Фундаменты глубокого заложения: опускные колодцы и кессонные фундаменты. Опускные колодцы и кессоны Опускные кессоны из металла для устройства фундаментов
Кессонный метод возведения фундаментов глубокого заложения применяют в тех случаях, когда наблюдается значительный приток воды и осложняются работы по осушению а также когда грунты содержат крупные включения твердых пород. Кессоны применяют в непосредственной близости от сооружений, когда есть опасность выпора грунта из-под их подошвы.
Кессон состоит из кессонной камеры, подкессонного строения и шлюзового устройства. Кессонную камеру обычно делают из железобетона. Стенки камеры заканчиваются ножом. Высота камеры от банкетки до потолка принимается не менее 2,2 м. В потолке камеры предусмотрено отверстие для установки шахтной трубы. Надкессонное строение чаще всего выполняют в виде сплошного массива из монолитного бетона или железобетона. Для опускания и подъема людей и выполнения грузоподъемных операций предусматривается шлюзовой аппарат, который соединен с кессонной камерой шахтными трубами. Сверху кессон оснащен подъемным механизмом. Для подачи сжатого воздуха монтируются трубопроводы из двух ниток: рабочей и резервной. Для обеспечения сжатым воздухом монтируется компрессорная.
Сущность метода заключается в том, что во время погружения кессона в кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, предотвращающий поступление в камеру подземных вод и наплывов грунта. Разработку грунта ведут в осушенном пространстве камеры. 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. Ее 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.
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 МПа, 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 МПа. 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).
Кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения применяют, когда погружению обычных … Наплавные кессоны. Оборудование для опускания кессонов... Собственно кессон состоит из кессонной камеры, надкессонного строения, гидроизоляции.
www.сайт/spravochnik-161-stroitelnye
а. Кессоны для устройства глубоких фундаментов и заглубленных зданий. Собственно кессон состоит из кессонной камеры, надкессонного строения, гидроизоляции. Обычно кессонная камера устраивается из железобетона и лишь в редких случаях - из металла.
При погружении кессонов в песчаные, супесчаные и песчано-гравелистые грунты целесообразно применять гидромеханическую разработку грунта в камере. … Первым этапом работ является образование зумпфов в центральной части кессонной камеры (в кессонах...
www.сайт/spravochnik-127-fundamenty
При сооружении кессонной камеры и надкессонной кладки к … Организация работ по опусканию кессонов в основном зависит от условий местности, наличия средств механизации, глубины опускания, площади кессона.
www.сайт/spravochnik-127-fundamenty/
Способы производства работ по сооружению наплавных кессонов и доставке их к месту опускания различны. … Например, можно наплавные кессоны (кессонные камеры) сооружать на временных стапелях и буксировать к месту погружения наплаву.
В настоящее время кессоны применяются, когда:
- - подземное сооружение возводится в непосредственной близости от существующих зданий или сооружений и есть опасность выноса или выпора грунта из-под подошвы их фундаментов;
- - подземное сооружение строится в сильно обводненных грунтах. В этих условиях опускной колодец требует больших затрат на водоотлив, и поэтому экономически выгоднее использовать кессон. Кроме того, кессон находит применение при проходке горизонтальных туннелей в водонасыщенных грунтах.
По назначению различают кессоны: для устройства глубоких фундаментов и заглубленных зданий; для выполнения различных строительных работ под водой.
По способу опускания кессоны делят на: опускаемые с поверхности земли и из котлованов; островные, погружаемые на местности, покрытой водой, с искусственных островков; наплавные, опускаемые с воды путем затопления кессонной камеры, которой предварительно сообщается плавучесть .
Озеров Н.В. Кессонные фундаменты
Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Основания и фундаменты
VII.2.2. Элементы кессона и оборудование для его опускания
VII.2.2.а. Кессоны для устройства глубоких фундаментов и заглубленных зданий
Собственно кессон (рис. VII-22) состоит из кессонной камеры, надкессонного строения, гидроизоляции Обычно кессонная камера устраивается из железобетона и лишь в редких случаях — из металла. Форма сечения кессонной камеры — прямоугольная, квадратная или круглая. Стенки камеры наклонные и заканчиваются ножом (рис. VII-23). Высота камеры от банкетки до потолка принимается не менее 2,2 м. В потолке оставляются отверстия для установки шахтной трубы, патрубков для трубопроводов сжатого воздуха, воды, электроэнергии.
Рис. VII-22.
а — для заглубленного здания; б — для глубокого фундамента; 1 — кессонная камера; 2 — надкессонное строение; 3 — гидроизоляция; 4 — шлюзовой аппарат
Рис. VII-23.
а — тупой; б — с резцом; 1 — опалубка; 2 — хомуты
Надкессонное строение выполняется в зависимости от назначения кессона как колодец с железобетонными стенками (рис. VII-22, а ) или в виде сплошного массива из монолитного бетона или железобетона (рис. VII-22, б ). Иногда в конструкции надкессонного строения предусматривается установка по наружному контуру кессона тонких железобетонных плит-оболочек, выполняющих роль внешней опалубки. С внутренней стороны плиты-оболочки снабжается выпусками арматуры или покрываются мелким щебнем (щебеночная шуба). То и другое служит связью для бетона, укладываемого в надкессонное строение.
Гидроизоляция наносится на наружные стенки кессона для защиты от проникания воды внутрь кессона. В качестве гидроизоляции применяются торкрет, покраска битумно-бензиновым раствором, штукатурка из холодных битумных мастик и из горячих асфальтовых растворов, металлические листы, свариваемые в виде ванны. Перед нанесением гидроизоляции поверхность бетона должна быть хорошо очищена от грязи, краски, масляных пятен и т.п. Удаляют также слой слабого бетона, выступы и наплывы на поверхности бетона, расчищают каверны.
VII.2.2.б. Наплавные кессоны
При возведении фундамента, опоры или заглубленного здания вдали от берегов водоема при значительных глубинах воды, в связи с чем устройство искусственных островков становится сложным и экономически невыгодным, используют наплавные кессоны.
Наплавной кессон (рис. VII-24) состоит из кессонной камеры, замкнутой камеры равновесия, открытой сверху центральной шахты, регулировочных шахт, рабочего балласта на потолке камеры.
Рис. VII-24.
а — транспортирование кессона к месту погружения; б — погружение кессонной камеры; в — опускание камеры на дно; г — выполнение работ по кладке фундамента; 1 — центральная шахта; 2 — регулировочная шахта; 3 — замкнутая камера равновесия; 4 — кессонная камера; 5 — балласт
Камера равновесия, центральная и четыре регулировочные шахты наполняются водой, которая служит балластом кессона при его погружении. Для всплытия кессона водный балласт удаляется из камеры равновесия сжатым воздухом и из шахт — насосами .
VII.2.2.в. Оборудование для опускания кессонов
В СССР наибольшее распространение получил шлюзовой аппарат конструкции Н.И. Филиппова. Он предназначен для шлюзования людей и грузов, поступающих в кессонную камеру, и выполнения грузоподъемных операций при спуске в камеру или подъеме различных грузов из нее. Шлюзовой аппарат соединен с кессонной камерой шахтными трубами.
Схема шлюзового аппарата представлена на рис. VII-25. Он состоит из центральной камеры, пассажирского прикамерка, грузового прикамерка. Сверху центральной камеры расположен подъемный механизм, состоящий из барабана, редуктора и электродвигателя.
К барабану на стальном канате подвешена бадья. Пассажирский и грузовой прикамерки имеют подвесные на роликах двери, открывающиеся только внутрь. Для герметичности при шлюзовании двери снабжены резиновыми прокладками. Сжатый воздух от компрессорной станции подается в центральную камеру и прикамерки по трубопроводу.
Рис. VII-25.
1 — центральная камера; 2 — трубопровод; 3 — пассажирский прикамерок; 4, 5 — подвесные двери; 6 — бадья; 7 — рельсовый путь; 8 — вагонетка; 9 — грузовой прикамерок; 10 — механизм подъем; 11 — лаз для людей; 12 — перегородка; 13 — грузовое отделение; 14 — овальный фланец
В центральной камере и грузовом прикамерке уложен рельсовый путь под вагонетку. Грунт, поднятый из кессонной камеры в бадье, выгружается в вагонетку с откидным дном и выдается через грузовой прикамерок наружу, где вагонетка разгружается в специально устроенный желоб. Внизу центральная камера заканчивается овальным фланцем, к которому приболчивается шахтная труба. Шахтные трубы состоят из звеньев длиной по 2 м, соединяемых между собой болтами. Внутри шахтной трубы имеется перегородка, разделяющая трубу на два отделения — людской лаз и грузовое отделение. Людской лаз оборудован лестницей, а грузовое отделение — направляющими устройствами для спуска-подъема бадьи.
Трубопроводы для подачи сжатого воздуха монтируются из двух ниток, идущих параллельно от компрессорной станции. Диаметр трубопроводов устанавливается расчетом в зависимости от его длины и расхода сжатого воздуха. От каждой нитки магистрального воздухопровода делают три отвода — два для подачи сжатого воздуха в кессонную камеру и один в центральную камеру и прикамерки шлюзового аппарата. Рабочей является одна из ниток воздухопровода, вторая — резервная.
Компрессорная станция монтируется, как правило, из стационарных компрессоров производительностью 10—20 м 3 /мин с электроприводом. Количество компрессоров определяется по максимально возможному расходу воздуха. Кроме того, на случай аварии должны быть запасные компрессоры. Согласно правилам техники безопасности, резервная мощность компрессорной станции должна быть: при одном рабочем компрессоре не меньше 100%, при двух — не менее 50%, при трех и более — не меньше 33% рабочей мощности. Технические данные воздушных компрессоров стационарного типа, применяемых на кессонных работах, приведены в табл. VII-3.
Таблица VII-3
Технические данные воздушных компрессоров стационарного типа
| Показатель | Марка компрессора | |||||
| В-300-2К | 2Р-20/8 | 160В-10/8 | 200В-10/8 | 2СА-8 | КВ-200 | |
| Производительность, м 3 /мин | 40 | 20 | 20 | 10 | 10 | 4,5 |
| Давление воздуха после II ступени, МПа | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,6 |
| Частота вращения, об/мин | 330 | 500 | 720—735 | 720 | 480 | 650 |
| Мощность двигателя, кВт | 250 | 120 | 140 | 75 | 75 | 50 |
| Габариты, мм: длина ширина высота |
3300 1820 2200 |
1800 1500 2000 |
1715 1910 1675 |
1350 962 1430 |
1550 1670 1870 |
1100 665 1130 |
| Вес, кН | 80 | 45 | 28 | 14,5 | 32 | 7,5 |
| Охлаждение | Водяное | |||||
На строительстве, если максимальное давление сжатого воздуха в кессоне превышает 0,15 МПа, обязательно устанавливается лечебный шлюз для заболевших кессонной болезнью.
Оборудование для гидромеханической разработки грунта в камере кессона состоит из гидромониторов (рис. VII-13) и гидроэлеваторов (рис. VII-14). В комплекс одной установки для гидромеханической разработки грунта входят два гидромонитора и один гидроэлеватор. Принято считать, что одним гидромонитором можно обслужить в песчаных и супесчаных грунтах 150—250 м 2 , а в глинистых грунтах — 100—150 м 2 площади кессона.
Величины удельных расходов мониторной воды и оптимальных скоростных напоров приведены в табл. VII-4 и VII-5.
Таблица VII-4
Удельный расход мониторной воды
Таблица VII-5
Оптимальные скоростные напоры
Сущность устройства фундаментов с помощью кессона заключается в отжатии подземных вод от места разработки грунта сжатым воздухом. Для этого на месте устройства фундамента делают кессон – большой ящик, перевернутый вверх дном. Кессон образует рабочую камеру, в которую могут спускаться рабочие и инженерный персонал. В рабочей камере по мере её погружения в грунт повышают давление воздуха до 0,2 МПа. Это давление уравновешивает давление подземных вод на данной глубине.
Над рабочей (кессонной) камерой делают шахту, на которую сверху устанавливают шлюзовой аппарат. Все эти устройства герметизируют.
Рисунок 3.16.
Через прикамерок рабочие входят в шлюз, где давление постепенно повышают до имеющегося в рабочей камере. Через 5…15 мин человеческий организм приспосабливается к условиям повышенного давления. Длительность пребывания людей при повышенном давлении воздуха строго ограничена требованиями техники безопасности.
Выход через шлюз требует примерно в 3…3,5 раза больше времени, чем вход.
Из-за ограничения максимального давления кессон можно опустить на глубину не более 35…40 м.
Работы по возведению фундаментов кессонным методом дорогостоящие. Их применяют при наличии в грунте крупных включений или при необходимости опирания фундамента на неровную поверхность скалы.
Для разработки грунта применяют гидромониторы, а для удаления его наружу - эрлифты.
Рисунок 3.17. Схематичный разрез по кессону: 1 – рабочая камера; 2 – кессон; 3 – надкессонная кладка; 4 – шлюзовый аппарат с двумя шлюзами; 5 – шахта; 6 – трубопровод для подачи воды в гидромонитор; 7 - эрлифт
После опускания кессона на проектную глубину рабочую камеру заполняют бетоном.
На кессон, кроме нагрузок, действующих на опускные колодцы, оказывает воздействие вес кладки и давление сжатого воздуха.
Вопросы для самоподготовки:
1.Область использования фундаментов глубокого заложения. Виды фундаментов.
2. Гравитационные опускные колодцы, их классификация, конструктивные схемы, методы погружения. Расчет гравитационных колодцев на погружение. Расчет гравитационных колодцев на погружение всплытие.
3.Легкие колодцы оболочки, конструкции, методы погружения.
4. Сваи-оболочки и буровые опоры.
→ Фундаменты
Опускные колодцы и кессоны
Опускные колодцы и кессоны
Наиболее типичными представителями фундаментов глубокого заложения являются опускные колодцы и кессоны.
Опускной колодец представляет собой сборную или монолитную железобетонную конструкцию, которая может иметь прямоугольное или кольцевое очертание в плане (рис. 11.1). Тяжелые массивные опускные колодцы выполняют, как правило, в монолитном варианте (рис. 11.1, а), а облегченные - в виде сборных свай-оболочек (рис. 11.1, б).
Массивный опускной колодец погружается в грунт следующим образом. На поверхности основания возводят пустотелую нижнюю часть фундамента (рис. 11.1, в). Затем, используя землеройные механизмы, через вертикальную полость извлекают грунт. Под действием собственного веса колодец погружается (рис. 11.1, г). По мере опускания колодец можно наращивать, получая фундамент требуемой глубины. По достижении проектной отметки нижнюю часть колодца заполняют бетонной смесью, увеличивая площадь подошвы фундамента. При возведении канализационных насосных станций известны случаи погружения опускных колодцев диаметром до 70 м на глубину более 70 м.
Рис. 11.1. Опускные колодцы:
а – массивный опускной колодец, разделенный на ячейке; б - легкий опускной колодец из
Цилиндрической сваи-оболочки; в - установка колодца на поверхности грунта; г - разработка грунта грейфером и заполнение нижней части бетонной смесью
Для погружения колодца в окружающий грунт нижнюю часть колодца выполняют в виде специального ножа из листовой стали, закрепляемого с помощью закладных деталей (рис. 11.2, а), а для уменьшения трения грунта о стенки колодца при погружении с внешней стороны делают небольшой уступ, и образующийся зазор заполняют раствором бентонитовой глины, которая поддерживает стенки грунта в процессе погружения (рис. 11.2, б). В последние годы в связи с развитием производства сборного железобетона стали применять и массивные сборные опускные колодцы, собираемые из отдельных секций толщиной 50…60 см с горизонтальным членением на блоки, повторяющие конфигурацию колодца в плане.
Рис. 11.2. Конструктивные детали и нагрузки, действующие на колодец:
а - конструкция ножа, б - сборный опускной колодец; в - нагрузки, действующие на колодец во время погружения; г - эпюры неравномерного давления грунта на боковой поверхности при «навале» на грунт во время неравномерного погружения; 1 - щель, заполняемая раствором бентонитовой глины; 2 - бетонная стенка; 3 - нож из сварной стали; 4 - железобетонное днище колодца
Сборные оболочки имеют небольшой собственный вес по сравнению с массивным опускным колодцем, поэтому сила тяжести в данном случае оказывается недостаточной для погружения. В связи с этим оболочки погружаются принудительно мощными вибропогружателями и вибромолотами, которые с помощью болтовых соединений жестко прикрепляют к верхнему фланцу Через специальный наголовник.
В строительной практике применяют оболочки диаметром от 1 до 3 м при толщине стенок 12 см. После погружения первого звена из его внутренней полости грунт извлекают, затем вибропогружателем доводят оболочку до проектной отметки. Нижнее звено оболочки оборудуют ножом, а стык звеньев выполняют с помощью фланцевых соединений на болтах или сварке.
Если в основании оболочки имеется слой скального грунта, то в нем пробуривают скважину, диаметр которой равен диаметру оболочки, с последующим заполнением оболочки и скважины бетоном, что обеспечивает заделку фундамента в скальном грунте.
В нескальных грунтах для повышения несущей способности прибегают к устройству уширения с помощью разбуривания или каму-флетного взрыва с последующим заполнением полости бетоном.
Оболочки погружают в грунт на глубину 30 м и более. К достоинствам таких фундаментов относится очень высокая несущая способность (более 10 МН), к недостаткам - возникновение значительных колебаний грунта на большом расстоянии от места погружения фундамента, в связи с чем их не рекомендуется применять в заселенных районах городов.
При погружении опускных колодцев необходимо обеспечивать его вертикальное положение, не допуская развития крена. Крен обычно устраняют с помощью увеличения разработки грунта в той части, где осадка меньше.
Способ разработки грунта выбирают в зависимости от размеров опускных колодцев, а также инженерно-геологических условий строительной площадки. При значительном объеме земляных работ применяют грейдеры или экскаваторы с бульдозером, опускаемыми в колодец. Последние, находясь в колодце, заполняют специальные ковши, которые с помощью крана извлекают на поверхность. При таком способе разработки грунта необходимо предотвращать поступление подземных вод в колодец, что осуществляется с помощью искусственного водопонижения или устройства шпунтовых заграждений, погружаемых до слоя водоупорных грунтов.
Разработка грунтов грейфером, эрлифтом или гидромонитором разрешается без устройства водозащитных экранов, однако в этом случае внутри колодца необходимо поддерживать повышенный уровень воды в колодце, превышающий уровень подземных вод, для предотвращения поступления (наплыва) грунта, окружающего колодец, что может вызвать около него осадку поверхности основания.
Расчет опускных колодцев производят на нагрузки, возникающие как в процессе погружения колодца, так и во время эксплуатации. При погружении колодцы испытывают воздействие следующих нагрузок: собственный вес колодца, давление грунта на стенки колодца, реактивное давление грунта, действующее на нож, и силы трения по боковой поверхности (рис. 11.2, в).
Тонкостенные оболочки рассчитывают, как пространственные оболочки, методами, используемыми при проектировании железобетонных конструкций.
Опускные колодцы, прямоугольные в плане, рассчитывают в горизонтальной плоскости как статически неопределимые железобетонные рамы на нагрузки, аналогичные действующим на цилиндрические колодцы. Нож колодца рассчитывают как консольную конструкцию, находящуюся под действием направленной под углом реакции грунта.
Днище колодца обычно выполняют из монолитного железобетона и рассчитывают как плитную конструкцию, находящуюся под действием реактивного давления грунта и гидростатического давления воды.
Опускные колодцы, погружаемые ниже уровня подземных вод, необходимо рассчитывать против всплытия. Для предотвращения всплытия днище колодца заанкеривают с помощью свай, погружаемых в нижележащие слои грунта, или устройства анкеров (см. рис. 8.6, в).
Основным неудобством при погружении опускного колодца является подводный способ разработки грунта. Сложность контролирования и управления этим процессом в случае неполного заполнения ковша грейфера, извлекающего грунт, и трудностей, возникающих при удалении камней, валунов и других крупных включений, привели к необходимости разработки и применения кессонного метода устройства фундаментов.
Способ возведения фундаментов с помощью кессона основывается на отжатии подземных вод из зоны разработки грунта с помощью избыточного давления, создаваемого сжатым воздухом.
Этот способ был впервые предложен и осуществлен в XIX в В связи с тем что этот способ связан с пребыванием людей при повышенном давлении и использовании дорогого оборудования, в настоящее время его применяют сравнительно редко, обычно в тех случаях, когда имеются препятствия для возведения свайных фундаментов и опускных колодцев.
Кессон представляет собой жесткую коробчатую конструкцию (рис. 11.3, д), имеющую потолок и боковые стенки консоли, располагаемые в нижней части фундамента. В рабочую камеру 5 подается сжатый воздух по трубам, давление которого назначается таким, чтобы уравновесить давление столба воды высотой Н и обеспечить ее отсутствие в рабочей камере. Для сообщения с рабочей камерой, которое необходимо в основном для прохода людей, подачи материалов и оборудования, на шахтной трубе устанавливают шлюзовой аппарат. Разработку грунта часто осуществляют гидромонитором, а его удаление - с помощью эрлифта.
Рис. 11.3. Схема возведения фундамента глубокого заложения кессонным методом
По мере разработки грунта в рабочей камере кессон под действием собственного веса и надкессонной кладки 9 погружается в грунт. Надкессонную кладку наращивают по мере погружения кессона (рис. 11.3, а). По достижении кессона проектной отметки (рис. 11.3, б) рабочую камеру заполняют кладкой или бетонной смесью, шахтные трубы и шлюзовые аппараты снимают, а шахтные колодцы также заполняют кладкой или бетонной смесью.
Продолжительность работы в кессоне строго регламентируется правилами техники безопасности.
Кессоны выполняют из монолитного или сборного железобетона и рассчитывают на нагрузки, действующие на опускные колодцы совместно с дополнительными: от веса кладки и избыточного давления на стенки рабочей камеры.
Струнный прогрев бетона.
Из искусственных методов наиболее распространенным является прогрев бетона электродами . Он основан на выделении теплоты в бетоне при пропускании через него электрического тока. Чтобы подвести ток к бетонной смеси используются следующие виды электродов.
- Пластинчатые электроды
Выполнены в виде пластин, навешанных на внутреннюю сторону опалубки для контактирования с бетонеом. В результате подключения противоположных пластин к разным фазам электрисеской сети, в бетонной смеси образуется электрическое поле. Под действием электрического поля, бетон разогревается до требуемой температуры и поддерживается необходимое время. - Полосовые электроды
Принцип действия тот же, но в качестве электродов используются полосы шириной 20-50 мм. Возможно располагать полосовые электроды как с двух сторон конструкции, так и с одной. Во-втором случае, электроды подключаются к разным фазам поочередно и электрическое поле образуется в примыкающем к ним тонком слое бетона, прогревая смесь у контактной поверхности. - Стержневые электроды
Изготавливают из арматуры диаметром 6-12 мм. Их располагают в теле бетона с рассчетным шагом. Электроды крайнего ряда располагают на расстоянии 3 см от опалубки. Ими можно осуществить прогрев бетона конструкций сложной формы. Схему прогрева бетона стержневыми электродами смотрите в таблице. - Струнные электроды
Применяются в основном для прогрева бетона колонн. В центре конструкции устанавливается струнный электрод. Электрическое поле возникает между струной и опалубкой, обитой токопроводящим листом и подключенной к другой фазе электрической сети.
Кессонный метод возведения фундаментов глубокого заложения применяют в тех случаях, когда наблюдается значительный приток воды и осложняются работы по осушению а также когда грунты содержат крупные включения твердых пород. Кессоны применяют в непосредственной близости от сооружений, когда есть опасность выпора грунта из-под их подошвы.
Кессон состоит из кессонной камеры, подкессонного строения и шлюзового устройства. Кессонную камеру обычно делают из железобетона. Стенки камеры заканчиваются ножом. Высота камеры от банкетки до потолка принимается не менее 2,2 м. В потолке камеры предусмотрено отверстие для установки шахтной трубы. Надкессонное строение чаще всего выполняют в виде сплошного массива из монолитного бетона или железобетона. Для опускания и подъема людей и выполнения грузоподъемных операций предусматривается шлюзовой аппарат, который соединен с кессонной камерой шахтными трубами. Сверху кессон оснащен подъемным механизмом. Для подачи сжатого воздуха монтируются трубопроводы из двух ниток: рабочей и резервной. Для обеспечения сжатым воздухом монтируется компрессорная.
Сущность метода заключается в том, что во время погружения кессона в кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, предотвращающий поступление в камеру подземных вод и наплывов грунта. Разработку грунта ведут в осушенном пространстве камеры. 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. Ее 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.
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.
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.
