Опускной колодец это фундамент глубокого заложения

Обновлено: 17.05.2024

Сущность метода. Опускной колодец представляет собой оболочку, которая погружается в грунт под действием собственного веса в результате разработки грунта у её ножевой части. В процессе опускания наращивают стенки колодца. После достижения проектной глубины пространство внутри колодца полностью или частично заполняют бетоном.

Область применения. Опускные колодцы применяют для устройства фундаментов под тяжёлые сооружения (мосты, башни и др.), в городском строительстве для объектов коммунального хозяйства. Опускные колодцы применяют в таких геологических условиях, когда грунты, обладающие достаточной несущей способностью, залегают на значительной глубине.

Затруднительно и нецелесообразно применять:

· Когда большая толща слабых водонасыщенных грунтов содержит крупные включения (валуны, скальные прослойки);

· Когда в основании залегают скальные грунты, имеющие наклонную поверхность.

Опасно опускать в малопрочные грунты по соседству с фундаментами существующих сооружений.

Рис.65. Сооружение фундамента методом

6.1.2. Конструкции опускных колодцев.

Опускные колодцы можно классифицировать по: материалам – бетонные, железобетонные (чаще всего), металлические;

способу изготовления – монолитные, сборные, сборно-монолитные;

способу погружения – опускаемые под действием собственного веса, принудительно погружаемые с помощью пригрузка или вибропогружателей;

форме колодца в плане;

числу и расположению колодцев в плане фундамента.

Рис.66. Формы опускных колодцев в плане

Так как давление с глубиной значительно возрастает, то чаще всего опускные колодцы проектируют цилиндрической формы, а так же прямоугольной формы в плане с закруглёнными углами. Толщина стен 0,7…0,5 м. Наружные поверхности стен колодцев могут быть вертикальными, наклонными (выше первой секции), с одним или несколькими уступами по высоте.

Колодцы с вертикальными стенками – наиболее устойчивые и простые в изготовлении.

При глубине погружения более 8…10 м. для снижения трения применяют следующие мероприятия:

1) создание наружных 2) устройство стенки с уступом

3) погружение в тиксотропной рубашке

1 – уплотнитель (уголок)

2 – глинистый замок

3 – тиксотропная рубашка

4 – инъекционная труба

В тиксотропной рубашке толщину стен уменьшают до 0,4…0,6 м.

6.2. Расчёт опускных колодцев.

6.2.1. Расчёт на эксплуатационные нагрузки.

В ходе расчёта устанавливают размеры фундамента в плане и глубину его заложения.

Р – внешняя нагрузка на колодец;

G_ф – собственный вес колодца;

u_i – периметр по внешнему контуру;

f_i – расчётное сопротивление грунта сдвигу по боковой поверхности, принимаемое как для забивных свай;

h_i – мощность i-го слоя грунта.

6.2.2. Расчёт на строительные нагрузки.

В период строительства на колодец действуют силы, с учетом которых определяют толщину стенок, необходимое сечение арматуры и класс бетона.

Действующие на этой стадии нагрузки после опускания колодца полностью или частично теряют своё значение.

1) Проверка достаточности веса колодца для его опускания.

G_к – расчетный вес колодца;

G_опр – сила тяжести пригрузки;

Р_тр.п = – расчётное значение предельной силы трения;

R_н – предельная сила трения сопротивления грунта под ножом колодца;

2) Расчёт первой секции колодца на изгиб.

По изгибающим моментам проверяют размеры, армирование и класс бетона.

Подбирают кольцевую арматуру первой секции.

3) Расчёт стен колодца на разрыв.

Достаточный запас прочности можно получить при распределении сил трения по боковой поверхности колодца по закону треугольника с нулевым значением их у ножа и наибольшим значением f_м у верха колодца.

Полный вес колодца:

где d – глубина погружения колодца;

u – его периметр.

Растягивающие усилие в сечении колодца на высоте z над ножом:

Положение опасного сечения определяют, приравняв нулю производную от N_z

Тогда наибольшее усилие будет N_max = 0,25G_к

По величине растягивающего усилия подбирают сечение вертикальной арматуры.

4) Расчёт стен колодца на изгиб в горизонтальном направлении.

В нижней части колодца рассчитывают участок стены над консолью высотой равной толщине стены. Выделенный участок рассчитывают как раму, на которую действует снаружи равномерно распределённая нагрузка интенсивностью

– коэффициент активного давления зависит от угла внутреннего трения.

По найденным усилиям и моментам подбирают сечения арматуры, размещаемой горизонтально.

Выше лежащие участки стен колодца рассчитывают аналогично, причём по высоте колодец делят на несколько зон. Для расчёта в каждой зоне выделяют участок высотой в 1 м.

5) Проверка колодца на всплытие.

Такую проверку делают для случая, когда колодец опущен на проектную отметку, уложена подушка подводного бетона и откачана вода из внутренней полости колодца.

G_кп – расчётный вес колодца с подушкой;

Р_тр.п – предельная сила трения;

h_в – расстояние от низа подушки до уровня воды;

А – площадь колодца по наружным размерам;

6.3.1. Сущность метода, область применения.

При кессонном способе ведения работ в рабочую камеру подаётся сжатый воздух, под давлением которого вода вытесняется из камеры, что позволяет разработку грунта вести насухо. Рабочая камера ограждена кессоном, имеющим боковые стенки – консоли и потолок. На потолке кессона по мере его погружения ведут надкессонную кладку из бутобетона.

Использование кессонов позволяет выполнять работы в любых грунтовых условиях ниже горизонта вод и при наличии в грунтах любых препятствий.

1) возможность устройства в любых грунтах;

2) возможность проведения в рабочей камере освидетельствования грунтов основания, испытания и даже закрепление грунтов.

1) вредное воздействие сжатого воздуха на организм человека;

2) сложность и трудоёмкость кессонных работ;

3) наибольшая глубина погружения кессонов ниже горизонта вод, зависящая от максимально допустимого безопасного давления сжатого воздуха на организм человека, составляет 38 м.

6.3.2. Конструкция кессона.

Конструкция кессона зависит от его размеров в плане, принятого способа опускания и разработки грунта, несущей способности грунтов, проходимых в начальный период погружения.

а) массивные кессоны – изготавливаются железобетонными с гибкой арматурой;

б) кессоны шириной более 12 м. с потолком ребристой конструкции (рёбра в одном или двух направлениях);

в) кессоны пустотелые – устраиваются железобетонными, железобетонными с жёстким металлическим каркасом.

6.3.3. Схема работ и охрана труда при кессонных работах.

В пассажирских прикамерках давление сжатого воздуха нужно изменять постепенно, чтобы не вызвать болезненных явлений в организме человека.

Рис.72. Кессонный способ устройства фундамента: 1 – рабочая камера; 2 – стенки-консоли; 3 – кессон; 4 – водонепроницаемая обшивка; 5 – надкессонная кладка; 6 – воздуховодные трубы; 7 – компрессорные станции; 8 – воздухосборник; 9 – маслоотделитель; 10 – воздуховодные трубы к шлюзовому аппарату; 11 – материальный прикамерок; 12 – подмости; 13 – шлюзовой аппарат; 14 – пассажирский прикамерок; 15 – шахтные трубы; 16 – сифонные трубы; 17 – потолок кессона.

Наиболее опасен переход человека из зоны повышенного в зону нормального давления. Вследствие этого время вышлюзовывания должно значительно превышать время шлюзования.

Давление сжатого воздуха в рабочей камере зависит от величины заглубления ножа кессона ниже горизонта вод.

- разработка грунта без применения гидромеханизации;

- разработка грунта с применением гидромеханизации.

- допустимая разность гидростатического и воздушного давления, зависящая от физических свойств грунта.

6.3.4. О расчёте кессонов.

Кессонный фундамент рассчитывают на эксплуатационные нагрузки с учётом его заделки в грунте. Расчёт аналогичен расчёту опускного колодца. При расчёте на эксплуатационные нагрузки определяют внешние размеры фундамента. Расчёт на строительные нагрузки рассматривается в специальной литературе.

Опускной колодец представляет собой оболочку, погружаемую в грунт путем удаления его из-под оболочки и из ограничиваемого ею пространства. В большинстве случаев в процессе погружения оболочка остается открытой сверху, и разработки грунта ведется при атмосферном давлении. В условиях значительного притока грунтовых вод на некоторой глубине опускной колодец может быть снабжен воздухонепроницаемым покрытием и таким образом превращен в кессон, если это экономически оправдано.

Опускные колодцы применяются для устройства опор глубокого заложения, насосных станций, подземных резервуаров и т. п. в тех случаях, когда выполнение работ по возведению этих сооружений в открытом котловане экономически нецелесообразно. Опускные колодцы условно можно разделить по их назначению: колодцы-опоры, колодцы-емкости, колодцы-помещения.

Практически колодец может отвечать двум, а иногда и всем грем указанным назначениям.

Внутреннее пространство колодца, если он служит опорой, может быть заполнено кладкой или хорошо дренирующими материалами или оставаться незаполненным. Оно может быть разделено по всей высоте колодца или его части перегородками на отдельные камеры. Таким образом, колодцы бывают без перегородок и многоячейковые — разделенные на отдельные камеры.

Основной частью опускного колодца является оболочка, которая включает наружные стены, снабженные внизу скошенной ножевой частью, и перегородки, обычно не имеющие ножевой части.

После окончания погружения оболочки в грунт устраивается днище колодца. Выбор конструкции днища зависит от назначения колодца. В тех случаях, когда не требуется увеличения площади опирания колодца на грунт, днище может отсутствовать.

В состав конструкции колодцев, используемых как емкости или помещения, могут быть включены также покрытия, перекрытия, специальные устройства для установки оборудования и т. п.

Колодцы могут быть каменные (из кирпичной или бутовой кладки), бетонные или бутобетонные, железобетонные, деревянные или деревобетонные, а также стальные.

В настоящей главе рассматриваются бетонные и железобетонные опускные колодцы. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с опускными колодцами из других материалов, а именно:

а) бетонные и железобетонные колодцы обладают значительной прочностью и жесткостью и потому хорошо работают при перекосах, защемлении и т. п., когда в одном и том же сечении колодца возникают усилия разных знаков, при этом им может быть придана любая форма в плане и вертикальном разрезе;

б) они обычно обладают собственным весом, достаточным для преодоления сил трения грунта по боковой поверхности колодца; при погружении же стальных и деревянных колодцев для этого необходим специальный груз.

Кессонный метод возведения фундаментов глубокого заложения применяют в тех случаях, когда наблюдается значительный приток воды и осложняются работы по осушению а также когда грунты содержат крупные включения твердых пород. Кессоны применяют в непосредственной близости от сооружений, когда есть опасность выпора грунта из-под их подошвы.

Кессон состоит из кессонной камеры, подкессонного строения и шлюзового устройства. Кессонную камеру обычно делают из железобетона. Стенки камеры заканчиваются ножом. Высота камеры от банкетки до потолка принимается не менее 2,2 м. В потолке камеры предусмотрено отверстие для установки шахтной трубы. Надкессонное строение чаще всего выполняют в виде сплошного массива из монолитного бетона или железобетона. Для опускания и подъема людей и выполнения грузоподъемных операций предусматривается шлюзовой аппарат, который соединен с кессонной камерой шахтными трубами. Сверху кессон оснащен подъемным механизмом. Для подачи сжатого воздуха монтируются трубопроводы из двух ниток: рабочей и резервной. Для обеспечения сжатым воздухом монтируется компрессорная.

Сущность метода заключается в том, что во время погружения кессона в кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, предотвращающий поступление в камеру подземных вод и наплывов грунта. Разработку грунта ведут в осушенном пространстве камеры.

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 hк>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:

- 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.

Основы расчета фундаментов глубокого заложения

При устройстве фундаментов глубокого заложения методом опускного колодца, кессона и «стена в грунте» необходимо учитывать возможность разуплотнения грунта вследствие его частичного разгружения. Разуплотнение будет тем более интенсивным, чем больше глубина разработки грунта, поэтому для предотвращения неравномерных осадок разуплотнения необходимо стремиться к максимальному сокращению времени между вскрытием грунта основания и началом бетонирования фундамента.

Рис. 11.5. Схема работы фундамента глубокого заложения в грунте основания:
а — зависимость осадки от давления: 1 — для фундамента, возводимого в открытом котловане; 2 — то же, свайного; 3 — то же, глубокого заложения; б — при расположении центра вращения D в пределах высоты фундамента; в — то же, ниже подошвы фундамента

При использовании фундамента глубокого заложения график зависимости осадки от давления имеет ярко выраженный нелинейный характер (кривая 3 на рис. 11.5, а). Причем эта зависимость характеризуется отсутствием точки перелома а, характерной для Фундамента неглубокого заложения (кривая 1) и забивной сваи трения (кривая 2). Вторым отличием работы фундамента глубокого заложения от работы других типов фундаментов является значительно меньшая абсолютная осадка даже при значительной нагрузке, передаваемой на грунты основания. Последнее объясняется тем, что под подошвой фундамента глубокого заложения залегают слои олее плотного грунта и отсутствует возможность выпора грунта на поверхность.

Расчет фундаментов глубокого заложения выполняют в соответствии с первой и второй группами предельных состояний, однак при этом необходимо привлечение методов нелинейной механ: грунтов, которые существенно усложняют расчет.

В случаях, когда действующими строительными нормами разрешается производить расчет по сопротивлению грунта основания, он выполняется известными методами определения осадок с учетом влияния сил трения, развивающихся по боковой поверхности фундамента.

В общем случае на фундамент глубокого заложения будут действовать вертикальные, горизонтальные силы и момент. Под действием этих нагрузок фундамент может повернуться относительно некоторой точки D (рис. 11.5, б, в). Повороту фундамента будет препятствовать не только сопротивление грунта под подошвой, но и по его боковой поверхности. В расчетной схеме все вертикальные нагрузки приводят к равнодействующей 1FV — Т, приложенной центрально в плоскости подошвы, а горизонтальные силы и момент — к равнодействующей горизонтальной силе 22% приложенной на расстоянии X от подошвы фундамента.

Расположение центра вращения D может быть разным. При относительно высоком расположении равнодействующей горизонтальной силы l,Fh центр вращения будет находиться в нижней части фундамента (рис. 11.5, б). При действии этой силы в пределах средней части высоты фундамента точка D будет располагаться ниже подошвы фундамента (рис. 11.5, в).

В результате поворота фундамента относительно центра вращения по боковым поверхностям возникнут усилия реактивного давления, эпюры которых показаны на рис. 11.5.

Считается, что устойчивость фундамента в грунте обеспечена, если горизонтальное реактивное давление при z=duz=dl3 меньше сопротивления грунта в этих точках, принимаемого равным разности пассивного и активного давления грунта.

В формуле (11.12) не учтено трение по подошве фундамента и его боковым граням, а также возможность образования областей сдвига в верхней части фундамента (эти факторы идут в запас устойчивости).

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.

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.

Читайте также: