книги / Реконструкция подземного пространства

как в подобных случаях кроме опускных колодцев можно применять фунда­ менты из свай или оболочек, выбор типа фундамента производят на основе технико-экономического сравнения вариантов. Достоинством фундаментов из опускных колодцев является возможность их погружения без использова­ ния сложного технологического* оборудования. Недостатками их являются большой объем кладки и значительные трудности, возникающие при встрече колодцев в водонасыщенных грунтах с препятствиями в виде крупных валу­ нов, скальных прослоек, топляков и т. п. Устранение таких препятствий воз­ можно 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, поверх­ ность 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 опреде­ ляются 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 от­ личающуюся от нее закруглениями в углах, либо вытянутую форму с корот­ кими сторонами в виде полуокружности; применяют также круглые колод­ цы.

Прямоугольные колодцы проще в изготовлении, но погружать их в грунт тяжелее, чем колодцы с очертаниями в плане, показанными на рис.3.16. В связи с этим колодцы прямоугольного очертания в: плане приме­ няют, в основном, в случаях, когда надо преодолеть слой легкопроходимого грунта толщиной не более 10 м.

Рис.3.16 Виды сечений опускных, колодцев*

На уровне верха опускного колодца (Да уровне обреза фундамента) устраивают уступы во всех направлениях шириной не менее 1/50 глубины погружения колодца и йе 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 воз­ никают изгибающие моменты. Уменьшения этих моментов достигают уст­ ройством внутренних стен. Расстояния в свету между стенами (размеры шахт) должны быть достаточными для нормальной работы землеройных сна­ рядов.

При грейферной разработке грунтов размеры шахт должны как мини­ мум 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 глубин} 8-10 м их наружные поверхности делают вертикальными (рис.3.17).

чщину наружных стен железобетонного колодца обычно принимают равней' ‘‘.7-1,5 м, а внутренних 0,5-1 м. Принятая толщина стен должна обесгп. ть вес колодца, достаточный для преодоления сил трения грунта о коло/и i препятствующих его погружению.

жевая часть; 2 - ярусы опускания; 3 - монолитные пояса; 4,5 - панели и фермы

Стены колодцев армируют горизонтальной и вертикальной арматурой. Площадь сечения арматуры определяют, как правило, расчетом на усилия,

изменяется от 50 кг для массивных конструкций до 300 кг для колодцевоболочек, 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.3.19). Целесообразность применения того или другого вида колодцев определяется исходя из резуль­ татов сравнения стоимости работ и затрат труда.

Рис.3.19. Конструкция опускного колодца из сборных панелей: а - поперечный разрез; б - разрез панели в плане; в - узел соединения панелей; г-деталь устройства уплотнителя тиксотропной рубашки

При небольших объемах работ монолитные, бетонируемые на месте погружения колодцы применяют более часто, так как доставка сборных кон­ струкций 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 ко­ лодцев, заполненных бетоном. При таком сокращении объема кладки эконо­ мически 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 принудитель­ ное заглубление в разные грунты вибропогружателями.

На рис. 3.20 показана конструкция сборного опускного колодца.

Рис.3.20. Конструкция сборного опускного колодца

По данным опыта строительства в нашей стране и за рубежом установ­ лено, что применение колодцев-оболочек, способствуя значительному со­ кращению объемов работ, обеспечивает при хорошо освоенной технологии снижение на 10-25% стоимости фундаментов и уменьшение трудоемкости в 1,5-3 раза.

В случаях погружения колодцев на большую глубину приходится пре­ одолевать значительные силы трения, возникающие между наружными по­ верхностями колодцев и грунтом. Для обеспечения погружения колодцев в этих случаях их наружные поверхности делают с одним или несколькими ус­ тупами (рис.3.21) шириной не менее 10 см, из которых первый располагают на высоте 2-4 м от низа колодца. Иногда вместо уступов наружным поверх­

ностям придают наклоны, сохраняя вертикальность этих поверхностей лишь в пределах нижней части колодцев высотой 3-4 м.

Рис.3.21. Схема подвижного кондуктора для монтажа железобетонных пане­ лей опускного колодца: 1 - фундамент мачты кондуктора; 2 - растяжка; 3 - мачта; 4 -поворотная распорка; 5 - монтажный кран; 6 - опорная часть кон­ струкции; 7- железобетонная панель; 8 - панелевоз

При развитии уступов или увеличении наклонов наружной поверхно­ сти колодца облегчается его погружение в грунт, но в то же время колодец в процессе погружения становится менее устойчивым, легче кренится и сме­ щается 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 раз­ личные типы опорных конструкций. При строительстве заглубленных на 45-

55 м сооружений диаметром 9-12 м успешно используют опорные конструк­ ции в виде набора двухконсольных балок, шарнирно закрепленных в опор­ ном воротнике, при этом одна консоль каждой балки оборудована домкра­ том, а противоположная жестко оперта на грунт. В шахтном строительстве при переходе от обычного способа проходки к опускной применяют тре­ угольные упоры, шарнирно закрепленные в крепь ранее пройденного участ­ ка. 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 по­ гружения колодца (рис. 3.22).

Рис.3.22.Технологическая схема погружения колодца способом задавливания: 1 - опорный во­ ротник; 2 - двухконсольная балка (6 шт.); 3 - гидроцилиндры; 4 - стена колодца; 5 - тиксотропная рубашка

Для задавливания опускных колодцев применяют гидравлические дом­ краты грузоподъемностью 500-1500 кН с величиной хода штока 8001200 мм, причем гидравлическая схема домкратной системы должна преду­ сматривать независимое включение и отключение каждого отдельного дом­ крата.

Погружение колодцев способом задавливания может осуществляться как без водоотлива, так и в осушенных грунтах. Для разработки грунта ис­ пользуют 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 Мек­ сике. Этот способ целесообразно применять при возведении сооружений, за­ глубляемых на 20 м и более, в тех случаях, когда необходимо обеспечить их строгую вертикальность, а также когда работы ведутся вблизи существую­ щих строений и коммуникаций.

Работы по регулируемому погружению колодцев с помощью домкратов по второй схеме выполняются в следующей последовательности (рис.3.23).

Рис.3.23. Технологическая схема строительства опускного колодца мето­ дом регулируемого погружения: 1 - скважина; 2 - уширение скважины; 3 - домкрат; 4 - стена колодца; 5 - канал в стене; 6 - канат; 7- анкерное устройство; 8 - форшахта; 9 - тиксотропная рубашка

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 кон­ це, после чего анкерные сваи бетонируют до отметки на 0,5 м ниже заложе­ ния ножа колодца. Затем по поверхности грунта возводят наружные стены 4 колодца, устраивая в них каналы 5 для пропуска тяжей канатов 6. После на­ бора бетоном стен колодца проектной прочности на них устанавливают спе­ циальные домкраты 3, к которым присоединяют свободный конец тяжаканата.

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

3.4. Кессоны

Конструктивной разновидностью опускного колодца является кессон (рис.3.24). Кессон представляет собой открытую снизу железобетонную или стальную конструкцию, состоящую из потолка и боковых стен. Толщина стен кессона книзу уменьшается и они заканчиваются консолью со стальным

ножом. Полость в нижней части кессона называют рабочей камерой. В ней производят разработку грунта, по мере которой кессон опускается под дейст­ вием собственного веса, а также веса надкессонной кладки, возводимой из бетона над потолком в процессе погружения кессона в грунт. Подачей в ра­ бочую камеру сжатого воздуха обеспечивают отжатие из нее воды, что по­ зволяет вести разработку грунта насухо.

Рис.3.24. Конструкция кессона: 1-кессонная камера; 2 - надкессонное строение; 3 - шахтная труба; 4 - шлюзовой аппарат; 5 - гидро­ изоляция; 6 - защитная стенка

Сжатый воздух вырабатывается компрессорной станцией и подается по трубам как в рабочую камеру кессона, так и в шлюзовой аппарат. Последний состоит из центральной шлюзовой камеры и двух прикамерков - один для рабочих, второй для материалов. Шлюзовой аппарат устанавливают на две шахтные трубы, которые собирают из отдельных металлических звеньев и используют для подъема и спуска рабочих, а также вертикального транспор­ та материалов и грунта.

Спуск рабочих в камеру кессона производят в следующем порядке* Из пассажирского прикамерка выпускают сжатый воздух, что позволяет открыть вовнутрь наружную дверь прикамерка, в которую входят рабочие. Дверь за­ крывают и в прикамерок из центральной шлюзовой камеры подают сжатый воздух. Когда давление воздуха в прикамерке станет равным давлению воз­ духа в центральной шлюзовой камере* открывают дверь между нимй н рабо­ чие переходят в эту камеру, а потом по металлической лестнице, установлен­ ной в шахтной трубе, спускаются в камеру кессона. Подъем рабочих в цен-