Устройство 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.
Опускные колодцы.
Опускные колодцы называют открытую сверху снизу полую конструкцию произвольного в плане очертания, погруженного под воздействием собственного веса или дополнительных нагрузок по мере удаления из неё грунта.
Рис. 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.
Для погружения опускных колодцев применяются 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.
Материалами для данных колодцев являются камень, кирпич (кладка), дерево, металл, бетон и железобетон. Чаще всего применяется бетон и особенно железобетон.
Работы по устройству опускных колодцев выполняют в такой последовательности:
1.сооружение колодца;
2.опускания колодца;
3.наращивание стенок колодца по мере заглубления в грунт;
4.устройство бетонной подушки или железобетонной плиты днища колодца;
5.заполнение( при необходимости) полости опущенного колодца;
6. устройство распределительной плиты для передачи внешних нагрузок на колодец ( при использовании колодца в качестве фундамента)
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.
Рис. Различные формы поперечного сечения опускных колодцев
| 1. Исходные данные для проектирования |
| 2. Предварительное конструирование колодца, назначение основных размеров |
| 3. Проверка достаточности веса колодца для его опускания |
| 4. Проверка колодца на всплытие |
| 5. Проверка колодца на разрыв |
| 6. Расчет на изгиб первой секции колодца |
| 7. Расчет ножа(консоли) на изгиб |
| 8. Расчет стен колодца на изгиб в горизонтальной плоскости |
| 9. Расчет на всплытие в период эксплуатации |
| 10. Расчет деформаций колодца и окружающего его грунта |
| 11. Расчет контактных напряжений под подошвой и по боковым граням колодца |
| 12. Расчет прочности конструкций опускаемого колодца |
| КОНЕЦ |
Наружные поверхности стен колодцев могут быть вертикальными, наклонными (выше первой секции), с одним уступом (рис. 9.3) или несколькими уступами по высоте. Колодцы с вертикальными стенками просты в изготовлении и наиболее устойчивы при опускании. Однако
силы трения по боковой поверхности колодцев могут достигать больших значений, препятствуя их погружению на значительные глубины в грунт. Поэтому при глубине погружения более 8—10 м
сооружают колодцы типов, показанных на рис. 9.3, б и в, по боковым поверхностям которых развиваются меньшие силы трения.
Силы трения вдоль боковой поверхности колодца можно уменьшить устройством гладкой поверхности наружных стен, путем noдмыва и образованием вокруг стенок колодца тиксотропных рубашек из растворов глинистых грунтов, играющих роль смазки. Последний метод наиболее эффективен.
Для образования тиксотропной рубашки нижнюю часть наружной поверхности стен колодца устраивают с одни уступом. В образующуюся при опускании колодца полость между его стенами
и грунтом нагнетают глинистый раствор (рис. 9.4). Глинистый раствор не только значительно снижает силы трения грунта о боковую поверхность стен колодца, но и создает вокруг них водонепроницаемую оболочку. При таком способе погружения вокруг колодца не образуется просадочной воронки.
После погружения колодца до проектной отметки для восстановления силы трения по его боковой поверхности глинистый раствор вытесняют цементным, подаваемым снизу по трубам.
Такая замена растворов обеспечивает также более надежное защемление колодца в грунте при действии горизонтальных сил и моментов. Толщину наружных стен колодцев принимают в пределах 0,7—1,5 м, а внутренних 0,5—1,0 м. Принятая толщина стен должна обеспечивать необходимый вес колодца для преодоления сил трения при его погружении. Для колодцев, погружаемых в тиксотропных рубашках, толщину стен уменьшают до 0,4^-0,6 м. Толщину стен проверяют расчетом на прочность.
В колодцах больших размеров в плане устраивают внутренние стенки, которыми колодец делится на отдельные шахты (ячейки) (см. рис. 9.2). Внутренние стенки уменьшают свободный пролет наружных стен, работающих на изгиб, и увеличивают вес колодца.
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.
Рассчитывается опускной колодец 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.
Кессоны.
Сущность метода, область применения и оборудование. При кессонном способе ведения работ (рис. 9.13, а) в рабочую камеру 1 подается сжатый воздух, под давлением которого вода вытесняется из
камеры, что позволяет разработку грунта вести насухо. Рабочая камера ограждена кессоном 2, имеющим боковые стенки —консоли 3 и потолок 4. На потолке кессона по мере его погружения ведут над кессонную кладку 5 из бутобетона. В результате разработки грунта в рабочей камере кессон погружается в грунт под действием собственного веса, веса над кессонной кладки и оборудования. По достижении заданной глубины рабочую камеру кессона и шахтный колодец заполняют кладкой 18 и 19.
В конечной стадии получается массивный фундамент глубокого заложения, на котором возводят опору 20 (рис. 9.13, б). Использование кессонов позволяет выполнять работы в любых
грунтовых условиях ниже горизонта вод и при наличии в грунтах любых препятствий, что является основным достоинством этого вида фундаментов.
При кессонном способе работ можно предотвратить наплыв грунтов в рабочую камеру, что позволяет более безопасно возводить фундаменты по соседству с существующими сооружениями, чем при ис-
пользовании опускных колодцев.
Недостатки: вредное воздействие сжатого воздуха на организм человека, сложность и трудоемкость кессонных работ.
Сжатый воздух в рабочую камеру поступает по трубам 6,, число которых, зависящее от площади кессона, должно быть не менее двух. Воздухоподающие трубы оборудуют обратными клапанами на;
случай аварии или прекращения подачи воздуха в рабочую камеру. Воздух в шлюзовой аппарат подается по отдельным трубам 7. Сжатый; воздух вырабатывают специальные компрессорные станции 11, получающие питание от двух независимых источников энергии. На станции нужно иметь запасной компрессор производительностью не менее самого мощного из работающих. Сжатый воздух, поступающий в воздухосборник 10, проходит через маслоотделитель 9.
Подъем материалов и грунта, а также подъем и спуск рабочих в камеру кессона производится по вертикальным шахтным трубам 12. Шахтные трубы собирают из металлических звеньев; стыки между
звеньями делают герметичными. По мере погружения кессона звенья труб наращивают. Сверху на шахтные трубы устанавливают металлический шлюзовый аппарат 13, представляющий собой центральную* камеру и прикамерки: пассажирский 14 и материальный 15. Давление сжатого воздуха в центральной шлюзовой камере и шахтных трубах равно давлению в рабочей камере кессона.
Шлюзовый аппарат необходим для создания перехода от нормального давления к повышенному и наоборот. Первый процесс называют шлюзованием, а второй —вышлюзовыванием.
Шлюзование материалов и грунта ведут через материальный при камерок, в котором давление изменяется более быстро. Монтаж и демонтаж шахтных труб и шлюзового аппарата выполняют со специальных подмостей 16, которые возводят на потолке кессона. Для работ по опусканию кессонов также используют кран, установленный
рядом с ним. Помимо воздухоподающих труб в рабочую камеру подводят еще сифонные трубы 17. По этим трубам удаляется из камеры испорченный воздух, когда кессон проходит через плотные грунты, затрудняющие
естественную вентиляцию, а также случайно попавшая в кессон вода, которая не может быть отжата через водонепроницаемые грунты
С виду кессон выглядит как железная бочка, сверху на ней располагается специальный люк. По поводу стенок кессона можно сказать, что их толщина варьируется в пределах 3-5 миллиметров. Чтобы кессон служил долго и был надёжным, он покрывается слоем антикоррозийного покрытия, которое защищает металл от коррозии. Корпус внутри обрабатывается грунтовкой. Обычно, сверху в качестве антикоррозийной защиты используется битум, но мы применяем особенную краску, которая позволяет продлить жизнь кессона
.Для опускания с поверхности естественного грунта или искусственного островка применяют кессоны, изображенные на рис. 9.14, а, б. Массивные кессоны изготовляют железобетонные или деревобетонные с гибкой арматурой.
«Стена в грунте»
Сущность способа «стена в грунте» заключается в устройстве стен из монолитного или сборного железобетона или противофильтрационного материала в узких и глубоких траншеях. В процессе разработки грунта устойчивость стен траншей обеспечивается за счет заполнения траншеи глинистыми растворами (суспензиями), обладающими тиксотропными свойствами. После разработки траншеи заданных размеров глинистый раствор замещается различного рода материалами, которые образуют в грунте несущие или ненесущие (в зависимости от назначения сооружения) конструкции.
Последовательность операций при возведении Стены в грунте
1. По периметру будущего котлована сооружается монолитная железобетонная направляющая стенка — форшахта. Она обеспечивает проектное направлениеи необходимую точность сооружения стены в грунте и предотвращает обрушение грунта в верхней части траншеи.
2. Разрабатывается траншея под стену в грунте. Разработка производится двухчелюстным гидравлическим грейфером. При разработке грунта траншея заполняется бентонитовым раствором, который предотвращает обрушение стенок.
3. Происходит подготовка выкопанной траншеи к бетонированию. Специально подготовленные арматурные каркасы переводятся в вертикальное положение и опускаются в траншею. После монтажа каркасов в траншею опускаются бетонолитные трубы с приёмными воронками.
4. Производится бетонирование стены, при этом вытесняемый бетонной смесью бентонитовый раствор откачивается насосом и подается на установку регенерации. Темп бетонирования составляет 20-30 куб.м/час.
5. Производится разработка грунта котлована и устройство крепления стены. Котлован разрабатывается ярусами.
Основными способами обеспечения несущей способности Стены в грунте на горизонтальные нагрузки являются установка грунтовых анкеров, устройство распорной системы, и сооружение нулевого цикла полузакрытым способом по схеме «сверху - вниз» (технология «semi-top-down»).
Tехнологическая схема возведения стен подземного сооружения в траншеях под глинистым раствором: I - разработка грунта под глинистым раствором; II - опускание разделительных элементов; III - установка армокаркасов; IV - бетонирование стен и извлечение ограничителей; V - разработка грунтовых целиков; VI - установка армокаркасов; VII - бетонирование стен; 1 - копровая стойка; 2 - кран-экскаватор; 3 - грейфер; 4 - кран; 5 - ограничители; 6 - глинистый раствор; 7 - армокаркас; 8 - отстойник; 9 - автобетоновоз; 10 - трубы для подачи бетона.
Преимущества технологии Стена в грунте
"Стена в грунте" предоставляет возможность в основном на большой глубине возводить конструкции торговых комплексов, объектов бытового обслуживания, автостоянок, складов, транспортных и инженерных тоннелей и коллекторов.
"Стена в грунте" служит не только ограждением глубоких котлованов, но также может быть одновременно капитальным фундаментом и стеной возводимого сооружения. Работы выполняются в условиях круглогодичного строительства.
В сравнении с давно известными способами ограждения строительных котлованов Стена в грунте обладает рядом данных технических преимуществ:
1. Возможность устраивать котлованы там, где обычные способы их крепления неэффективны или невозможны вовсе.
2. Достаточно высокая водонепроницаемость.
3. Высокая надежность и возможность работы в сложных геологических условиях.
4. Высокие темпы сооружения (до 200 п/м готовой стены в месяц на один станок).
5. Полное отсутствие динамических колебаний грунта, что позволяет осуществлять строительство в непосредственной близости от существующих зданий и коммуникаций.
6. Низкий уровень шума на всех этапах работ.