§ vii.2. кессоны. Опускные колодцы и кессоны а. Укатка и вибрирование

При залегании прочных грунтов на значительной глубине, когда устройство фундаментов в открытых котлованах становится трудновыполнимым и экономически невыгодным, а применение свай не обеспечивает необходимой несущей способности, прибегают к устройству ФГЗ. Необходимость устройства фундаментов глубокого заложения может быть вызвана и особенностями самого сооружения, например когда оно должно быть опущено на большую глубину – подземные гаражи и склады, ёмкости очистных, водопроводных и канализационных сооружений, здания насосных станций, водозаборы, глубокие колодцы для зданий дробления руды, непрерывной разливки стали и многие другие.

В настоящее время применяют следующие типы фундаментов глубокого заложения: опускные колодцы и кессоны, тонкостенные оболочки, буровые опоры и фундаменты, возводимые методом стена в грунте.

Опускные колодцы.

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:

Простота изготовления;

Возможность придания им любой формы;

Отсутствие (как правило) опасности всплытия

· Из сборных опускных колодцев наибольшее распространение получили:

Колодцы из пустотелых прямоугольных элементов

Кессоны.

В сильно обводненных грунтах, содержащих прослойки скальных пород или твердых включений (валуны, погребенную древесину и т.д.) погружение опускных колодцев по схеме «насухо» требует больших затрат на водоотлив, а разработка грунта под водой невозможна из-за наличия в грунте твердых включений.

В этом случае используется кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения, который был предложен во Франции в середине 19в.

Кессон схематически представляет собой опрокинутый вверх днищем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давлением нагнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление грунтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникать в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведется насухо без водоотлива.

Рис.13.9. Схема устройства кессона:

а – для заглубленного помещения; б – для глубокого фундамента; 1 – кессонная камера; 2 – гидроизоляция; 3 – надкессонное строение; 4 – шлюзовой аппарат; 5 – шахтная труба

Метод является более дорогостоящим и сложным, поскольку требует специального оборудования. Кроме того, этот способ связан с пребыванием людей в зоне повышенного давления воздуха, что значительно сокращает продолжительность рабочих смен (до 2 часов при 350…400кПа(max)) при максимальной глубине 35-40м.

В связи с вышесказанным кессоны применяют значительно реже других типов фундаментов глубокого заложения.

Кессонная камера, высота которой по санитарным нормам принимается не менее 2,2 м, выполняется из ж/б и состоит из потолка и стен, называемых консолями.

Способ погружения кессона аналогичен опускному колодцу. Глубину погружения кессона и его внешние размеры определяют так же, как и для опускных колодцев.

Шлюзовой аппарат, соединенный с кессонной камерой шахтными трубами, предназначен для шлюзования людей и грузов при их спуске в кессонную камеру и при подъеме из нее.

Грунт в камере кессона разрабатывается или ручным или гидромеханическим способом.

Имеется опыт разработки грунта в кессонной камере вообще без присутствия в ней рабочих, когда все управление гидромеханизмами выносится за ее пределы. Такой способ опускания кессона называется слепым.

Тонкостенные оболочки.

Тонкостенная оболочка представляет собой пустотелый цилиндр из обычного или предварительно напряженного ж/б. Они начали широко применяться только с появлением мощных вибропогружателей, позволяющих погружать в грунт элементы больших размеров.

Рис.13.10. Конструкция типовой оболочки диаметром 1,6м

Оболочки выпускаются секциями длиной от 6 до 12м и наружным диаметром от 1 до 3м. Длина секций кратна 1м, толщина стенок составляет 12см. На рис 13.10 в качестве примера показана секция оболочки диаметром 1,6м.

Наилучшими типами стыков являются сварной, применяемый для предварительной сборки на строительной площадке, и фланцевый на болтах, используемый для наращивания оболочек в процессе погружения. (рис.13.11)

Рис.13.11. Стыки секций оболочек:

а – сварной стык; б – фланцево-болтовой стык; 1 – стержень продольной арматуры; 2 – ребро; 3 – обечайка; 4 – сварной шов; 5 – стальной стержень; 6- болт

Погружение оболочек в грунт осуществляется, как правило, вибропогружателями. Для облегчения погружения, а также для предотвращения разрушения оболочки при встрече с твердыми включениями конец нижней секции снабжается ножом.

Обычно для повышения сопротивления оболочки действию значительных внешних усилий обычно ее полость после погружения до заданной глубины заполняется бетоном. При погружении в песчаные грунты внизу оставляют уплотненное песчаное ядро высотой не менее 2м. (рис.13.12а)

Рис.13.12 Конструкция сборных железобетонных оболочек:

а – оболочка с уплотненным песчаным ядром; б – усиленная оболочка с несущей диафрагмой; в – оболочка, заделанная в скалу; г – оболочка с уширенной пятой; 1 – оболочка; 2 – бетонное заполнение; 3 – нож; 4 – несущая диафрагма; 5 – арматурный каркас; 6 – буровая скважина в скальной породе; 7 – уширенная пята

Благодаря этому сохраняется естественная плотность песчаного грунта в основании оболочки, что обеспечивает лучшее использование его несущей способности.

Наиболее рационально тонкостенные оболочки применять при больших вертикальных и горизонтальных нагрузках. Такие сочетания нагрузок наиболее характерны для мостов, гидротехнических и портовых сооружений.

Буровые опоры.

Буровые опоры представляют собой бетонные столбы, которые возводят путем укладки бетонной смеси в предварительно пробуренные скважины. Укладка бетонной смеси производится под защитой либо глинистого раствора, либо обсадных труб, извлекаемых при бетонировании.

Технология устройства буровых опор та же, что и буронабивных свай. По существу, они представляют собой буронабивные сваи большого сечения (d >80см).

Нижние концы буронабивных опор обязательно доводят до плотных грунтов, поэтому они работают как стойки. Иногда их делают с уширенной пятой.

Буровые опоры обладают значительной несущей способностью (e1000т) и рассчитываются как сваи-стойки.

Стена в грунте.

Этот способ предназначен для устройства фундаментов и заглубленных в грунт сооружений (рис. 13.13).

Способ заключается в том, что сначала по контуру будущего сооружения в грунте отрывается узкая глубокая траншея (b=60…100 см, Hd40…50 м) с помощью жесткого грейфера или механизированного траншеекопателя на проектную глубину с врезкой в водоупор, которая затем заполняется бетонной смесью или сборными железобетонными элементами.

Возведенная таким образом стена может служить конструктивным элементом фундамента, ограждением котлована или стеной заглубленного помещения.

Помимо заглубленных сооружений способом «стена в грунте» можно устраивать противофильтрационные завесы. Устройство «стены в грунте» наиболее целесообразно в водонасыщенных грунтах при высоком уровне подземных вод. Способ особенно эффективен при заглублении стен в водоупорные грунты, что позволяет полностью отказаться от водоотлива или глубинного водопонижения.

Существенным достоинством способа является возможность устройства глубоких котлованов и заглубленных помещений вблизи существующих зданий и сооружений без нарушения их устойчивости, что особенно важно при строительстве в стесненных условиях, а также при реконструкции сооружений.

Технология устройства «стены в грунте».

1. Сооружение «стена в грунте» начинается с устройства сборной или монолитной форшахты, которая служит направляющей для землеройных машин, опорой для подвешивания армокаркасов, бетолитных труб, сборных железобетонных панелей и т.п. и обеспечивает устойчивость стенок в верхней части.

2. Отрывка котлована отдельными захватками. Откопав первую захватку, на всю глубину стены по ее торцам устраивают ограничители, арматурный каркас и укладывают бетонную смесь.

3. Затем переходят к захватке «через одну», а после ее устройства – к промежуточной и т.д., в результате получается сплошная стена (рис. 13.14).

Рис.13.14. Последовательность возведения «стены в грунте»:

а – первая очередь работ; б – вторая очередь работ; 1 – форшахта; 2 – базовых механизм; 3 – бетонолитная труба; 4 – глинистый раствор; 5 – грейфер; 6 – траншея под одну захватку; 7 – арматурный каркас; 8 – бетонная смесь; 9 – забетонированная секция; 10 – готовая «стена в грунте»

Такой метод называется методом последовательных захваток или секционным методом.

Для удержания стен захватки против обрушения по мере углубления в нее подливают тиксотропный глинистый раствор.

После возведения «стены в грунте» по всему периметру сооружения (т.е. конструкция замыкает в плане будущее сооружение) поэтапно удаляют грунт из внутреннего пространства. При необходимости на каждом этапе по периметру устраивают грунтовые анкера или распорки. Если крепления не изготавливаются, то устойчивость стены при удалении грунта обеспечивается ее заделкой в основание. После полного удаления грунта из внутреннего пространства до проектной отметки возводят внутренние конструкции.

Образующий рабочую камеру, в которую под давлением нагнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление грунтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникать в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведется насухо без водоотлива.

Кессон – «перевернутый ящик» - используется при постройки на местности покрытой водой.

Над кессонная кладка

Рабочая камера

Водолазный колокол

Рис.13.9. Схема устройства кессона:

а – для заглубленного помещения; б – для глубокого фундамента; 1 – кессонная камера; 2 – гидроизоляция; 3 – надкессонное строение; 4 – шлюзовой аппарат; 5 – шахтная труба
Метод является более дорогостоящим и сложным, поскольку требует специального оборудования. Кроме того, этот способ связан с пребыванием людей в зоне повышенного давления воздуха, что значительно сокращает продолжительность рабочих смен (до 2 часов при 350…400кПа(max)) при максимальной глубине 35-40м.

В связи с вышесказанным кессоны применяют значительно реже других типов фундаментов глубокого заложения.

Время пребывания рабочих в кессоне ограничено 2…6 часами в зависимости от величины избыточного давления. На каждого рабочего в кессоне должно подаваться не менее 25 м 3 сжатого воздуха в час.

Расчетная схема кессона

q – масса над кессонной кладки;

Р – давление внутри кессона;

Rв – вертикальная реакция под ножом;

Rн – наклонная реакция под ножом;

Eа – активное давление грунта.

Где - избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха, кПа ;

Гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м ;

Удельный вес воды,

После опускания кессона на проектную глубину все специальное оборудование демонтируется, а рабочая камера заполняется бетоном.

Грунт в камере кессона разрабатывается или ручным или гидромеханическим способом.

Расчет кессонной камеры производится на отдельных этапах:

Кессонная камера с некоторой частью над кессонного строения оперта на подкладки, оставленные в фиксированных точках.
Кессонная камера опущена на проектную глубину; давление воздуха в кессоне, вследствие его форсированной посадки, равно 50 % от расчетной величины для данной глубины опускания.
То же, но давление воздуха равно расчетному.
То же положение, но ножевая часть очищена от грунта.

23. Устройство подземных сооружений методом «стена в грунте». Основные понятия о способах производства работ и расчете.

4.5 Стена в грунте

Этот способ предназначен для устройства фундаментов и заглубленных в грунт сооружений (рис. 13.13).

Рис.13.13. Конструкции, сооружаемые способом «стена в грунте»: а – котлованы в городских условиях; б – подпорные стенки; в – тоннели; г – противофильтрационные диафрагмы; д – подземные резервуары
Способ заключается в том, что сначала по контуру будущего сооружения в грунте отрывается узкая глубокая траншея (b=60…100 см, H≤40…50 м) с помощью жесткого грейфера или механизированного траншеекопателя на проектную глубину с врезкой в водоупор, которая затем заполняется бетонной смесью или сборными железобетонными элементами.

Технология устройства «стены в грунте» .

Сооружение «стена в грунте» начинается с устройства сборной или монолитной форшахты, которая служит направляющей для землеройных машин, опорой для подвешивания армокаркасов, бетолитных труб, сборных железобетонных панелей и т.п. и обеспечивает устойчивость стенок в верхней части.
Отрывка котлована отдельными захватками. Откопав первую захватку , на всю глубину стены по ее торцам устраивают ограничители, арматурный каркас и укладывают бетонную смесь.
Затем переходят к захватке «через одну», а после ее устройства – к промежуточной и т.д., в результате получается сплошная стена (рис. 13.14).

Глиняный раствор

Форд шахта

Рис.13.14. Последовательность возведения «стены в грунте»:

Такой метод называется методом последовательных захваток или секционным методом .

Для приготовления глинистых растворов используют бентонитовые глины (глина, содержащая большой процент монтмориллонита). Глинистые частицы раствора не только смачиваются водой, но вода проникает внутрь кристалла и глина разбухает, значительно увеличиваясь в объеме. Монтмориллонитовая глина обладает свойством тиксотропии , т.е. при динамическом воздействии – это раствор, а при отсутствии воздействия через 4…6 часов золь превращается в гель , что позволяет удерживать стенки траншеи.

- поверхностные , когда уплотняющие воздействия прикладываются на поверхности и приводят к уплотнению сравнительно небольшой толщи грунтов

- глубинные , когда уплотняющие воздействия передаются значительные по глубине участки грунтового массива.

→ Поверхностное уплотнение производится

укаткой;
трамбовкой;
вибрационными механизмами (виброуплотнением)
подводными взрывами;
вытрамбовыванием котлованов.

→ К методам глубинного уплотнения относят

устройство песчаных, грунтовых и известковых свай
глубинное виброуплотнение
уплотнение статической пригрузкой в сочетании с устройством вертикального дренажа
водопонижение
глубинные(камуфлетные взрывы зарядов ВВ или электровзрывы)

Любые уплотнение можно производить только до определенного предела (до отказа), после достижения которого дальнейшее воздействие не производят к заметному уплотнению

На рис. 12.5 приведены графики иллюстрирующие процесс уплотнения грунта при цилиндрических уплотняющих воздействиях (укатке, трамбовке)

Уплотняемость грунтов, в значительной степени зависит от их влажности и определяется максимальной плотностью скелета уплотняемого грунта и относительной влажностью W опт
25. Уплотнение грунтов поверхностным трамбованием, глубинным

вибрированием, грунтовыми сваями.

3.3.а. Укатка и вибрирование

Уплотнение укаткой производится самоходными и прицепными катками на пневматическом ходу, гружеными скреперами, автомашинами, тракторами. Помимо укатки используют виброкатки и самопередвигающиеся вибромашины. Укаткам можно уплотнить грунты только на очень небольшую глубину, поэтому этот метод в основном применятся при послойном возведении грунтовых подушек, планировочных насыпей, земляных сооружений, при подсыпке оснований под полы. Уплотнение достигается многократной проходкой уплотняющих механизмов. Влажность грунтов при этом должна соответствовать оптимальной.

За уплотненную зону h с om принимают толщу грунта, в пределах которой плотность скелета грунта ρ d не ниже заданного в проекте или допустимого её минимального значения. Уплотнение оптимальной толщины уплотняемого слоя грунта и числа проходов используемых механизмов производится на основании опытных работ.

3.3.б. Трамбовка

Ручные легкие трамбовки (при ограниченном фронте работ)

Тяжелые трамбовки

Рис . Ручные легкие трамбовки

Масса трамбовки 2…7 т

3…7 м

Зона уплотнения основания до 2…3 м

Рис. 2. Схема поверхностного уплотнения грунта тяжелыми трамбовками

Рис. Тяжелые трамбовки
Тяжелая трамбовка изготавливается из ж/б и имеет в плане форму круга или многоугольника (>8 сторон). Применяется для уплотнения всех видов грунтов в природном залегании (пылевато-глинистых при S r

Рис. 12.7. Схема поверхностного уплотнения грунта тяжелой трамбовкой.

1-уплотняемая полоса; 2-полоса перекрытия; 3-уплотняемая полоса; 4-место стоянки экскаватора; 5-ось проходки экскаватора; 6-трамбовка.

Коэффициент

Диаметр трамбовки

Пески, супеси: =1,8

Суглинки, глины: =1,5

Имеется опыт применения сверхтяжелых трамбовок весом >40т, сбрасываемых с высоты до 40м.

Часто уплотнение производится до определенной степени плотности, выражаемой через коэффициент уплотнения , равный отношению заданного или фактически полученного значения плотности скелета уплотненного грунта к его максимальному значению по стандартному уплотнению , т.е. =/.

При этом принимают ≈ 0,92…0,98

Трамбование производится с перекрытием следов (рис.12.7)

3.3.д. Глубинное виброуплотнение

Применяют для уплотнения рыхлых песчаных грунтов естественного залегания, а также при укладке насыпных несвязных грунтов, устройстве обратных засыпок и т.п.

Рис. 12.13. Схема виброустановки ВУУП – 6:

1 – вибропогружатель В – 401; 2 – трубчатая штанга; 3 – стальные ребра
При вибрации в сыпучих грунтах связь между частицами нарушается, и они начинают перемещаться под действием инерционных сил вибрации и сил тяжести. В результате грунты уплотняются.

Рис. Схема уплотнения вибробуловой

Эффективность уплотнения повышается при подаче в зону уплотнения воды (гидровиброуплотнение – подача воды через сопла в вибробулаве). Достигают уплотнения до .

Существует два основных способа виброуплотнения:

В первом способе уплотнение происходит при погружении в песок вибратора (вибробулавы).

(Уплотнение рыхлых песков мощностью до 8…10м)

Второй способ заключается в погружении в грунт стержня с прикрепленным к его голове вибратором.

Грунтовые сваи

применяются для уплотнения и улучшения строительных свойств просадочных макропористых и насыпных пылевато-глинистых грунтов на глубине до 20(м).

Суть метода: устраивается вертикальная скважина (полость) путем погружения металлической трубы (пробойника) d ≈40(см), которая затем засыпается местным грунтом с послойным уплотнением.

В результате образуется массив уплотненного грунта, характеризующийся повышенной прочностью и более низкой сжимаемостью, в просадочных грунтах устраняются просадочные свойства.

Рис.12.11. Схема устройства грунтовых свай способом сердечника:

а – образование скважины забивкой инвентарной сваи; б – извлечение инвентарной сваи; в – заполнение скважины грунтом с трамбованием; 1 – инвентарный башмак; 2 – сердечник; 3 – молот; 4 – трамбовка; 5 – уплотненный грунт заполнения

Рис.12.12. Схема образования скважин энергией взрыва:

а – устройство скважины – шпура; б – скважина – шпур, подготовленная к взрыву; в – готовая скважина; 1 – башмак; 2 – буровая штанга; 3 – наголовник; 4 – молот; 5 – деревянный брусок для подвески заряда; 6 – детонирующий шнур; 7 – заряд ВВ

метод уплотнения песчаными и грунтовыми сваями (рис. 6).

Порядок данного метода уплотнения основания заключается в следующем:

С поверхности уплотняемого основания погружается металлическая труба с раскрывающимся наконечником (происходит процесс уплотнения основания вокруг погружаемой трубы).
После погружения трубы на необходимую отметку, наконечник трубы раскрывается и труба извлекается с одновременным заполнением песком с виброуплотнением. В лессовых грунтах заполнение трубы осуществляется местным грунтом с необходимым увлажнением.
После извлечения трубы в уплотняемом основании образуется песчаная (грунтовая) свая, выполненная с заданной степенью плотности вместе с окружающим около свайным пространством.

а)

Рис. 6. Метод глубинного уплотнения основания с использованием песчаных (грунтовых) свай

а) – погружение трубы с раскрывающимся наконечником; б) – заполнение трубы песком с раскрытием наконечника; в) – извлечение трубы с формированием в основании песчаной сваи с заданной степенью плотности.

Котлован
Фундамент

Зона уплотнения

f св.

F упл.=1,4в х 1,4

Рис. 7. Схема использования песчаных свай для уплотнения основания

f св – площадь поперечного сечения сваи; F упл.- площадь уплотненного основания.
Чем чаще сделаны сваи, тем большую степень уплотнения получает грунт основания. Для избежания выпора грунта в котлован при уплотнении головы сваи, котлован может разрабатываться после уплотнения основания сваями (рис. 7).

Необходимое количество песчаных свай для уплотнения основания может быть определено исходя из следующего условия:

где е 0 , е упл. – соответственно, коэффициенты пористости грунта основания до и после уплотнения, последний, также как и f св - площадь поперечного сечения сваи, задаются в процессе проектирования; F упл.=1,4в х 1,4 - площадь уплотненного основания; в,  - соответственно ширина и длина проектируемого фундамента.

Следует отметить, что для связных водонасыщенных грунтов подобные сваи могут изготавливаться методом виброштампования (пневмопробойником) и заполняться щебеночно-песчаной смесью с добавлением цемента.

26. Замена слабых грунтов устройством грунтовых подушек. Расчёт и конструирование грунтовой подушки.

Если несущий слой грунта оказывается слабым, и его использование в качестве естественного основания оказывается невозможным или нецелесообразным, то приводят замену слабого грунта другим, обладающим высоким сопротивлением сдвигу и имеющим малую сжимаемость, который образует, так называемую, грунтовую подушку .

Рис. 12.1. Устройство песчаных подушек при малой (а) и большой (б) толще слабых грунтов:

1 – фундамент; 2 – слабый грунт; 3 – песчаная подушка; 4 – плотный подстилающий грунт.

Подушки делают из:

Крупнообломочные грунты (гравий, щебень);
Пески крупные и средней крупности (удобнее и легче использовать);
Шлак;
В лессах – местный перемолотый грунт.

Чаще всего грунтовые подушки имеют толщину 1…3 м (>3м не целесообразно).
Используют подушки: (см. рис.)

При малой толще слабых грунтов - обыкновенная песчаная подушка;
При большой толще слабых грунтов - висячая песчаная подушка;

Пески: α=30º…35º;

Гравий: α=40º…45º.

Тогда

Подушки отсыпаются слоями по 10…15 см, с уплотнением каждого слоя до γ d = 16…16,5 кН/м 3 .

Последовательность расчета фундамента на песчаной подушке

Задаемся характеристиками нового грунтового основания (т.е. характеристиками песчаной подушки)

γ=19 кН/м 3 ; φ=35º; с=0

Определяют размеры подошвы фундамента как фундамента, стоящего на грунте с выше перечисленными характеристиками.

P≤R

Проверяем подстилающий слой

Если это условие не выполняется, то увеличивают высоту висячей подушки.

Далее производится расчет деформаций основания. Совместная деформация песчаной подушки и подстилающего слоя S должна быть меньше S u .

S ≤ S u

Если это условие не выполняется. То также увеличивают высоту висячей подушки (или размеры фундамента).

Применение песчаной подушки приводит к следующим положительным эффектам:

Поскольку модуль общей деформации песчаной подушки Е>20 МПа, то их примение приводит к уменьшению осадок сооружения.
Поскольку песчаные подушки имеют большой коэффициент фильтрации (сильноводопроницаемы), то резко сокращается время консолидации основания.
Песчаные подушки устраиваются из непучинистых грунтов (материалов), поэтому есть возможность уменьшить глубину заложения фундамента d из условия учета глубины сезонного промерзания грунта d f .

Стр 9
27. Уплотнение грунтов вертикальным дренированием с предварительной пригрузкой (обжатие грунта). Области применения.

Используют для уплотнения (улучшения строительных свойств) слабых водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов и торфов, но на небольших площадках.

Рис. Схема уплотнения статической нагрузкой
Нельзя передавать большую нагрузку моментально, иначе произойдет выпор.

- эффективное давление

При t =∞; при t =0
Давление под насыпью должно быть не менее давления будущего сооружения, т.к. высота насыпей ограничена, этот метод как правило применяют при строительстве сооружений, передающих относительно небольшие давления на основание – это малоэтажные здания, ж/д полотна, автодороги, взлетно–посадочные полосы, резервуары и т.п.

Т.к. при использовании этого метода при уплотнении слабых грунтов мощностью > 10м требуется длительное время (для завершения процессов консолидации и стабилизации осадок). Для ускорения процесса уплотнения используют вертикальные дрены различных конструкций:

Песчаные дрены
Бумажные комбинированные дрены и др.

также применяют электроосмос

Рис. Схема уплотнения грунтов с помощью вертикальных дрен

Время уплотнения грунтов t обратно пропорционально коэффициенту фильтрации К ф и квадрату высоты зоны уплотнения - .

t = f (К ф ; ) – за счет изменения К ф многократно уменьшается время.

Технология устройства вертикальных песчаных дрен аналогична технологии изготовления песчаных свай.

Бумажные комбинированные дрены имеют поперечное сечение 4×100 мм и состоят из полимерного жесткого ребристого сердечника и фильтрующей оболочки.

Дрена вводится в грунт в обсадной трубе прямоугольного сечения статическим вдавливанием (на глубину до 20м) их шаг 1,5 – 3,0м (для песчаных) и 0,6 – 1,5м (для бумажных комбинированных).

28. Химические и термический методы закрепления слабых грунтов. Процессы, происходящие в грунтах при закреплении. Области применения.

3.4.а Цементация

Метод служит для закрепления (упрочнения) насыпных грунтов, галечниковых отложений, средних и крупнозернистых песков (сухих и влажных при К ф >80 м/сутки). Так же используют для заполнения карстовых пустот, закрепления и уменьшения водопроницаемости трещиноватых скальных грунтов.

Рис. Схема цементации

Цементный раствор нагнетаемый в грунт имеет В/Ц отношение 0,4…1,0 , часто в раствор добавляют песок.

Применяют забивные инъекторы – тампоны, опускаемые в пробуренные скважины. Цементация возможна и в водонасыщенных грунтах, но там где вода стоячая; если есть течение, то цементный раствор уносит.

Метод цементации применим также для усиления конструкций самих фундаментов. Для этого в теле фундамента пробуривают шпуры, через которые в материал или кладку фундамента под высоким давлением нагнетается цементный раствор.

3.4.б Силикатизация

Применяется для химического закрепления песков с К ф =0,5…80 м/сут, макропористых глинистых просадочных грунтов с К ф =0,2…2 м/сут (лессы), и отдельных видов насыпных грунтов.

Рис.12.14.Схема закрепления методом силикатизации оснований фундаментов (а), защиты фундаментов зданий при строительстве подземных сооружений (б) ,при возведении зданий (в):

1 – фундамент; 2 – инъекторы; 3 – зоны закрепления; 4 – строящееся подземное сооружение; 5 – существующий тоннель; 6 – строящееся здание

Сущность метода заключается в нагнетании в грунт силиката Na в виде раствора (жидкое стекло), которым заполняется поровое пространство. При соответствующих условиях (при наличии отвердителя), раствор переходит в гелеобразное состояние, затвердевая со временем. Создаются новые связи между частицами, что приводит к увеличению прочности уменьшению сжимаемости грунта.

Силикатизация:

однорастворная (лессовый грунт)
двухрастворная (пески)

-Особенностью силикатизации лессов является то, что в состав этих грунтов входят соли, выполняющие роль отвердителя жидкого стекла. Процесс закрепления происходит мгновенно, достигаемая прочность составляет 2МПа и более. Закрепление водоустойчиво, что обеспечивает ликвидацию просадочных свойств лессов.

Однорастворная силикатизация :

Na 2 O n SiO 2 + Са SO 4 + m(H 2 O) = nSiO 2 (m-1)H 2 O + Ca(OH) 2 + Na 2 SO 4

Na 2 O n SiO 2 - жидкое стекло;

Са SO 4 - соли в лессовом грунте;

nSiO 2 (m -1) H 2 O – гель кремниевой кислоты;

Двухрастворный способ заключается в следующем. В грунт погружаются инъекторы (трубы d =38мм) с нижним перфорированным звеном , длиной 0,5…1,5м. Через них в пески нагнетается раствор силиката натрия под давлением 1,5 МПа. Через соседнюю трубу, погруженную на расстоянии 15…25см, нагнетают раствор хлористого кальция.
Иногда оба раствора начинают поочередно через один и тот же инъектор (первый раствор при его погружении, второй раствор при извлечении).

После твердения геля прочность достигает 2…5МПа.

Na 2 O n SiO 2 + Са Cl 2 + (H 2 O) m = nSiO 2 (m-1)H 2 O + Ca(OH) 2 + 2NaCl

Na 2 O n SiO 2 – 1-ый раствор. Жидкое стекло;

Са Cl 2 - 2-ой раствор. Хлористый кальций;

nSiO 2 (m -1) H 2 O – вязкий материал, гель кремниевой кислоты.

Регулируя состав отвердителя можно в широких пределах варьировать время гелеобразования (от 20…30мин. до 10…16ч.). На полное твердение геля требуется 28 дней.

Увеличение времени гелеобразования необходимо в малопроницаемых грунтах, где для обеспечения необходимого радиуса закрепления требуется длительное время на проникновение раствора.

3.4.в Смолизация

– закрепление грунтов смолами. Сущность метода заключатся во введении в грунт высокомолекулярных органических соединений типа карбамидных, фенолформальдегидных и других синтетических смол в смеси с отвердителями – кислотами, кислыми солями.

Через определенное время в результате взаимодействия с отвердителями смола полимеризуется.

Время гелеобразования 1,5…2,5 часа, полное упрочнение происходит после двух суток. Смолизация эффективна в сухих и водонасыщенных песках с К ф =0,5-25 М/сут.

Достигаемая прочность колеблется в пределах 1…5 МПа и зависит в основном от концентрации смолы в растворе.

Организация работ аналогична силикатизации.

Радиус закрепленной зоны составляет 0,3…1,0м и зависит от К ф .

Метод относится к числу дорогостоящих.

3.4.г Глинизация и битумизация

Глинизацию применяют для уменьшения водопроницаемости песков. Через инъекторы в песок нагнетается водная суспензия бетонитовой глины с содержанием монтмориллонита ≥60%. Глинистые частицы, выпадая в осадок, заполняют поры песка, в результате чего его водопроницаемость снижается в несколько порядков.

Битумизацию применяют в основном для уменьшения водопроницаемости, закрепления трещиноватых скальных пород, при подземном течении вод.

Через скважины в скальный массив нагнетается расплавленный битум (или специальные его эмульсии). Происходит заполнение трещин и массив становится практически водонепроницаемым.

3.4.д Термическое закрепление грунтов (обжиг)

Применяют для упрочнения сухих макропористых пылевато-глинистых грунтов, обладающих газопроницаемостью (лессы).

Сущность: через грунт в течение нескольких суток (5…12 суток) пропускают раскаленный воздух или газы. Под действием высокой температуры (t ≈800˚C) отдельные минералы, входящие в состав скелета, оплавляются. В результате этого образуются прочные водостойкие структурные связи между частицами.

При обжиге грунты теряют большую часть химически связанной воды, что уменьшает просадочность, размокаемость, способность к набуханию. В результате термической обработки получается упрочненный конусообразный массив грунтаd поверху 1,5…2,5м понизу 0,2…0,4м глубина 8…10м.

Рис.12.15. Схемы термического закрепления грунтов при сжигании топлива в устье скважины (а) и при передвижении камеры сгорания вдоль скважины (б):

1 – трубопровод для жидкого топлива; 2 – то же, для воздуха; 3 – форсунка; 4 – затвор с камерой сгорания; 5 – скважина; 6 – просадочный лессовый грунт; 7 – зона термического закрепления; 8 – гибкий шланг; 9 – натяжное устройство; 10 – жароизолирующий материал
Применяется и другая технология, позволяющая сжигать топливо в любой по глубине части скважин. В результате образуются грунтовые массивы (термосваи) постоянного сечения. Сроки обжига в этом случае несколько сокращаются, упрощается технология работ.

Прочность обожженного массиваR ≈100 кг/см
29. Типы просадочности грунтов. Особенности проектирования и устройства фундаментов на лёссовых просадочных грунтах I и II типов просадочности.

Трудность строительства сооружений на лессовых просадочных грунтах состоит в том, что при обводнении грунтов в основании сооружений происходят большие и часто не равномерные деформации, называемые просадками.

В результате сооружения разрушаются и становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации.

Просадки лессовых грунтов возникают при одновременном воздействии двух факторов:

нагрузок от сооружений и собственного веса грузовой просадочной толщи, и
замачивания при подъеме горизонта подземных вод или за счет внешних источников (атмосферные осадки, промышленые сбросы, утечки и т.д.)

П :

где e - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности

Коэффициент пористости, соответcтвующий влажности на границе текучести и определяемый по формуле:
где и - соотвецтвенно плотность твердых частиц и воды

Показатель просадочности является номенклатурным признаком и лишь определяет склонность грунта к просадкам, не позволяя достоверно дать величину возможной просадки грунта.

Явление просадки можно наглядно представить на рисунке

Рис. 15.8. Осадка фундамента на лессовом грунте

Рис. 15.9. Зависимость деформаций (а) и относительной просадки (б)лессового грунта от нормального давления
аб – практически прямолинейный участок представляет зависимость осадков от давления под подошвой фундамента

бв – участок соотвецтвующей полной просадке грунта под нагрузкой после замачивания

Характеристики просадочных свойств.

Она представляет собой относительное сжатие грунта при заданых давлениях и степени повышения влажности и определяется по формуле:

– применяется при природном W, после замачивания

Примняется после замачивания

Применяется при природном W,после обжатия

Грунт считается просадочным при условии 0.01

Относительная просадочность зависит от давления, степени плотности грунта природной влажности и его состава, степени повышения влажности.

легко устанавливается из графика зависимости от давления Р (рис.15.9. б), который в свою очередь строится при испытаниях образцов лессового грунта в компрессионных испытаниях с замачиванием при различных нагрузках. Эта характеристика является очень важной при расчете просадок.

Так например, за счет разрушения структурных связей особенно резко (в 6…10 раз) снижается сцепление при относительно небольшом (в 1,05…1,2 раза) уменьшении угла внутреннего трения.

6.2.а. Принципы строительства на просадочных грунтах

В первую очередь при проектировании оснований и фундаментов зданий на просадочных грунтах учитывают возможность их умачивания и возникновения просадочных деформаций.

Надежность и нормальная эксплуотация зданий достигается применением одного из следующих принципов :

Осуществление комплекса мероприятий, включающего подготовку основания, (в водозащитные и конструктивные мероприятия входят: компановка генплана; планировка застраиваемых территорий; устройство под зданиями маловодопроницаемых экранов; качественная засыпка водонепроницаемых котлованов и траншей; устройство вокруг зданий водонепроницаемых отмосток; отвод аварийных вод за прделы зданий и в ливнесточную сеть.)

Конструктивные мероприятия объединяют в группы по составу и способам осуществления традиционных, для строительства, в особых грунтовых условиях.

Для жестких зданий:

эта разрезка зданий осадочными швами на отсеки
устройство железо – бетонных поясов и армированных швов
усиление фундаментно – подвальной части путем применения монолитных или сборно – монолитных фундаментов

Для податливых и гибких зданий:

мероприятия по дополнительному увеличению потдатливости (введение гибких связей;повышение площади операния)
место, обеспечивающие нормальную эксплуотацию зданий при возможных, часто неравномерных просадок. Для этого применяют конструктивные решения , позволяющие в короткие сроки восстановить после неравномерных просадок нормальную эксплуотаию кранов, лифтов, оборудования, путем рихтовки подкрановых путей и направляющих лифтов, поднятия опор домкратом.

30. Особенности расчета и устройства фундаментов при динамических нагрузках.
Расчетную сейсмическую нагрузку получают в результате динамического расчета всего здания на колебания и прикладывают в точках расположения масс элементов конструкций.

При строительстве зданий в сейсмических районах:

Схема свайного фундамента с промежуточной подушкой

1-фундаментный блок; 2-промежуточная подушка; 3-железобетонные оголовки; 4-железобетонные сваи; 5-поверхность дна котлована
В сейсмических районах при соответствующем технико-экономическом обосновании возможно применение свайных фундаментов с промежуточной подушкой из сыпучих материалов (щебня, гравия, песка крупного и средней крупности

Фундамент выполнен в виде платформы, состоящей из верхней и нижней плит с полостями, внутри которых расположены промежуточные элементы шарообразной формы. Плиты установлены относительно друг друга с зазором, а полости имеют параллельные горизонтальные поверхности в поперечном и продольном направлениях с полусферическими завершениями. Между опорной плитой и платформой установлены амортизаторы. Верхние этажи здания снабжены вантами, закрепленными в вертикальных опорах, на которые базированы перекрытия, а верхняя фундаментная плита снабжена выступами, выполненными соосно с пазами опорной плиты.

Маятниковая скользящая опора (1) предназначена для отделения грунта (2) основания от сооружения (3) при вызываемых землетрясением движениях грунта (2) основания Опора (1) содержит первую опорную плиту (5) скольжения с первой вогнутой поверхностью (5") скольжения, опорный башмак (4), находящийся в скользящем контакте с первой поверхностью (5"), а также вторую опорную плиту (6) со второй вогнутой поверхностью (6"), которая контактирует с опорным башмаком (4). Первая поверхность скольжения (5") обеспечивает, по меньшей мере, в одном измерении устойчивое положение равновесия опорного башмака (4), в которое он самостоятельно возвращается после отклонения, вызванного воздействием наружных сил. Антифрикционный материал (9а, 9b) содержит пластмассу с упругопластичными компенсирующими свойствами и с низким коэффициентом трения, при этом пластмасса обладает компенсирующими свойствами, позволяющими компенсировать отклонение 0,5 мм от заданной плоскости заданной поверхности скольжения (5"). Технический результат: повышение долговечности, прочности и обеспечение наиболее точного возвращения элемента скольжения в равновесное положение

Опора сейсмостойкого сооружения содержит опорные части, одна из которых выполнена с возможностью закрепления на опорной плите сооружения, а другая - на фундаменте, причем опорные части соединены между собой с помощью маятниковой тяги. Опорные части содержат каждая ригель, на котором закреплены стойки, свободные концы которых выполнены с возможностью закрепления на опорной плите сооружения или на фундаменте, причем каждый ригель расположен между стойками другой упомянутой опорной части, при этом в центральной части ригеля выполнено отверстие, через которое пропущена маятниковая тяга, представляющая собой двойной карданный шарнир Гука, при этом выходы последнего шарнирно соединены каждый с соответствующим ригелем с возможностью поворота относительно вертикальной оси.

Виброизолятор для сооружений включает слой резины с арматурой в виде выступающих за габариты слоя резины прямоугольных металлических пластин , термически прикрепленных к слою резины по опорным поверхностям. На центральных участках боковых поверхностей слоя резины образованы трапециевидные углубления, с плавными сопряжениями прямолинейных и наклонных участков, при этом размеры и расположение углублений на боковых поверхностях из условия сохранения прямоугольной формы деформированного виброизолятора.
4. Фундаменты под машины.

Основные требования к фундаментам:

Фундаменты должны обеспечить стабильную работу машины, механизма, расположенного на нем.
Динамические воздействия от машин не должны угрожающе влиять на фундаменты зданий, сооружений.

Воздействие машин и механизмов можно разделить на следующие виды:

Машины и механизмы с уравновешивающим воздействием. (Обычно вращательного типа: эл. моторы, центробежные насосы и т. п. – динамические воздействия возникают в пусковой период или из-за износа отдельных частей).
Машины и механизмы с не уравновешивающим воздействием. (Поступательно-вращательное движение – поршневые насосы, пилорамы, компрессоры, двигатели внутреннего сгорания). Наиболее опасно – совпадение частот колебаний с собственными частотами сооружений (резонансные явления).
Ударного действия. (Молоты, быстродействующие прессы, копры и т. д.).
Прочие. (Станы, станки и т. д.).

Фундаменты проектируются из условия ограничения амплитуды колебания системы: машина + фундамент.

А  А доп

А доп = 0,1…0,3 мм – предельно допустимые амплитуды колебаний, назначаются в зависимости от вида машины, её обслуживания, возможности без опасной работы человека.

В первом приближении, при условии совмещения ц.т. фундамента и машины, данную систему можно принять за 1 материальную точку. Тогда, в плоской постановке данная система будет иметь 3 вида колебаний:

Вертикальное; горизонтальное и вращательное.

а). Если определяющими являются вертикальные колебания , то дифференциальное уравнение колебаний может быть записано следующим образом:

При решении данного уравнения получим амплитуду вертикальных колебаний

где Р z – вертикальная составляющая возмущающих сил;

К z – коэффициент жёсткости основания при упругом равномерном сжатии [т/м]; К z = С z x F

C z – коэффициент упругого равномерного сжатия [т/м 3 ] (табл. СНиП);

m – масса фундамента и машины;

 - угловая скорость (частота) [рад./сек].

б). При (в случае распластанного фундамента, L/h > 3), будем иметь:

К x = C x x F - коэффициент жёсткости основания при сдвиге фундамента по подошве;

С x = 0,7 С z – коэффициент упругого равномерного сдвига.

в). При горизонтальной возмущающейся силе (в случае высокого фундамента L/h
h

K  - коэф. жёсткости основания при упругом повороте; I – момент инерции подошвы фундамента; Q – момент инерции массы фундамента и машины; М – возмущающий момент относительно ц.т.; А z , А x , А  - амплитуды, соответственно вертикальных, горизонтальных и вращательных колебаний (поворота).

ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА НА СООРУЖЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ И КЕССОНОВ

МОНТАЖ КЕССОНОВ

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Типовая технологическая карта разработана на монтаж кессонов.

Общие сведения

Погружение кессонов

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 (рис.1). 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.

Рис.1. Общий вид кессона

1 - подмости; 2 - шлюзовой аппарат; 3 - материальный шлюзовой прикамерок; 4 - людской шлюзовой прикамерок; 5 - шахтные трубы; 6 - трубопровод сжатого воздуха; 7 - бадья с грунтом; 8 - надкессонная кладка; 9 - надкессонная обшивка; 10 - потолок кессона; 11 - кессонная камера; 12 - стены кессона; 13 - лестница; 14 - тельфер; 15 - вагонетка с грунтом

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. Чтобы открыть наружную дверь, когда кессон находится под давлением, нужно закрыть люк в шахту и снизить давление в шлюзовом аппарате. Когда внешнее и внутреннее давления уравновешиваются, дверь можно открывать. При этом давление воздуха в шахте и кессоне сохранится. Войдя в шлюзовую камеру, наружную дверь закрывают. Затем поднимают давление воздуха внутри камеры до уровня давления в кессоне. Только после этого можно открывать люк шахты для входа рабочих или транспортировки грунта. Шахту монтируют из звеньев труб на фланцах. Не можно наращивать при опускании, не снижая давления в кессоне. Для этого закрывают люк на потолке кессона, снижают давление в шахте и выполняют работы по наращиванию.

При сооружении кессонной камеры и надкессонного строения предъявляют такие же требования, что и при сооружении опускных колодцев. Технология производства бетонных, арматурных и других работ аналогична технологии этих работ по сооружению опускных колодцев.

Кессоны, как и опускные колодцы, погружаются в грунт под действием собственной массы. Но погружению здесь препятствует не только сопротивление грунта, но и давление воздуха в кессонной камере. Сначала кессон погружают без подачи сжатого воздуха в камеру, но как только появляются подземные воды, кессон переводят на режим воздушного давления. Воздух отжимает воду из кессонной камеры, благодаря чему в ней можно разрабатывать грунт.

Воздушное давление в камере кессона должно удовлетворять требованию

где - избыточное воздушное давление в кессонной камере, Па; - гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м; - плотность воды, т/м.

Эффективность погружения определяется следующим соотношением активных и реактивных сил:

, (2)

где - вес кессонной камеры, кН, - вес надкессонного массива, кН; - сила бокового трения кессона о грунт, кН; - давление грунта под ножом кессона, кПа; - избыточное давление воздуха в кессоне, кПа; - площадь внутренней поверхности ножевой части кессона, м; - площадь кессона по наружному очертанию, м.

Регулируя в определенных пределах избыточное давление воздуха, можно управлять процессом погружения и уровнем воды в кессоне.

Сооружение фундаментов глубокого заложения кессонным методом включает следующие процессы: подготовительные работы, изготовление кессона, погружение кессона до проектной отметки, заполнение кессонной камеры.

В течение подготовительного периода должна быть смонтирована компрессорная станция с резервными агрегатами и разводящая сеть.

Для погружения наплавным способом кессонную камеру частично обстраивают стеной оболочки с таким расчетом, чтобы при закрытом потолочном люке камеры пустая оболочка придавала сооружению надежную плавучесть во время транспортировки. Отбуксированный к месту погружения кессон расчаливают к анкерным сваям. Обеспечив точность посадки кессона, его затопляют, нарастив предварительно шахту так, чтобы после погружения она возвышалась над поверхностью воды. Затем на шахте монтируют шлюзовую камеру, подают сжатый воздух в кессонную камеру, осушают ее и приступают к погружению.

В процессе погружения кессона стены наращивают до верха стыка звеньев шахты. В момент погружения ниже уровня воды давление воздуха в кессоне поднимают и по мере углубления увеличивают его так, чтобы несколько превысить гидростатическое давление на уровне ножа. Только в этом случае обеспечивается полное осушение кессонной камеры.

Грунт в кессонной камере разрабатывают методами гидромеханизации: размывают гидромониторами и удаляют пульпу эжекторами или гидроэлеваторами. Вначале устраивают зумпфы в центральной части кессонной камеры. В зумпфе устанавливают всасывающее устройство гидроэлеватора. Управление стволами гидромонитора может быть ручным или дистанционным, когда оператор находится в специальной надкессонной камере, где сохраняется нормальное давление воздуха. В последнем случае за ходом работ наблюдение ведут в перископы. Гидромеханизированную разработку плотных грунтов ведут от ножа к середине, в слабых грунтах - только в средней части камеры. Слабый грунт из-под ножа выдавливается под действием веса сооружения и сползает в центральную воронку, где подвергается размыву струей гидромонитора и удаляется гидроэлеватором.

По мере опускания кессона возрастают силы бокового трения и давление сжатого воздуха на потолок камеры, вследствие чего погружение кессона замедляется, а при равновесии сил может совсем прекратиться. В этом случае для дальнейшего погружения применяют форсированный способ посадки кессона . Для этого по периметру ножа разрабатывают траншею глубиной до 0,5 м, затем рабочие покидают кессонную камеру и избыточное давление в ней снижают, но не более чем наполовину. В результате нарушения равновесия активных и реактивных сил кессон погружается до упора ножа в дно траншеи. После этого давление воздуха опять поднимают и разрабатывают грунт в центре камеры. Если грунты не поддаются гидромеханизации, то их разрабатывают пневматическими инструментами и мелкими взрывами. Плотные грунты вначале разрабатывают вдоль периметра ножа в виде траншеи глубиной до 0,5 м, начиная от фиксированных точек, и так, чтобы грунт между ними был вынут в последнюю очередь. Затем расширяют траншею, вырабатывая грунт в сторону ножа. В результате опорная площадь под ножом уменьшается, и кессон погружается до упора ножа в дно траншеи. При проходке скальных пород выработку траншеи расширяют за пределы ножа наружу на 10-15 см, чтобы предотвратить заклинивание кессона осколками грунта и неровностями и избежать перекоса.

Работать в кессоне можно при давлении не более 0,4 MПa, что соответствует глубине 40 м. Наибольшая глубина погружения кессона составляет 38 м, так как давление в кессоне должно быть на 10% выше давления столба воды. Погружение кессонов на большую глубину возможно при автоматической разработке грунтов или дистанционным управлением механизмами.

Кессонные камеры после погружения на проектную отметку должны заполняться материалом, предусмотренным в проекте, с плотной подбивкой материала под потолок кессона. Оставшиеся пустоты заполняются цементно-песчаным раствором, нагнетаемым через закладные трубки под давлением не менее 0,1 MПa. В некоторых случаях допускается посадка потолка кессона непосредственно на грунт. Материалами заполнения кессонной камеры являются бетон, бутобетон и песок. Заполнение камеры начинается с укладки по всей площади кессона слоя бетона или песка такой толщины, чтобы оставшаяся высота камеры допускала дальнейшее выполнение работ по устройству забутовки. Толщину предварительно укладываемого слоя принимают 0,5 м. Вначале производят подбивку под скошенную часть ножа (консоли), затем заполняют среднюю часть рабочей камеры кессона. В некоторых случаях кессонную камеру заполняют местными грунтовыми материалами (глинами или суглинками).

2. ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

Основные оси опускных колодцев или кессонов должны быть закреплены на местности посредством обносок (рис.2). Положение каждой основной оси колодца или кессона следует нанести на четырех обносках - по две обноски с каждой из четырех сторон сооружения, чтобы обеспечить возможность постоянного контроля реек, укрепленных на наружной боковой поверхности сооружения (по его основным осям). Контроль положения каждой рейки осуществляется визированием по меткам двух обносок.

Рис.2. Схема закрепления основных осей опускного колодца или кессона на местности

1 - колодец или кессон; 2 - обноски; 3 - рейки, закрепленные на колодце; 4 - границы призмы обрушения

Обноски должны быть установлены на площадках, расположенных вне зоны возможных подвижек грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях (за пределами призм обрушения), а на акваториях - вне мест приливно-отливных колебаний и волновых воздействий.

Устройство фундаментов капитальных сооружений, подводящих и отводящих коллекторов, а также монтаж трубопроводов и других коммуникаций в пределах призмы обрушения допускается только после завершения опускания кессона бетонирования днища, полного закрепления колодца на проектной отметке, отключения системы осушения и восстановления естественного состояния окружающего грунтового массива (восстановления естественного уровня грунтовых вод, оттаивания грунта после замораживания и т.п.).

Размещение в пределах призмы обрушения временных сооружений и оборудования для строительства кессонов (бетонорастворный и глинорастворный узлы, компрессорная станция, краны и т.п.) допускается при условии принятия мер по обеспечению их нормальной работы в случае возможного перемещения грунта.

В связи с тем что при опускании кессонов не исключена возможность подвижек и оползания грунта в пределах их призм обрушения, не допускается в указанной зоне строительство капитальных сооружений в период опускания и до окончания устройства днища и отключения водопонижения, а в колодцах, погружаемых в тиксотропных рубашках, - до завершения работ по тампонажу полости тиксотропной рубашки.

При эксплуатации башенных кранов на рельсовом ходу, используемых при опускании кессонов, ежедневно должна производиться нивелировка рельсовых путей с соответствующей рихтовкой.

Для уменьшения и равномерной передачи на поверхность грунта давления от первого яруса опускного кессона до начала работ по его бетонированию (монтажу) под ножевую часть сооружения должно быть подготовлено специальное временное основание в виде песчано-щебеночных призм, деревянных или железобетонных подкладок, бетонных или железобетонных монолитных или сборных колец или других опорных конструкций.

При опускании кессонов схема воздухопроводов должна обеспечивать возможность подключения в сеть или отключения от сети каждого компрессорного агрегата.

На компрессорной станции должен быть предусмотрен резервный компрессор, производительность которого должна быть равна или больше самого мощного из работающих. Резервный компрессор в период выполнения кессонных работ должен постоянно находиться в состоянии , готовом для немедленного пуска и подключения в сеть.

Компрессорная станция должна иметь питание от двух независимых источников электроэнергии.

Сжатый воздух должен поступать из коллектора компрессорной станции в наружный воздуховод не менее чем через два последовательно поставленных воздухосборника, общий объем которых определяется в зависимости от количества всасываемого компрессорами воздуха, согласно табл.2.1.
Таблица 2.1


N п.п.	Количество всасываемого воздуха, м/мин	Минимальный объем воздухосборников, м
1	5	3
2	10	5
3	20	7
4	30	9
5	50	11
6	70	13
7	90	15
8	100	16
9	120	18
10	140	19
11	160	20
12	180	21
13	200	22
14	220	23
15	240	24
16	250	25

Наружный воздухопровод следует укладывать не меньше, чем в две нитки и защищать от воздействия наружной температуры. Воздухоподающие трубы должны быть равномерно распределены по площади кессона. Число воздухоподающих труб, идущих от сборного воздухопровода к кессону, назначается из расчета одной трубы на 100 мплощади кессона в плане, но должно быть не менее двух.

Воздух в шлюзовые аппараты следует подавать по отдельным трубам.

Число и размеры сифонных труб для обмена воздуха и удаления его излишков следует определять из условия, чтобы их площадь сечения составляла не менее 20% суммарной площади воздухоподающих труб (но не менее двух сифонных труб).

При опускании кессона потребность в сжатом воздухе увеличивается, поэтому типы и число компрессоров на компрессорной станции необходимо подбирать так, чтобы питание кессона сжатым воздухом было равномерно возрастающим - от минимума, соответствующего начальному периоду опускания, до максимума, соответствующего проектному положению кессона.

В связи с этим комплект компрессоров на компрессорной станции подбирается из компрессоров различной производительности.

В то же время производительность самого мощного компрессора должна быть не более 50% общей производительности компрессорной станции.

Количество сжатого воздуха, подаваемого в кессон, должно обеспечивать воздушное давление, при котором создаются оптимальные условия для производства работ. На каждого работающего в кессоне следует подавать не менее 25 м сжатого воздуха в 1 ч.

Температура воздуха в рабочей камере при давлении до 0,2 МПа должна быть 16-20 °С, до 0,25 МПа - 17-23 °С, выше 0,25 МПа - 18-26 °С.

Воздушное давление в кессонах, погружаемых без применения гидромеханизации, должно быть достаточным, чтобы исключить приток воды из-под ножа, но не превышать больше чем на 0,02 МПа гидростатическое давление на уровне ножа.

Количество и давление сжатого воздуха, подаваемого в камеру кессона, должно обеспечивать:

а) обмен воздуха в опускаемом кессоне, отвечающий требованиям действующих правил безопасности производства кессонных работ;

б) возможность осуществления в кессоне оптимального режима воздушного давления, соответствующего принятому методу разработки грунта при опускании кессона до проектной отметки;

в) условия, исключающие возможность наплыва грунта вследствие понижения давления воздуха при гидромеханической разработке грунтов.

Расчетное количество воздуха, необходимое по правилам безопасности при кесонных работах, должно составлять , где - количество сжатого воздуха, подаваемого компрессором, м/ч; - полная численность людей, занятых на работе в рабочей камере и шлюзовом аппарате.

Расчетное количество воздуха, необходимое для опускания кессона по производственным требованиям, следует определять по формуле

, (3)

где - количество сжатого воздуха, подаваемого компрессором, м/ч; - суммарная внутренняя поверхность стен и потолка кессона, м; - периметр кессона, м; - часовая потеря воздуха, приходящаяся на 1 м периметра ножа и принимаемая для плотных и мягких грунтов 1-3 м/ч и для скальных грунтов 4-6 м/ч; - часовая потеря воздуха через 1 м стен и потолка, принимаемая равной от 0,67 до 0,35 м/ч в зависимости от плотности бетона (0,35 м/ч - при торкретированной поверхности); - коэффициент, учитывающий расход воздуха на шлюзование грунта и в среднем принимаемый равным 1,25, при применении гидромеханизации в кессоне 1.

Для подбора производительности компрессорной станции в формулы следует ввести множитель .

Расчетное избыточное воздушное давление в камере кессона , МПа, следует принимать:

а) при разработке грунта без применения гидромеханизации ;

б) при разработке грунта с применением гидромеханизации ,

где - гидростатический напор, м, водяного столба на уровне ножа кессона; - допускаемая разность гидростатического и воздушного давления, МПа, зависящая от физических свойств грунтов, окружающих кессон.

Принимают следующие наименьшие значения величины , МПа:


	Для песчаных грунтов	0,01
	Для супесей	0,02
	Для суглинков	0,03
	Для глин	0,04

Наибольшая величина допускаемой разности давлений должна уточняться опытным путем в процессе опускания кессона , причем при правильно назначенной величине должны исключаться наплыв грунта и приток фильтрующейся воды, при котором невозможно обеспечить баланс пульпы в зумпфе.

Для предотвращения резких посадок кессонов при проходке слабых грунтов необходимо вследствие недостаточности сил бокового трения погружать их с применением шпальных клеток или же клеток из других материалов.

При опускании кессонов на шпальные клетки в проекте производства работ предусматривается последовательность их перестановки по мере разработки грунта между форсированными зонами. Пример размещения клеток и последовательность их перестановки приведены на рис.3.

Рис.3. Последовательность перестановки шпальных клеток

1 - первоначальное положение клеток; 2 - последующее положение клеток

Когда кессон опущен на большую глубину, силы трения, развивающиеся между его боковой поверхностью и грунтом, могут стать настолько большими, что действия собственного веса кессона для погружения его в грунт будет недостаточно. В этом случае прибегают к так называемым форсированным посадкам кессона. Сущность форсированных посадок кессона состоит в том, что выкопав траншею по периметру кесонной камеры и удалив грунт из-под ножевой части, снижают давление воздуха в кессоне. Вследствие уменьшения давления воздуха на потолок кессонной камеры сопротивление погружению в грунт значительно уменьшается, и кессон быстро опускается на глубину выработки грунта. Форсированные посадки кессона разрешается производить на глубину не более 0,5 м при снижении воздушного давления не больше чем на 50%.

Так как при форсированных посадках не исключена возможность наплыва грунта в кессонную камеру, то их нельзя допускать в тех случаях, когда в пределах призмы обрушения грунта имеются сооружения.

В этих условиях, чтобы облегчить погружение кессона, зажатого силами трения, следует применять другие способы, например, дополнительную пригрузку его.

Подборка грунта под банкеткой перед форсированной посадкой на глубину больше чем 0,5 м запрещается.

Разработку грунта в камере кессона, как правило, для всех грунтов ведут в два приема : сначала выбирают грунт в средней части камеры, не трогая участков, расположенных под консолями, и только после этого, удалив грунт из-под консолей, сажают кессон. Таким образом, опускание кессона происходит не непрерывно, а отдельными ступенями.

Разработка грунта на первых метрах погружения кессона производится в такой последовательности: грунт снимают ровными слоями по всей площади кессона до уровня банкетки, берму шириной около 0,5 м оставляют у консолей (рис.4). После того как грунт в средней части кессона будет выбран вровень с банкеткой, разрабатывается оставленная берма. Разработка бермы производится от середины продольных сторон к углам и одновременно от углов (или фиксированных зон) к середине коротких сторон (рис.5). По мере разработки бермы кессон постепенно садится. После того как берма будет удалена вровень с поверхностью грунта, на остальной площади кессона возобновляется выборка грунта в средней части кессона, и описанные выше операции повторяются.

Рис.4. Схема бермы у консоли кессона при разработке грунта

Рис.5. Схема удаления берм у консоли кессона

1 - шахтная труба

При опускании кессона в полускальных и скальных породах в результате соприкосновения наружных поверхностей стен кессона с поверхностью скалы кессон может быть зажат. Чтобы избежать этого, необходимо при разработке грунта под ножевой частью захватывать и грунт, находящийся вне кессонной камеры на расстоянии 10-15 см от наружной поверхности ножевой части.

Разработку слабых, несвязных грунтов следует вести в центральных частях кессонной камеры, тогда под тяжестью кессона грунт от ножевой части будет сползать к центральным выработкам, а вследствие этого кессон по мере разработки грунта будет постепенно опускаться.

Затопление камеры кессона (в случае вынужденного перерыва в производстве работ) должно производиться постепенным понижением воздушного давления. Вытеснение воды из затопленной камеры должно производиться под давлением, не превышающим проектное.

Камеры кессона должны заполняться материалом, предусмотренным в проекте, с плотной подбивкой материала под потолок кессона. Оставшиеся пустоты должны быть заполнены цементно-песчаным раствором нагнетанием его через закладные трубки под давлением не менее 0,1 МПа.

Посадка потолка кессона непосредственно на грунт допускается только по решению проектной организации.

Затопление кессонов, оборудованных гидромеханизированными установками, должно производиться подачей воды в рабочую камеру с одновременным постепенным снижением давления воздуха. Обратное удаление воды из кессона должно осуществляться вытеснением ее сжатым воздухом и одновременной откачкой гидроэлеватором.

Заполнение рабочей камеры кессона бетонной смесью, бутобетоном или песком должно производиться в строгом соответствии с проектом производства работ. Бетон, применяемый для заполнения камер, должен обладать достаточной пластичностью. Заполнение камеры начинается с укладки по всей площади кессона слоя песка или бетона такой толщины, чтобы оставшаяся высота рабочей камеры допускала вполне удобное производство работ по дальнейшей забутовке. Толщина предварительно укладываемого слоя принимается равной около 0,5 м.

Вначале производят подбивку под скошенную часть консоли, затем заполняют среднюю часть площади кессона. Укладку заполнителя все время ведут симметрично относительно продольной и поперечной осей кессона. Принятая в проекте последовательность заполнения камеры кессона бетоном или песком должна обеспечивать равномерную его укладку, в первую очередь, вдоль консолей, а затем из центра камеры к внешней линии монорельса.

Помимо заполнения камеры кессона бетоном, бутобетоном, песком в некоторых случаях в целях экономии может применяться заполнение камеры кессона местными грунтовыми материалами (глинами, суглинками).

3. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

ПРИЕМКА РАБОТ

В процессе возведения и опускания кессонов приемке подлежат:

закрепленные в натуре геодезическими знаками основные оси сооружений;

искусственные островки, площадки и временное основание под нож;

арматура, закладные части и детали;

стыки и швы между элементами сборных конструкций;

сооружения, подготовленные к снятию с временных оснований и опусканию (спуску на воду);

установка наплавных кессонов на дно;

заполнение пазух колодца, погруженного в тиксотропной рубашке (тампонаж полости тиксотропной рубашки).

В процессе работ по возведению и опусканию кессонов надлежит вести журналы работ по опусканию кессона.

В ходе строительства инженерно-технические работники обязаны оформлять исполнительные документы - журналы производства работ, бетонных работ, опускания сооружений, температурный журнал и др.

Все журналы должны быть пронумерованы, прошиты и скреплены печатью; не реже одного раза в месяц они должны проверяться руководством строительных организаций. По окончании работ на участке последнюю запись в каждом журнале делает начальник участка, который подписывает журнал на титульном листе.

Акты на скрытые работы должны составляться на все конструктивные элементы и работы, скрытые в процессе последующего производства, например гидроизоляция, арматура, омоноличиваемые стыки сборных железобетонных элементов, закладные части и др.

Приемка скрытых работ раньше достижения применяемыми материалами проектной прочности допускается при условии отбора и испытания образцов (после твердения).

Акты на скрытые работы должны составляться в трех экземплярах: один передается представителю технадзора, два других хранятся в строительной организации (один из них при сдаче работ прилагается к акту сдачи).

Исполнительные чертежи подписываются геодезистом, руководителем объекта и представителем заказчика.

Строительная организация, выполнившая работы не по объекту в целом, а только по отдельному виду работ или части сооружения (опускной колодец, кессон), должна сдавать эти работы генподрядной организации (в присутствии представителя заказчика) под монтаж и для дальнейшего производства работ по акту.

При сдаче законченных работ на объекте строительная организация в любом случае должна предъявить следующие документы:

перечень и краткую техническую характеристику подлежащих сдаче сооружений;

комплект рабочих чертежей, соответствующих выполненным работам или с внесенными в них изменениями , если последние имели место в процессе строительства, с подписью лиц, ответственных за строительство;

акты промежуточной приемки ответственных конструкций и акты на все работы, скрываемые последующими работами и конструкциями (скрытые работы);

акты испытания установленного оборудования;

документы, характеризующие качество использованных материалов (сертификаты, акты и паспорта на испытание материалов и т.д.);

документы, характеризующие качество выполненных работ (результаты испытания сварных стыков, арматуры, образцов бетона и др.);

журналы работ;

акты геодезической разбивки основных осей сооружений, а также ведомости реперов и осевых знаков.

Вся документация в одном экземпляре после окончания работы рабочей комиссии передается заказчику.

4. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Установка БСО-1 обеспечивает изготовление опор глубиной до 70 м и диаметром 820-1220 мм при скорости проходки скважин до 6 м/ч.

Буровая установка СО-1200/2000 служит для устройства буровых опор длиной до 24 м и диаметром 800-1500 м с уширением основания до трех диаметров ствола сваи. У этой установки днище бурового ковша укреплено на шарнире и в закрытом положении фиксируется защелкой. На днище бурового ковша смонтированы ножи для разрушения грунта в забое скважины. Разбуренный грунт поступает в окна забора днища.

Буровая установка УРП-1 предназначена для устройства опор длиной до 37 м и диаметром до 1400 мм с уширением основания. В качестве базовой машины используют кран МКГ-25 или экскаватор Э-1254. Рабочим органом является ковшовый бур. При устройстве уширения ковшовый бур заменяют буровым расширителем циклического действия.

Буровая установка МБС-1,7 может быть использована для устройства буровых опор глубиной до 28 м, диаметром ствола 1,3 и 1,7 м и диаметром уширения до 3,5 м в любых грунтовых условиях с креплением стенок скважин глинистым раствором. В качестве базовой машины используется кран-экскаватор Э-1258Б, оснащенный консольной площадкой с ротором-вращателем. Сквозь него проходит телескопическая квадратная штанга с укрепленным на ней рабочим органом (буровыми ковшами, шнеками и уширителями). Установка оснащена дополнительной стрелой, которая используется для ударного бурения грейфером или долотом. Основной отличительной особенностью установки является возможность принудительной подачи рабочего органа на забой, а также быстро переходить с одного вида бурения на другой.

Установки ЕДФ-55 французской фирмы "Беното" позволяют делать буровые опоры диаметром до 2100 мм и глубиной до 120 м в сложных грунтовых условиях. Скорость проходки скважин до 6 м/ч. Оборудование позволяет выполнять все операции по устройству буровых опор. Проходку скважины ударным бурением ведут с помощью грейфера "Хаммер-Граб". Особенностью разработки скважин стенками "Беното" является оригинальный способ обуривания забоя обсадной трубой, которая внедряется в забой, совершая возвратно-вращательные движения и одновременно поступательное движение на забой.

Водонасыщенные пески и ил разрабатывают желонкой.

Уширение разбуривают расширителем "Сегби", ножи которого раскрываются с помощью гидропривода. Грунт извлекается из скважины при сомкнутых режущих ножах. По окончании бурения дно скважины очищают от грунта грейфером. Бетонирование свай выполняют методом ВПТ или контейнерным способом.

В Японии получили широкое распространение фундаменты в виде мощных бетонных опор глубокого заложения с большой несущей способностью, сооружаемых с помощью специальных станков. Диаметр опор достигает 2-3,5 м. Наиболее часто бетонные опоры выполняют машинами, выпускаемыми фирмой "Като". Установки 20-ТН фирмы "Като" при скорости проходки грейфером 3-5 м/ч и ротором до 18 м/ч обеспечивают получение опор диаметром до 1200 мм, глубиной до 27 м.

5. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

Все рабочие, ИТР, принимающие участие в возведении и опускании кессонов, перед началом работ должны пройти обучение по безопасным способам производства работ применительно к конкретной строительной площадке и соответствующим специальностям.

Для обеспечения безопасности работ при устройстве глубоких буровых опор и фундаментов из тонкостенных железобетонных оболочек должны соблюдаться правила и требования, установленные для ведения буровых и свайных работ, а также общие правила техники безопасности, предусмотренные СНиПом.

При возведении и опускании кессонов следует руководствоваться и выполнять все требования действующих норм безопасности труда на строительстве (СНиП 12-03-2001 и СНиП 12-04-2002) и правил эксплуатации используемого оборудования, механизмов и инструмента. Особое внимание должно быть обращено на возможность подвижек и оползания грунта в пределах их призм обрушения и недопущение расположения в этой зоне действующих механизмов и других средств производства работ.

При возведении стен в грунте вдоль разрабатываемой траншеи следует делать ограждения на расстоянии 3 м с каждой стороны, а переход людей через открытую часть траншеи допускается только по предусмотренным для этой цели мостикам.

Перемещение и установка машин и механизмов вдоль траншеи допускаются лишь на расстоянии, установленном в проекте.

Должны быть подробно указаны способы и схемы отрывки траншей и удаления грунта, строповки и установки арматурных конструкций и сборных элементов, установки бетонолитных труб и процессов бетонирования.

Условия работы в кессоне вредны для здоровья людей . Особенно неблагоприятно влияют на организм и вызывают кессонную болезнь нарушения режима постепенного изменения давления воздуха, т.е. сокращение длительности шлюзования. Рабочие очередной смены, перед тем как опуститься в кессон, помещаются в прикамерок шлюзового аппарата, в который постепенно (в течение 10-20 мин) нагнетается воздух до давления, равного кессонному. Затем рабочие опускаются в кессонную камеру для выполнения работы. В зависимости от величины давления смена длится 2-4 ч. После окончания смены рабочие вновь помещаются в шлюзовый прикамерок и подвергаются длительному "вышлюзовыванию", нарушение режима которого особенно опасно.

Подаваемый в кессон воздух должен быть сухим, прохладным и чистым, для этого применяют воздухосборники, фильтры и очистительные установки.

Количество сжатого воздуха, подаваемого в кессон, должно обеспечивать воздушное давление, при котором создаются оптимальные условия для производства работ. На каждого работающего в кессоне следует подавать сжатого воздуха не менее 25 м/ч.

Температура воздуха в кессонной камере при давлении до 0,2 МПа должна быть 16-20 °С, до 0,25 МПа 17-23 °С, выше 0,25 МПа - 18-26 °С. Обмен воздуха в кессонной камере должен отвечать требованиям техники безопасности производства кессонных работ. При опускании кессонов схема воздухопроводов должна обеспечивать возможность подключения в сеть или отключения от сети каждого компрессорного агрегата.

На компрессорной станции должен быть резервный компрессор производительностью, равной или больше самого мощного из работающих компрессоров . Резервный компрессор в период выполнения работ должен постоянно находиться в готовности для немедленного пуска и подключения в сеть. Компрессорная станция должна иметь питание от двух независимых источников электроэнергии.

Внезапное снижение давления в кессоне может привести к аварии и тяжелым заболеваниям рабочих, поэтому двери и люки необходимо всегда делать открывающимися в сторону большего давления, что исключает случайные потери воздуха.

При опускании кессонов вблизи существующих сооружений за последними должен быть установлен систематический инструментальный контроль. При обнаружении деформаций сооружений необходимо срочно прекратить опускание сооружений и принять меры, предотвращающие развитие опасных деформаций.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТНЫЕ СМЕТНЫЕ НОРМЫ. СВАЙНЫЕ РАБОТЫ

Государственные элементные сметные нормы ГЭСН, предназначены для определения состава и потребности в ресурсах, необходимых для выполнения строительных работ, составления сметных расчетов (смет) ресурсным методом, а также для расчетов за выполненные работы и списания материалов.

ГЭСН являются исходными нормативами для разработки Государственных единичных расценок на строительныеработы федерального (ФЕР) и территориального (ТЕР) уровней, индивидуальных и укрупненных норм (расценок) и других нормативных документов, применяемых для определения прямых затрат в сметной стоимости строительных работ.

ГЭСН отражают среднеотраслевые затраты на принятую технику, технологию и организацию работ по видам работ. В связи с этим ГЭСН могут применяться для определения затрат всеми организациями-заказчиками и подрядными организациями независимо от их организационно-правовых форм и ведомственной принадлежности.

ГЭСН разработаны в составе следующих сборников:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции.

СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Ч.1. Общие требования.

СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Ч.2. Строительное производство.

ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

ГОСТ 12.2.003-91. ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.3.009-76. ССБТ. Работы погрузочно-разгрузочные. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.3.033-84. ССБТ. Строительные машины. Общие требования безопасности при эксплуатации.

ГОСТ 24258-88. Средства подмащивания. Общие технические условия.

ППБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.

Электронный текст документа подготовлен ЗАО "Кодекс"
и сверен по авторскому материалу.
Автор: Демьянов А.А. - к.т.н., преподаватель
Военного инженерно-технического университета,
Санкт-Петербург, 2009

Содержание статьи

ФУНДАМЕНТ, подземная или подводная часть сооружения, которая передает его грунтовому основанию статическую нагрузку, создаваемую весом сооружения, и дополнительные динамические нагрузки, создаваемые ветром либо движением воды, людей, оборудования или транспорта. Правильно спроектированный фундамент передает все нагрузки грунту таким образом, что исключается возможность недопустимой осадки и разрушения сооружения. Как правило, это достигается распределением нагрузки по достаточно большой площади, выемкой грунта до уровня крепких пород, залегающих на большей глубине, применением свай, погруженных в слой слабых пород до слоя более крепких, или укреплением поверхностного слоя слабого грунта. Если всю площадь опоры образует скальный грунт, то осадка будет ничтожно малой. Трудности возникают, когда сооружение требуется возвести на грунте с высокой сжимаемостью, особенно если она меняется.

Основные виды фундаментов: фундамент на естественном основании, плавучий сплошной фундамент и свайный фундамент с забивными и набивными сваями. Особое место занимают специальные подводные фундаменты.

Фундаменты на естественном основании.

Такие фундаменты бывают сплошные плитные (из железобетонных плит) и перекрестные (в виде решетки из железобетона, стали, а иногда из дерева). Площадь контакта фундамента с грунтом должна соответствовать нагрузке с учетом предполагаемого отпора грунта. Максимальный отпор (реактивное давление) грунта определяется экспериментально на основе принципов механики грунтов, и в государственных строительных нормах даются таблицы допускаемого отпора грунта для тех или иных географических зон. Фундамент должен быть правильно рассчитан на сопротивление изгибу и сдвигу. Подошва фундамента должна быть ниже максимальной глубины промерзания грунта, чтобы не сказывалось вспучивание грунта при замерзании. Безопасная глубина зависит от годовых колебаний температуры, от типа и диапазона вариаций местных грунтов и от нормального уровня подземных вод. Кроме того, иногда наблюдаются сезонные изменения объема глинистых грунтов, чего нельзя допускать под фундаментом, заложенным на естественном основании.

В очень холодных регионах, например арктических, грунт промерзает на большую глубину и оттаивает лишь в верхнем слое толщиной 0,5–3 м. В таких условиях «вечной мерзлоты» необходим особый подход к строительству фундамента на естественном основании. Обычно предусматривается теплоизоляция между верхней частью сооружения и подошвой его фундамента, предотвращающая таяние подпочвы с последующим вспучиванием грунтового основания при повторном замерзании.

Плавучий фундамент.

На глубоких пластах грунта с высокой сжимаемостью применяются расширенные сплошные фундаменты, которые поддерживают сооружение как бы «на плаву» в пластичном грунте. Если сплошной фундамент правильно спроектирован, то осадка и перекосы равномерно распределяются по всему сооружению и в верхней части сооружения не возникает серьезных деформаций.

Считается, что сплошной фундамент будет плавучим, если его масса с учетом всех нагрузок примерно равна массе вытесненного грунта (или воды); тогда достигается равновесие, и большая осадка не возникает. Это правило предъявляет несколько завышенные требования к глубине. Благодаря внутреннему трению грунт выдерживает более значительную нагрузку, нежели вес вынутого грунта, хотя и при несколько большей осадке. Для равномерного распределения нагрузки, передаваемой грунтовому основанию колоннами, применяются плиты и балки из преднапряженного бетона, перевернутые арки с бетонными плитами, распределительные фундаментные решетки, перевернутые арки с ребром и оболочки. Фундамент должен быть правильно рассчитан на сопротивление изгибу, сдвигу и нормальным силам.

Забивные сваи.

В случае слабых грунтов применяются фундаменты, в которых основными элементами, передающими нагрузки от сооружения основанию, являются сваи, погружаемые в грунт. Нагрузки передаются не только за счет опорного давления, но и за счет бокового трения об уплотненный грунт. Благодаря частичной разгрузке окружающим грунтом сваи свайного «куста» меньше нагружаются, чем отдельно стоящие сваи.

Забивные сваи могут быть деревянными, бетонными и стальными. Деревянная свая (шпала) представляет собой обработанное бревно диаметром около 30 см в головке (комле) и длиной 3–15 м. Бревна должны быть прямыми, ошкуренными, со срезанными под корень сучками. Для увеличения трения на боковых поверхностях деревянные сваи иногда снабжают деревянными или металлическими обручами. Бетонные сваи могут изготавливаться либо на месте, либо в заводских условиях. Сборные сваи должны быть обязательно хорошо армированы сталью, чтобы они не боялись погрузки-выгрузки и ударов при забивании. Стальная свая допускает наращивание до ~90 м и обычно представляет собой двутавровый профиль или трубу подходящей длины. Стальная обсадная труба диаметром 20–60 см после погружения в грунт, заполняется бетоном. Применяются рифленые с поверхности толстостенные стальные трубные сваи со стальным сердечником на конце для ослабления удара при вхождении в грунт. Такие сваи-оболочки тоже заполняются бетоном. Для повышения прочности в трубные сваи-оболочки обоих типов вставляют стальной двутавровый профиль. Иногда внутренний бетон выбивают наружу из нижнего конца сваи, создавая тем самым расширенную опору. Погружение свай в грунт осуществляют забивкой, вдавливанием, вибрированием и завинчиванием. Забивку свай производят с помощью копровых установок с паровоздушными и дизель-молотами. Процесс погружения сваи в песчаный и гравийный грунт значительно облегчается и ускоряется, если грунт под нижним концом сваи размывается сильной струей воды, для чего в теле сваи может быть оставлен канал или смонтирована труба для подачи воды (под давлением около 0,7 МПа).

Набивные сваи.

Набивные сваи применяются в тех случаях, когда сооружения повышенной тяжести приходится устанавливать на прочном грунте, покрытом сверху толстым слоем слабого. Для этого в слабом грунте бурят скважину до слоя скальной породы, ортштейна или гравия и заполняют ее бетоном. Для умеренно прочных грунтов пригоден т.н. чикагский способ: грунт вынимают последовательно секциями по 1,5 м, закрепляя каждую деревянной боковой опалубкой перед тем, как приступать к разработке грунта следующей секции. Построенная таким образом набивная свая передает нагрузки от опоры колонны непосредственно прочному грунту. Иногда ее для увеличения площади опоры расширяют на нижнем конце, если он не доходит до скальной породы. Часть нагрузки передается грунту за счет трения на боковых поверхностях сваи.

Кессонные набивные сваи изготавливают, забивая паровым копром в грунт широкий открытый с торцов стальной обсадной цилиндр. Затем из погруженного цилиндра вынимают грунт и заполняют освободившееся пространство бетоном, предварительно вставив внутрь для армирования, если это необходимо, двутавровый стальной профиль. Стальная обсадная труба, оставленная в скважине, повышает прочность сваи пропорционально площади своего поперечного сечения и модулю упругости.

Подводные фундаменты.

Для обеспечения безопасного пространства для рабочих и оборудования строительство подводного фундамента начинают с того, что строят шпунтовое ограждение или опускной колодец. Эти водозащитные приспособления позволяют удалить с места расположения будущего фундамента воду и грунт, расчистить его и выполнить необходимые работы с точностью, возможной на сухом грунте.

Шпунтовое ограждение.

Шпунтовые ограждения наиболее подходят при малых глубинах воды, хотя известны случаи, когда они применялись при глубине до 30 м. Такие ограждения строятся из деревянных или стальных шпунтовых свай, устанавливаемых в один или два ряда и скрепляемых так, чтобы они выдерживали напор воды. Межсвайный промежуток двухрядного ограждения заполняется уплотненным грунтом, что препятствует протеканию воды. Ячеистое шпунтовое ограждение делается из замкнутых цилиндрических стальных ячеек, заполненных грунтом. Вода откачивается из зоны ограждения насосами.

Опускной колодец.

Открытый опускной колодец представляет собой полую цилиндрическую оболочку, по размерам соответствующую фундаменту и внутри хорошо укрепленную поперечными стенками. Обычно опускной колодец применяется для устройства глубоких опор, передающих давление на нижние, более прочные слои грунта. Колодец опускают на дно, заполняют его внутренний ряж камнем, и сверху настраивают кессонную набивную сваю. Грунт вынимают через скважины: илистый – откачкой, а плотный – подъемником с многочелюстным грейферным землечерпальным ковшом. Погруженный колодец и кессонные сваи, образованные путем набивки бетоном грунтоподъемных скважин, служат фундаментом для устоя – опоры верхней части сооружения. Бетон для укладки на этом фундаменте подводится по металлическому бетоноводу диаметром не менее 20 см, опущенному сверху под воду. Бетоновод можно также опустить непосредственно на дно.

Кессоны.

Кессоны применяются на большой глубине, не позволяющей установить шпунтовое ограждение. Кессон представляет собой большую неглубокую стаканоподобную оболочку, которая в перевернутом виде опускается на дно водоема. Размеры кессона определяются площадью грунтового основания, соответствующей полной проектной нагрузке при заданном допускаемом отпоре донного грунта. Если кессон лежит на скальном грунте, то по диаметру он может лишь немного превышать опору закрепляемого на нем устоя или другого опорного элемента конструкции. Высота кессона определяется уровнем грунтового основания и уровнем высоких вод. Следовательно, предварительно необходимо получить данные об уровне и характере грунтового основания. Кессоны обычно изготавливают на суше, буксируют на понтонах на место закладки фундамента и крепят к кустовым сваям. Если глубина воды недостаточна для буксировки на плаву, то кессон можно собрать на сваях в нужном месте и потом опустить на дно.

Рабочая камера предусматривается по всей площади кессона; ее высота составляет около 2 м. К камере непрерывно подводится сжатый воздух под давлением, исключающим возможность натекания воды. Рабочие входят в камеру повышенного давления и выходят из нее через воздушный шлюз, который служит также для выгрузки вынутого грунта и снабжения строительными материалами. Грунт разрабатывается на дне и под острыми кромками стенок, так что кессон постепенно опускается под собственным весом и весом настраиваемого устоя. При этом давление в нем повышается соответственно наружному давлению. Когда кессон достигает прочного грунта, на котором он должен лежать, его рабочую камеру заполняют уплотненным бетоном, служащим фундаментом для устоя или другой опоры.

Кессон обычно громоздок и неудобен в управлении. Волны затрудняют его установку, а неравномерное боковое давление грунта мешает точно направлять его путем выемки грунта под острыми кромками стенок. В зависимости от прочности грунта и условий работы скорость погружения кессона в грунт может составлять от 3 см до 2,5 м в сутки. Максимальная известная глубина погружения кессона под воду составляет около 40 м. Избыточное давление на такой глубине (в 3,5 раза превышающее атмосферное) находится на пределе допустимого для человеческого организма.

Люди, длительное время работающие в условиях повышенного давления воздуха, подвержены двум специфическим заболеваниям. Одно, менее серьезное, по симптомам напоминает простуду («забитый нос») и может перейти в пневмонию. Другое – кессонная болезнь (воздушная эмболия) – нередко вызывает паралич с летальным исходом.

Опоры моста.

Опоры моста (устои и быки) – это элементы, промежуточные между фундаментом и верхней частью мостового сооружения. Однако их часто относят к фундаменту. Устои, которые обычно представляют собой бетонные стены, поддерживающие береговые концы моста и удерживающие грунтовое заполнение его въездной части, выполняются заодно со своим фундаментом и передают нагрузку непосредственно грунтовому основанию. Быки же, подобно колоннам, опираются на свои фундаменты и поддерживают верхнюю часть сооружения. Фундаменты мостовых опор могут быть на естественном основании, свайными или кессонными и проектируются так, чтобы они выдерживали все нагрузки и защищали конструкцию от вымывания грунта водным потоком.

Временные фундаменты.

Когда требуется заменить или укрепить фундамент, его заменяют или усиливают по частям, применяя при необходимости боковые подпорки и подпорные балки.

Замена по частям.

На коротких участках через определенные интервалы вынимают грунт под старыми фундаментами до нового грунтового основания. В образовавшихся котлованах строят участки новой стены с соответствующими фундаментами и соединяют их с нижней частью старой стены. Когда эти участки стены завершены, они поддерживают старую стену до завершения разработки грунта на оставшихся промежуточных участках и сооружения новых пристроек стены.

В другом варианте усиления фундамента в грунт под стеной с некоторыми интервалами забивают металлические трубы. Когда трубы доходят до нового грунтового основания, их очищают изнутри от грунта и заполняют бетоном вплоть до нижнего обреза стены. Эти трубные сваи поддерживают стену во время сооружения пристроек стены и новых фундаментов.

77. Фундаменты глубокого заложения: кессоны, глубокие опоры, сваи оболочки.

При залегании прочных грунтов на значительной глубине, когда устройство фундаментов в открытых котлованах становится трудновыполнимым и экономически невыгодным, а применение свай не обеспечивает необходимой несущей способности, прибегают к устройству фундаментов глубокого заложения. Необходимость устройства фундаментов глубокого заложения может быть вызвана и особенностями самого сооружения, например когда оно должно быть опущено на большую глубину (заглубленные и подземные сооружения). К таким сооружениям относятся подземные гаражи и склады, емкости очистных, водопроводных и канализационных сооружений, здания насосных станций, водозаборы, глубокие колодцы для зданий дробления руды, непрерывной разливки стали и многие другие.

В настоящее время в строительной практике применяют следующие виды фундаментов глубокого заложения: опускные колодцы, кессоны, тонкостенные оболочки, буровые опоры и фундаменты, возводимые методом «стена в грунте».

Кессоны

Кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения был предложен во Франции в середине XIX в. для строительства в сильно обводненных грунтах, содержащих прослойки скальных пород или твердые включения (валуны, погребенную древесину и т. д.). В этих условиях погружение опускных колодцев по схеме «насухо» требует больших затрат на водоотлив, а разработка грунта под водой невозможна из-за наличия в грунте твердых включений.

Кессон схематически представляет собой опрокинутый вверх днищем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давле-

23 Механика грунтов

нием нагнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление грунтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникать в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведется насухо без водоотлива.

Рис. 13.9. Схема устройства кессона:

а б - для глубокого фундамента; 1 - кессонная камера; 2 - гидроизоляция, 3 - надкессонное строение; 4 - шлюзовой аппарат; 5 - шахтная труба

^ способ устройства фундаментов и подземных соору-

Жений является более доро-

а - для заглубленного помещения; б - для глу-

бокого фундамента; 1 - кессонная камера; 2 - ГОСТОЯЩИМ И СЛОЖНЫМ, ПО-

гидроизоляция, 3 - надкессонное строение; 4 - скольку требует специаль

По сравнению с опускными колодцами кессонный

ного оборудования (компрессоры, шлюзовые аппара-

ты, шахтные трубы и т. д.). Кроме того, этот способ связан с пребыванием людей в зоне повышенного давления воздуха, уравновешивающего гидростатический напор воды, что приводит к снижению производительности труда, значительно сокращает продолжительность рабочих смен (до 2 ч при избыточном давлении 350...400 кПа) и ограничивает глубину погружения кессонов до 35...40 м ниже уровня подземных вод, поскольку максимальное добавочное давление, которое может выдержать человек, составляет 400 кПа.

В связи с вышесказанным кессоны применяют значительно реже других типов фундаментов глубокого заложения.

Конструкция кессонов и оборудование для их опускания. Кессон состоит из двух основных частей: кессонной камеры и надкессон- ного строения (рис. 13.9).

Кессонная камера, высота которой по санитарным нормам принимается не менее 2,2 м, выполняется из железобетона и состоит из потолка и стен, называемых консолями. Консоли камеры с внутренней стороны имеют наклон и заканчиваются ножом. Толщина консолей в месте примыкания к потолку составляет 1,5...2 м, ширина банкетки принимается равной 25 см. Конструкция ножа кессона такая же, как и опускного колодца.

Для изготовления кессонных камер применяют бетон класса не менее В35, а их армирование ведется на усилия, возникающие в процессе возведения кессона. При бетонировании кессонной камеры в ее потолке оставляют отверстия для установки шахтной трубы, труб сжатого воздуха и воды, а также подводки электроэнергии.

Надкессонное строение в зависимости от назначения кессона выполняется либо как колодец с железобетонными стенками (под заглубленные помещения), либо в виде сплошного массива из монолитного бетона или железобетона (для фундаментов глубокого заложения). Если надкессонное строение выполняется под заглуб- 354

ленное помещение, то на его наружные стены наносится гидроизоляция для защиты кессона от проникновения в него воды.

Как и в случае опускных колодцев, надкессонное строение возводят или сразу на всю проектную высоту, или же ярусами по мере погружения.

Главными элементами оборудования для опускания кессонов являются шлюзовые аппараты, шахтные трубы и компрессорная станция.

Шлюзовой аппарат, соединенный с кессонной камерой шахтными трубами, предназначен для шлюзования людей и грузов при их спуске в кессонную камеру и при подъеме из нее. Процесс шлюзования и вышлюзовывания рабочих происходит следующим образом. Рабочий входит в пассажирский прикамерок шлюза, где давление постепенно повышается от атмосферного до имеющегося в рабочей камере. На этот процесс затрачивается, как правило, от 5 до 15 мин, что необходимо для адаптации организма человека к условиям повышенного давления, после чего по шахтной трубе рабочий опускается в рабочую камеру кессона. Выход из рабочей камеры кессона осуществляется в обратной последовательности, но при этом на снижение давления воздуха в пассажирском прикамерке шлюза до уровня атмосферного требуется в 3...3,5 раза больше времени, чем на переход от атмосферного давления к повышенному. Здесь необходимо проявлять особую осторожность, поскольку быстрый переход от повышенного давления к атмосферному может быть причиной так называемой кессонной болезни.

Для обеспечения нормальных условий работы рабочая камера и шлюзовой аппарат обеспечиваются электроосвещением, телефонной связью, системой звуковых и световых сигналов.

Производство кессонных работ. Последовательность производства работ при строительстве кессонов такая же, как и при строительстве опускных колодцев.

Сначала на спланированной поверхности грунта или на дне пионерного котлована возводится кессонная камера, на которой монтируются шлюзовой аппарат и шахтные трубы. Одновременно вблизи кессона сооружается компрессорная станция и монтируется обрудование для подачи в кессон сжатого воздуха.

После того как бетон кессонной камеры приобретет проектную прочность, ее снимают с подкладок и начинают погружение. Сжатый воздух начинают подавать в кессонную камеру, как только ее нижняя часть достигнет уровня подземных вод. Давление воздуха, обеспечивающее отжим воды из камеры кессона, определяется из условия

Рь>Н„у„, (13.6)

гд е Рь - избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха, кПа;

Гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м; у* - Удельный вес воды, кН/м 3 .

По мере погружения кессона в грунт наращивают шахтные трубы, если это необходимо, и возводят надкессонную часть сооружения.

Грунт в камере кессона разрабатывается ручным или гидромеханическим способом.

Ручная разработка грунта применяется при погружении кессонов в породы, не поддающиеся размыву (плотные глинистые, скальные грунты и т. п.). В этих случаях грунт разрабатывается ручным механизированным инструментом (отбойные молотки, пневмобуры), а разрушение скальных пород и дробление валунов производится взрывным способом мелкими шпуровыми зарядами. Разработанный грунт грузится в бадьи, подвешенные к смонтированному на потолке камеры монорельсу, и подается к шахтному отверстию.

При разработке грунта следят за равномерным погружением кессона. Если замечают перекосы и крены, то замедляют разработку грунта с одной стороны кессона и усиливают с противоположной.

Если после разработки грунта кессон не опускается, то его либо пригружают, либо применяют форсированную посадку. Форсированная посадка достигается снижением давления воздуха в рабочей камере, вследствие чего падает направленное вверх давление на ее потолок, сопротивление кессона погружению в грунт резко уменьшается и он быстро опускается на глубину выработки.

Правилами производства кессонных работ форсированную посадку кессона разрешается производить на глубину не более 0,5 м при снижении давления воздуха не более чем на 50%. Пребывание людей в кессоне при форсированной посадке запрещается.

Если существует опасность самопроизвольного опускания кессона (при слабых грунтах или значительном весе кессона), то под потолок его камеры подводят шпальные клетки. После того как опасность самопроизвольного опускания кессона минует, шпальные клетки разбирают.

Гидромеханическая разработка грунта применяется при погружении кессона в грунты, поддающиеся размыву (песчаные, супесчаные, песчано-гравелистые). Разработка грунта производится гидромониторами, а разжиженная масса (пульпа) удаляется из камеры гидроэлеваторами или эжекторами.

Гидромониторы и гидроэлеваторы могут работать по заданной программе, что позволяет сократить до минимума число рабочих, находящихся в кессонной камере под давлением сжатого воздуха. Имеется опыт разработки грунта в кессонной камере вообще без присутствия в ней рабочих, когда все управление гидромеханизмами выносится за ее пределы. Такой способ опускания кессонов называется слепым.

Тонкостенные оболочки из сборных железобетонных элементов индустриального изготовления начали широко применять при возведении фундаментов глубокого заложения с появлением мощных вибропогружателей, позволяющих погружать в грунт элементы больших размеров.

Тонкостенная оболочка представляет собой пустотелый цилиндр из обычного или предварительно напряженного железобетона.

Оболочки выпускаются секциями длиной от 6 до 12 м и наружным диаметром от 1 до 3 м. Длина секций кратна 1 м, толщина стенок составляет 12 см. На рис. 13.10 в качестве примера показана секция оболочки диаметром 1,6 м.

На строительной площадке секции оболочки или предварительно укрупняются, или наращиваются в процессе погружения с помо-

щью специальных стыковых устройств. Анализ накопленного опыта показал, что наилучшими типами стыков являются сварной, применяемый для предварительной сборки на строительной площадке, и фланцевый на болтах, используемый для наращивания оболочек в процессе погружения (рис. 13.11).

Рис. 13.11. Стыки секций оболочек:

а - сварной стык; б - фланцево-болтовой стык; 1 - стержень продольной арматуры; 2 - ребро; 3 - обечайка; 4 - сварной шов; 5 - стальной стержень; 6 - болт

Для повышения сопротивления оболочки действию значительных по величине внешних усилий обычно ее полость после погружения до заданной глубины заполняется бетоном. При погружении в песчаные грунты внизу оставляют уплотненное песчаное ядро высотой не менее 2 м (рис. 13.12, а). Благодаря этому сохраняется естественная плотность песчаного грунта в основании оболочки, что обеспечивает лучшее использование его несущей способности.

Заполнение оболочек бетоном значительно замедляет темпы производства работ и снижает процент сборности фундамента, особенно при оболочках большого диаметра. Чтобы снизить объем укладываемого бетона или вообще исключить производство бетонных работ на строительной площадке, разработаны конструкции оболочек с утолщенными до 16...20 см стенками (усиленные оболочки). Усиленные оболочки обладают достаточной прочностью для их вибропогружения в труднопроходимые грунты, характеризуемые включениями галечника и валунов (что на практике создавало серьезные трудности при погружении обычных оболочек и не раз приводило к их разрушению), и не трубуют обязательного последующего заполнения бетоном по крайней мере на полную высоту. Применение таких оболочек значительно сокращает объем бетонных работ, производимых на строительной площадке.

Разновидностью усиленных оболочек являются оболочки с несущей диафрагмой. Диафрагма устраивается в нижней секции оболочки на высоте одного-двух ее диаметров и имеет центральное отверстие для извлечения грунта из ее полости при погружении (рис. 13.12, б). После посадки диафрагмы на грунт на последнем этапе погружения отверстие заливают бетоном. Такие оболочки предназначаются для фундаментов, устраиваемых в песчаных и песчаногравийных грунтах без включения валунов.

Если оболочка погружается до скальных грунтов, то ее нижний конец, как правило, заделывается в скалу. Для этого в скальной породе через оболочку бурят скважину диаметром, равным внутреннему диаметру оболочки, и после установки арматурного каркаса скважину и оболочку заливают бетоном (рис. 13.12, в).

В нескальных грунтах увеличение несущей способности оболочки по грунту достигается устройством внизу уширенной пяты. Полость для уширенной пяты делают либо раз- буриванием, либо камуфлетным взрывом с последующим заполнением ее бетонной смесью (рис. 13.12, г). Практика показала, что устройство уширений наиболее целесообразно в глинистых грунтах средней прочности.

Оболочки, заделанные в скалу или имеющие внизу уширение, обладают значительной несущей способностью (10 МН и более), поэтому обязательно заполняются бетоном на всю высоту. Исключение составляют только усиленные оболочки, где иногда можно ограничиться устройством только нижней бетонной пробки.

Рис. 13.12. Конструкция сборных железобетонных оболочек:

а - оболочка с уплотненным песчаным ядром; б - усиленная оболочка с несущей диафрагмой; в - оболочка, заделанная в скалу; г - оболочка с уширенной пятой; 1 - оболочка; 2 - бетонное заполнение; 3 - нож; 4 - несущая диафрагма; 5 - арматурный каркас; 6 - буровая скважина в скальной породе; 7 - уширенная пята

Тонкостенные оболочки из сборных железобетонных элементов обладают рядом достоинств, позволяющих им во многих случаях успешно конкурировать с другими типами фундаментов глубокого заложения. Прежде всего надо отметить индустриальность их изготовления, высокую сборность и механизацию всех работ, что позволяет значительно сократить сроки строительства и уменьшить трудоемкость возведения фундаментов. Кроме того, применение оболочек позволяет лучше использовать прочностные свойства материала фундамента. Так, если при опускных колодцах и кессонах прочностные свойства материала фундамента используются на 10... 15%, то в оболочках - на 40...60%. Особенно экономичными являются оболочки, заделанные основанием в скальные грунты, когда их материал может быть использован практически полностью.

Технология устройства буровых опор та же, что и буронабивных свай (см. § 11.1), т. е., по существу, они представляют собой буронабивные сваи большого диаметра (более 80 см).

Нижние концы буровых опор обязательно доводят до плотных грунтов, поэтому они работают как стойки. Иногда их делают с уширенной пятой. При необходимости буровые опоры армируются, но, как правило, только на участках сопряжений со скальной породой и с ростверком.

Буровые опоры обладают значительной несущей способностью (10 МН и более) и рассчитываются как сваи-стойки, изготовленные в грунте.

Категории

Популярное