Возведение сооружений методом опускного колодца
Метод опускного колодца при строительстве сооружений водопровода и канализации используют при устройстве заглубленных помещений насосных станций, стволов, шахт, водозаборов, а также различных подземных опор и др. Сущность метода состоит в том, что первоначально на поверхности земли возводят стены колодца, оборудованные ножевой частью, а затем внутри его разрабатывают грунт в направлении от центра к периметру стен. За счет подработки грунта стены утрачивают опору с внутренней стороны и под действием собственной тяжести колодец опускается, выдавливая грунт (благодаря специальной конструкции ножа) внутрь.
Опускные колодцы различаются:
по материалу — бетонные, железобетонные, металлические, каменные и деревянные;
по форме (в плане) — круглые, овальные и прямоугольные (рис. 8.2, а);
по технологии опускания — насухо, с водоотливом или искусственным понижением уровня грунтовых вод и без водоотлива с разработкой грунта под водой.
Первым этапом сооружения колодца является устройство основания под нож, которое гарантирует надежное опирание последнего при возведении стен. Существуют основания различных видов. Наиболее распространенный вид — деревянные подкладки на песчаной подушке (рис. 8.2, б). Толщина подкладок около 20 см, длина 2...3,5 м.
Рис. 8.2. Опускные колодцы
а — формы (в плане): I — круглые; II — прямоугольные; III — с закругленными боковыми стенками; 1 — стенка; 2 — днище; 3 — поперечная стенка; б — подготовка основания под нож стенки: 1 — нож колодца; 2 — деревянные подкладки; 3 — банкетка ножа; в —схема бетонирования стены; 1,3 — соответственно наружная и внутренняя опалубки стены; 2 — приемная воронка для бетонной смеси; 4 — хобот для подачи бетонной смеси; 5 — армокаркас; 6 — щебень; 7 — конструктивная опалубка; г — устройство основания под нож стен, выполненных из сборных панелей: 1 — нож; 2 — опорные стойки; 3 — уплотненный щебень; 4 — монтажные петли; 5 — опорное кольцо из сборных железобетонных блоков; 6 — обратная песчаная засыпка; 7 —форшахта из бетона; 8 — разделительные доски; д — схема расположения фиксированных зон: 1 — колодец; 2 — фиксированные зоны; 3 — берма; 4 — оси фиксированных зон; с схема разработки грунта в колодце насухо: 1 — колодец; 2 —башенный кран; 3, 4 — экскаваторы (прямая и обратная лопата); 5 —тиксотропная рубашка; ж — устройство кессона: 1 — шлюзовой аппарат; 2 — гидроизоляция; 3 —надкессонное строение; 4 — кессонная камера
При монолитном варианте, бетонирование стен ведут по ярусам (рис. 8,2, в). Высота яруса определяется из условий допустимого удельного давления на грунт под ножевой частью. Практически колодцы высотой до 10 м бетонируют в один ярус, более высокие — в несколько ярусов при их высоте 6...8 м. Укладку бетона очередного яруса производят после набора бетоном предыдущего яруса прочности 1,2...1,5 МПа.
Устройство стен из сборных железобетонных плоских панелей длиной до 12 м, шириной 1,4...2 м и толщиной 0,4...0,8 м предусматривает создание специального основания, выполненного в предварительно отрытой траншее глубиной до 0,8 м (рис. 8.2, г). Вначале бетонируют форшахту, затем отсыпают песчаную подушку (с послойным уплотнением), укладывают сборные плиты опорного кольца и устраивают щебеночное основание. После этого устанавливают стеновые панели, соединяя их между собой пластинами (на сварке), и бетонируют вертикальный стык. При устройстве колодцев глубиной более 12 м стены наращивают такими же панелями, но без ножевой части.
По окончании устройства стен приступают к погружению колодца под действием его собственной силы тяжести. При опускании колодца насухо применяют три схемы разработки и выдачи грунта из колодца.
По первой схеме грунт разрабатывают бульдозерами, экскаваторами на гусеничном ходу и выдают на поверхность кранами в бадьях. При внутреннем диаметре колодца до 20 м используют экскаваторы с объемом ковша 0,25...0,4 м3, свыше 20 м — с объемом ковша 0,65...1,25 м3. В колодцах диаметром более 32 м работы ведут не менее двух экскаваторов. Бульдозер используют для срезки и сброса грунта в отвалы для удобства погрузки его в бадьи. Грунт разрабатывают в следующей последовательности: первоначально — в средней части колодца на глубину 1,5...4 м (в зависимости от размера колодца), оставляя вблизи ножа берму шириной 1...3 м; далее, уточнив места и размеры фиксированных зон (рис. 8.2, д), производят послойную (10...15 см) срезку грунта бермы на участках между фиксированными зонами (момент начала погружения колодца). Если после полной разработки этих участков бермы (до уровня банкетки ножа) колодец не опускается, то начинают разработку грунта фиксированных зон. При первых подвижках колодца переходят к разработке грунта в средней части и т. д. По мере погружения колодца размеры фиксированных зон уменьшаются до полного исключения, при необходимости разрабатывают (вручную) грунт под ножевой частью.
Грунт грузят в саморазгружающиеся бадьи вместимостью от 2 до 5 м краном соответствующей грузоподъемности, поднимающим их на поверхность (рис. 8.2, е). Количество кранов определяется из расчета обеспечения требуемой производительности работы экскаватора. Поднятый на поверхность грунт грузят в самосвалы и отвозят в отвал или для других целей.
По второй схеме предусматривается разработка грунта грейфером. Для этого используют двух-, трех- и четырехлопастные грейферы вместимостью 0,5... 1,5 м3. Грейферами разрабатывают грунт I и II групп. Для грунтов III группы используют грейферы вместимостью более 1 м . Последовательность разработки грунта кольцевыми траншеями — от центра к стенам или радиальными траншеями от середины поочередно к дальней и ближней стенкам относительно крана.
При третьей схеме разработки грунта используют гидромеханизированный способ. Возможны три варианта рассматриваемого способа: разработка гидромониторами и транспортировка на поверхность земснарядами или углесосами; разработка гидромониторами и подъем на поверхность гидроэлеваторами; разработка экскаватором и выдача на поверхность средствами гидромеханизации.
Опускание колодца без водоотлива производят при большом притоке воды, когда выполнять водопонижение экономически нецелесообразно. В этом случае грунт разрабатывают и подают из-под воды грейфером.
При строительстве колодца в сильно обводненных грунтах или вблизи существующих зданий и сооружений, когда есть опасность выноса или выпора грунта из-под подошвы фундаментов, применяют кессон (рис. 8.2, ж). Кессонную камеру устраивают из железобетона (в редких случаях — из металла). Высота камеры от банкетки до потолка не менее 2,2 м. Плотный грунт в кессонной камере разрабатывают вручную с использованием отбойных молотков, пневмобуров и взрывного способа, а слабые — средствами гидромеханизации. При ручной разработке первоначально по контуру камеры на некотором расстоянии от банкетки отрывают траншею шириной около 1 м на глубину посадки кессона, но не более 40 см. Затем разрабатывают грунт между траншеей и ножом, оставляя перемычки нетронутого грунта. После посадки кессона (на 30...40 см) ведут послойную разработку грунта центральной части, а также новых траншей, затем цикл повторяется.
Во всех случаях погружение колодца сопровождается преодолением сил трения на поверхности стен. Для уменьшения этих сил применяют способ погружения в тиксотропных рубашках. Принцип его заключается в том, что ножевую часть колодца делают с уступом наружу на 10... 15 см относительно вышерасположенной стены, вследствие чего при погружении в грунт вокруг стен образуется полость. Чтобы грунт не обрушивался, полость заполняют глинистым раствором с тиксотропными свойствами. В результате трение наиболее значительной величины имеет место только на наружной боковой поверхности ножа. Преимущество такого способа погружения колодца способствует значительному уменьшению толщины стен; возможности применения сборных стеновых панелей; отсутствию опасности «зависания» колодца; легкому исправлению возможных кренов колодца при опускании.