условия работы при погружении, равный 1,15.

Опускные колодцы могут быть массивными и тонкостенными. Массивные колодцы применяют чаще всего для возведения фундаментов глубокой закладки. Тонкостенные применяют для возведения заглубленных домов и сооружений, в которых подземная часть используется в хозяйственных целях. Массивные колодцы, как правило, гравитационные, погружаемые под влиянием собственного веса. Тонкостенные колодцы погружают в тиксотропных рубашках или с использованием нажима.

Опускные колодцы строят из монолитного, сборного и сборно-монолитного железобетона.

К началу погружения опускного колодца выполняют подготовительные работы - устройство пионерного котлована, дно которого располагают на 0,5...1 м выше уровня подземных вод. Главные оси опускных колодцев должны быть закреплены на местности с помощью обносок - по два обноска с каждой из четырех сторон сооружений (рис.3.14). Обноски устанавливают вне зоны возможных движений грунта.

Рис.3.14. Схема закрепления главных осей опускного колодца; 1 - колодец; 2 - обноски; 3 - рельсы, закрепленные на колодце; 4 - граница призмы обрушения

Для уменьшения и равномерной передачи на поверхность грунта давления от первого яруса опускного колодца к началу работы по бетонированию или монтажу под ножевую часть колодца надо подготовить временное основание в виде песчано-щебеночных призм, деревянных или железобетонных подбоев, монолитных железобетонных или сборных колец.

Железобетонное опорное кольцо, разрезанное на участки длиной не более 1,5 м, выполняют на песчаной подушке. Ширина железобетонного кольца составляет 0,8...1,2 м.

При устройстве монолитных опускных колодцев как опалубка применяются: разборно-переставная опалубка; железобетонные тонкостенные оболочки, плиты-оболочки, которые остаются в конструкции колодца, переставная металлическая опалубка и стационарная деревянная опалубка.

Для возведения колодцев применяют бетон класса В20 с водоцементным отношением 0,4...0,45, водонепроницаемостью W4 и W6. Бетонирование колодца рекомендуется выполнять малоподвижными бетонными смесями с осадкой конуса 40...60 мм с применением пластифицирующих добавок.

Арматура должна изготовляться в виде укрупненных элементов: армокаркасов, армосеток или армоблоков. Сначала на подготовленное временное основание монтируют армокаркас ножа. Потом на нем закрепляют опалубку. Иногда отсыпают песчаную призму и тщательно уплотняют грунт с подбивкой его под наклонную грань ножа. Большое распространение нашел способ бетонирования ножа колодца в траншее “в распор”. При этом форма траншеи отвечает форме ножа.

Стены колодца при бетонировании разбивают на ярусы, а последние - на блоки. Высота яруса принимается в зависимости от расчетного сопротивления грунта под ножом, конструкции временного основания и производительности кранов. Высота ярусов принимается 6...8 м. Бетонирование каждого последующего яруса возможно только после набора бетоном прочности 1,2...1,5 МПа. Ярусы разбивают на блоки бетонирования в зависимости от принятой ПВР интенсивности подачи бетонной смеси и конструкции стен колодца. При больших размерах колодцев допускается разрезка стен на блоки с вертикальными швами. Бетонирование стен опускных колодцев может выполняться не только отдельными блоками, но и последовательно по всему периметру. В обоих случаях бетонирование должно проводиться пластами толщиной 25...50 см. Толщина стен также выбирается в зависимости от интенсивности бетонирования и своевременного перекрытия пластов бетонирования (рис.3.15).

Рис.3.15. Бетонирование стены опускного колодца; 1- опалубка; 2 - воронка для приема бетонной смеси; 3 - гибкий хобот; 4 - арматурный каркас; 5 - щебеночная призма; 6 - плиты опалубки; 7 - дно колодца

Бетонную смесь подают в стены бадьями вместительностью 1...2,5 м³ с помощью кранов. Применяют башенные, стреловые и козловые краны. В некоторых случаях транспортирование бетонной смеси осуществляют бетононасосами.

Укладку бетонной смеси в стены опускных колодцев выполняют такими способами: при толщине стен до 0,5 м смесь подается на площадки помостов и потом по лоткам - к месту укладки. В этом случае одну из сторон опалубки наращивают соответственно бетонированию. Высота наращивания опалубки не должна превышать 2 м. При толщине стен 0,5...1,2 м и высоте бетонирования больше 3 м бетонирование ведут через звеньевые хоботы, установленные с шагом 3 м по периметру стен. При толщине стен более 1,2 м и малой насыщенности конструкций арматурой разгрузку бадей можно выполнять непосредственно у места укладки. Бетонную смесь уплотняют вибраторами І-21, І-22, І-50, І-116 и др. Распалубку ножа и нижнего яруса колодца начинают после достижения бетоном 100% проектной прочности. Верхние ярусы можно распалубливать при 70% проектной прочности.

Рис.3.16. Монтаж опускного колодца со сборных панелей; 1 - монтажный кран; 2 - сборная панель; 3 - кольцевые помосты; 4 - кондуктор

Гидроизоляция стен колодцев может выполняться к началу их опускания.

Широкое распространение получили опускные колодцы из сборных элементов, для чего применяют тонкостенные панели и пустотелые блоки. При глубине опускания колодцев 20...25 м целесообразнее использовать плоские тонкостенные железобетонные панели. При большей глубине целесообразно использовать пустотелые бетонные блоки.

При возведении сборных колодцев применяют железобетонные панели длиной до 12 м, шириной 1,4...2 м и толщиной 0,4...0,8. Монтаж сборных колодцев из железобетонных панелей следует проводить с применением кондукторов подвижного, стационарного или консольно-вращательного типа. Монтаж ведется кранами на заранее выполненной временной бетонной подставке, которая имеет монтажную разметку.

Примененный подвижный кондуктор состоит из трех главных элементов: подвижной трубчатой разножки с подвижной тележкой, неподвижной и подвижной трубчатых разножек. Основой для разножек является металлическая труба, один конец которой жестко забитый в неподвижной бетонной опоре, а на другой свободно одеты три отрезка трубы (рис.3.16).

Панели монтируют так: подвижную разножку устанавливают в положение для монтажа первой панели и прикрепляют к ней; на определенной высоте от земли устанавливают и жестко закрепляют на первой панели неподвижную разножку, подвижную разножку освобождают от первой панели и устанавливают в положение для монтажа второй; панели стен колодца приваривают друг к другу согласительными планками, устанавливая при необходимости арматуру стыков, наваривают внутренние накладки, бетонируют стыки и нагнетают в них раствор.

С внешней стороны колодца вертикальные стыки закрепляют отдельными металлическими пластинами с шагом 200 мм, а с внутренней стороны приваривают сплошную металлическую пластину на всю высоту панели. Пластины приваривают к закладочным частям панелей. Между пластинами с внешней стороны закрепляют на прихватках металлическую сетку с маленькими ячейками, которая служит опалубкой. В некоторых случаях для соединения панелей используют стык Передерия. Тогда панели изготовляют с дугообразными выпусками горизонтальной арматуры, которую при монтаже заводят друг за друга, а в плоскости стыка дополнительно устанавливают вертикальную арматуру на всю высоту панелей и бетонируют стык.

При возведении опускных колодцев глубиной больше 11 м стены наращивают такими же панелями, но без ножевой части. При этом горизонтальный стык между ярусами панелей делают из двух горизонтальных металлических полос, приваренных сплошным швом с внешней стороны к закладочным пластинам, а с внутренней к металлической гидроизоляции.

Для возведения стен колодцев применяют пустотелые блоки, размеры которых зависят от размеров подземного сооружения и грузоподъемности кранов. Ножевые блоки делают сплошными. Стеновые и ножевые блоки по вертикали соединяют привариванием вертикальных металлических пластин к закладочным частям соседних блоков. По горизонтали блоки соединяют привариванием сплошных горизонтальных пластин к закладочным горизонтальным пластинам двух сопредельных по высоте блоков.

При сооружении сборно-монолитных колодцев из пустотелых блоков ножевая часть выполняется монолитной. Перед началом монтажа на горизонтальной поверхности выполняют разбивку сборных блоков с нанесением черточек масляной краской. Сборные элементы монтируют с помощью кондукторов, выставляя арматуру, приваривая накладки и бетонируя стыки. После окончания монтажа второго ряда блоков их пустоты заполняют бетоном на высоту 400...500 мм. Дальнейший монтаж блоков выполняют на цементно-песчаном растворе марки 100. После окончания монтажа блоков яруса выполняют монтаж и бетонирование арматуры стыков и монолитных горизонтальных поясов. Опускание колодца следует делать после достижения бетоном стыков и монолитных поясов проектной прочности

Погружение опускных колодцев начинают с разборки временных оснований под ножевой частью (рис.3.17). Разработка песчано-щебеночных призм ведется по всему контуру банкетки ножа, кроме расчетных зон опирания, размеры которых определяются проектом. Деревянные подбои удаляются участками в диаметрально противоположных местах периметру банкетки ножа. Удаление прокладок ведется путем их подкапывания и вытягивания внутрь сооружения. После удаления каждого подбоя банкетка ножа немедленно должна быть подбита песком как извне, так и изнутри. Разборка временного железобетонного опорного кольца ведется поэлементно тем же способом.

Рис. 3.17. Схемы установки ножа опускного колодца на временное основание; а) - на песчаную подушку; б) - на грунтовую или щебеночную призму; в) - на песчаную подушку и деревянные сопротивления; г) - в траншею; д на железобетонное кольцо; 1 - дно колодца; 2 - деревянный подбой; 3 - песчаная подушка; 4 - грунтовая призма; 5 - деревянная опора; 6 - траншея; 7 - опалубка; 8 - форшахта; 9 - опорная стойка; 10 - песчаная засыпка; 11 - опорное железобетонное кольцо; 12 - уплотненный щебень; 13 - разделительные доски

 

Опускные колодцы погружают с водоотливом и без него. Погружение с водоотливом применяется, если приток подземных вод небольшой и вблизи нет сооружений, восприимчивых к осадкам. В осушенных колодцах большого диаметру для разработки грунта используют экскаваторы с прямой лопатой и бульдозеры. Разработанный грунт нагружают в бадьи и удаляют краном. Вместо бадей также используют грейферы. В некоторых случаях для рыхления грунта проводят взрывные работы. Выбор технологии и комплекта машин при разработке грунта зависит от способа опускания колодца, его размеров и вида разрабатываемого грунта.

При опускании колодцев используют три схемы разработки и выдачи грунта из колодцев (рис.3.18). По первой схеме грунт разрабатывают экскаваторами или бульдозерами и выдают на поверхность кранами и бадьями. Вторая схема предусматривает разработку грунта грейферами, ее можно использовать при небольшом диаметре колодца. В третьей схеме используют гидромеханизированный способ.

Рис.3.18. Схема разработки грунта в колодце; 1 - опускной колодец; 2 - бункер;
3 - башенный кран; 4 - бадья; 5 - экскаватор.

При опускании колодцев без водоотлива разрабатывают грунт и выдают его на поверхность грейфером, который более всего целесообразно применять для разработки легких грунтов, например: песчаных, легких супесей, илистых и др.

В грунтах, где исключен наплыв из-под ножа, опускание колодцев может проводиться с открытым водоотливом с помощью разработки траншей по контуру колодца и ряда траншей для сбора воды в зумпф, углубленный на 1...2 м ниже отметки разрабатываемого грунта в колодце. Вода из зумпфа откачивается центробежными насосами (рис.3.19).

При больших притоках воды опускание колодцев проводится с применением глубинного водопонижения. Используются водопонижающие щели, пробуренные по контуру опускного колодца и углубленные ниже отметки опускания колодца. Вода с скважин откачивается глубинными насосами на протяжении всего срока производства работ по опусканию колодца и бетонированию его днища. Иногда для водопонижения используют иглофильтровые установки.

Толщина стен разработки грунта по периметру ножевой части колодца в процессе опускания должна назначаться с учетом его деформационных свойств.

Рис.3.19. Схема открытого водоотлива; 1 - насосы; 2 - радиальные траншеи; 3 - вальцовая траншея; 4- берма

Рекомендуется такой порядок разработки грунта в опускном колодце. Разработка проводится равномерно по всей площади с оставлением расчетных зон опирания. Сначала разрабатывают грунт в средней части колодца на глубину 1,5...2 м (иногда до 4 м). Со стороны ножа оставляют берму толщиной 1...3 м, которую разрабатывают в последнюю очередь пластами толщиной не больше 10...15 см и толщиной 20...30 см равномерно по периметру колодца. Разработку грунта под ножом колодца ведут одновременно между всеми фиксированными зонами или на двух диаметрально противоположных участках, от середины к фиксированным зонам.

Если после полной разработки берм между фиксированными зонами к уровню банкетки ножа колодец не опускается, приступают к разработке фиксированных зон, разрабатываемых одновременно от краев к середине. В соответствии с погружением колодца размеры фиксированных зон уменьшаются, и на последних метрах опускания они исключаются вообще. Грунт под ножевой частью колодца разрабатывают в основном вручную. Порой разработка грунта бермы и осаждения колодца осуществляется постепенным размывом его гидромониторами.

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 необходимо все время поддерживать отметку воды в колодце на уровне подземных вод. Это предотвращает наплыв грунта из-под ножа в колодец и исключает осадку соседних сооружений.

Для уменьшения сил трения стен колодца о грунт на внешней поверхности колодца устраивают один или несколько уступов. Однако, при погружении колодцев больших размеров этого недостаточно, поэтому используют такие способы, как подмыв грунта, погружение колодцев в тиксотропных рубашках и использование электроосмоса.

Суть погружения колодцев в тиксотропных рубашках такая: пустоту, которая возникает под внешним выступом ножа, заполняют глинистым раствором.

Глинистый раствор (тиксотропная рубашка) предотвращает обрушение грунта, благодаря чему стены колодца не прикасаются к грунту. Силы трения остаются только в пределах поверхности ножа, которая составляет около 10% поверхности опускного колодца, контактирующего с грунтом.

Уплотнитель закрепляют по периметру уступа колодца. Чтобы предотвратить обрушение грунта, в верхней части прореза по периметру колодца закрепляют на бетонной основе форшахту высотой 1...1,5 м из листовой стали или дерева. Для обеспечения своевременной подачи глинистой суспензии в пустоту между грунтовой стенкой и опускным колодцем устанавливают резервные емкости с глинистой готовой суспензией.

Погружение колодцев в тиксотропной рубашке разрешает уменьшить толщину стен колодцев и исключить их зависание в грунте. Все это в сравнении с традиционными методами снижает затраты работы на 30...35%,а стоимость работ - на 15...20%

В глинистых грунтах с коэффициентом фильтрации меньше 0,05 для снижения трения может применятьсяэлектроосмос. Сущность электроосмоса состоит в периодическом привлечении к внешней поверхности колодца воды, которая содержится в грунтовом массиве в свободном или связанном состоянии. Эта вода перемещается от анода к катоду при наложении на массив постоянного электрического поля. Для этого погружаемый колодец оборудуется системой электродов: один - в виде металлических поясов (катоды)- крепится на внешней поверхности колодца, другие - в виде металлических труб - забиваются на определенном расстоянии вокруг колодца. При погружении колодцев больших размеров целесообразно использования электроосмоса вместе с тиксотропной рубашкой.

В некоторых случаях опускные колодцы погружают вдавливанием (рис.3.20). Устройства для вдавливания колодцев должны обеспечить их многоразовое использование. Для снижения сил трения по внешней поверхности иногда выполняют антифрикционные покрытия. Способ погружения опускных колодцев вдавливанием может применяться как при наращивании стен сборными элементами, так и монолитным железобетоном при глубине больше 20 м. Не применяется этот метод в скальных и полускальных грунтах, а также в грунтах с валунными включениями.

Соответственно погружению колодца в грунт бетонируют верхние ярусы. Скорость погружения в этом случае может связываться с скоростью наращивания колодца и достижением бетоном необходимой прочности.

Рис.3.20. Технологическая схема погружения колодца способом вдавливания. 1 - двухконсольная балка; 2 - опорная конструкция; 3 - колодец

В процессе опускания колодца необходимо вести постоянное геодезическое наблюдение за его вертикальностью и скоростью погружения. Когда в колодце выявлено зависание в верхней части, необходимо выбрать грунт возле ножа с отстающей стороны или размыть водой, подаваемой по трубам, установленным с внешней стороны стены. Иногда для увеличения массы колодца зависшую сторону отяжеляют грузом из железобетонных блоков. В исключительных случаях для опускания зависшего колодца создают искусственные динамические колебания грунта путем направленного взрыва ВВ (взрывного вещества) в стороне от сооружения. Погруженные к проектной отметке колодцы, в зависимости от назначения, полностью или частично заполняют бетоном. Чаще всего бетонируют днище. При незначительном течении подземных вод его бетонируют в осушенном колодце. К началу работ по устройству днища необходимо зачистить и спланировать ложе под него, удалить илистые и пылеватые фракции, сделать щебеночную подготовку и обеспечить полный водоотвод из пласта, который дренирует. При толщине днища более 1,5 м применяют двухъярусную схему бетонирования. Каждый ярус бетонирования в плане разбивают на несколько блоков. При разбивке необходимо обеспечить перевязку швов бетонирования блоков в плане и по высоте. Начинать бетонирование следует из блоков, прилежащих к внутреннего периметру ножевой части колодца.

Если погружение колодца проводилось без водоотлива, то днище бетонируют под водой, применяя метод ВПТ или восходящего раствора. После приобретения бетоном днища проектной прочности воду откачивают и в осушенном колодце бетонируют обычным способом внутренние конструкции.

При погружении колодцев ниже уровня подземных вод необходимо обеспечить их устойчивость против течения, возможного после устройства днища. Проверку колодца на течение делают с учетом наиболее высокого уровня подземных вод Н_в, когда колодец погружен на проектную отметку и днище забетонировано по формуле для круглого колодца

 

(3,6)

 

где G - собственный вес колодца (кН);

-силы трения стен по грунту (кН);

где R_н - внешний радиус колодца;

К_у - коэффициент условий работы при течении, равный 1,25.

В связи с использованием подземной части колодцев в хозяйственных целях, его стены и днище гидроизолируют. Главными типами изоляции является: торкрет, металлическая, битумная, оклеечная и литая асфальтовая.

При погружении колодцев необходимо выполнять мероприятия, обеспечивающие равномерное опускание колодцев при их расположении на косогоре и на площадках, составленных на глубину опускания грунтами с малой несущей способностью или грунтами разнородными по периметру ножа, а также мероприятия, связанные с выполнением требований техники безопасности.

При опускании колодцев в тиксотропной рубашке поддерживается уровень глинистого раствора не ниже 20 см от верха форшахты.

Проверяется и регулируется вертикальность опускания колодца. Нельзя делать разработку грунта в непосредственной близости от банкетки ножа при прохождении водонасыщенных слоев грунта. Не реже одного раза в смену контролируется качество приготовленного глинистого и нагнетаемого раствора.

При опускании колодцев в водонасыщенных грунтах без водоотлива (водопонижения) или на акватории для избежания наплыва грунта в пустоту колодца из-под ножа, уровень воды в пустоте должен поддерживаться не ниже уровня воды с внешней стороны колодца или превышать его.

Способ закрепления главных осей опускных колодцев на местности должен обеспечивать возможность проверки их положения в плане в любой момент опускания.

Створные знаки и реперы для контроля закрепления главных осей и вертикальных отметок колодцев следует устанавливать за пределами участков с возможными деформациями грунта, вызванными опусканием сооружения, в местах безопасных в отношении размыва и сдвига.

Отклонения в размерах и положении колодцев от проектных не должны превышать приведенных в табл.3.2.

Таблица 3.2

Контроль качества работ при сведении опускных колодцев

	Отклонения	Размер отклонения
В размерах поперечного сечения: По длине и ширине По радиусу закругления По диагонали	0,5%, но не более 12 см 0,5%, но не более 6 см 1%
По толщине стен: Бетонных и бутобетонных Железобетонных
Горизонтальный сдвиг	0,01 глубины погружения
Тангенс угла отклонения от вертикали	0,01

 

При возведении сооружения опускным способом для обеспечения качества работ необходимо учитывать особенности работы конструкций при погружении их в грунт. К моменту заглубления в грунт бетон нижней секции колодца должен иметь прочность, равную 100% проектной; других секций - не меньше 70% проектной.

Для обеспечения правильности опускания колодца ведут постоянный контроль за погружением и своевременно устраняют отклонение от проектного состояния, периодически проверяя положение осей колодца, которые закрепляют створными столбами, расположенными на расстояниях, исключающих их сдвиг при опускании колодца. Выявленный перекос следует устранять своевременно путем создания обновляющих моментов, под действием которых колодец возвращается в вертикальное положение. Конечно, возобновляющие момент создается за счет собственного веса колодца. При этом удаляют грунт из-под ножа повышенной стороны колодца. Вследствие уменьшения реактивного сопротивления грунта на банкетку ножа, колодец под действием собственного веса наклоняется в сторону, где проводится разработка грунта. Иногда дополнительно для исправления крена вдоль боковой поверхности повышенной стороны осуществляют размыв грунта, снижающий силы трения.

Если эти приемы оказываются неэффективными, то используют вес колодца с повышенной стороны.

Для предотвращения образования трещин в стенах колодцев категорически запрещается:

разгружать вынутый из колодца грунт в зоне призмы обрушения грунта вокруг колодца, так как это создает дополнительные неравномерные нагрузки;

разрабатывать грунт более чем на 50...70 см ниже банкетки ножа, так как в случае быстрого опускания колодца возникают большие динамические нагрузки в стенках колодца;

предполагать неравномерное обжатие стен колодца грунтом.

Дата добавления: 2014-05-28; просмотров: 2420; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!