Домашняя · December 11, 2017
Технологии
Строительные работы
Монтаж металлоконструкций
Бетонные работы
Монтаж деревянных изделий
Монтаж бетонных конструкций
Транспортные работы
Свайные работы
Монтаж комплектных систем
Гость
Имя

Пароль

Запомнить меня



Забыли пароль?


Возведение фундаментов глубокого заложения

Устройство глубоких буровых опор

В сложных грунтовых условиях под здания и сооружения, чувствительные к неравномерным осадкам и передающие на фундамент значительные нагрузки, необходимы надежные основания из малосжимаемых пород, которые, как правило, залегают на большой глубине. В этих условиях в ряде случаев целесообразно применять фундаменты глубокого заложения в виде буровых опор. Буровые опоры аналогичны буронабивным сваям, но отличаются размерами: диаметр их составляет 0,8-3,5 м, уширения - 2,5-5 м, а глубина достигает 100 м и более. Технология возведения опор глубокого заложения аналогична технологии возведения буронабивных свай.

Вначале буровые опоры в СССР применяли преимущественно в мостовом строительстве. Наиболее известными являлись так называемые сваи Е.Л.Хлебникова, относящиеся к буровым опорам, которые можно было выполнять как под защитой обсадных труб, так и под избыточным давлением воды или глинистого раствора.

Буровые опоры глубокого заложения наиболее эффективно можно выполнять с помощью специальных комплексных агрегатов, предназначенных для бурения различными способами, погружения и извлечения обсадной трубы, удаления пород и бетонирования различными методами.

В настоящее время существующие машины позволяют механизировать все процессы работ по устройству опор диаметром ствола 1-3 м и уширенной пятой 2,5-5 м.

Рассмотрим некоторые установки, применяемые в настоящее время для возведения опор глубокого заложения.

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 pазрабатывают 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 методов 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" (рис.1). Установки 20-ТН фирмы "Като" при скорости проходки грейфером 3-5 м/ч и ротором до 18 м/ч обеспечивают получена опор диаметром до 1200 мм, глубиной до 27 м.


Рис.1. Технологическая схема устройства буровых опор системы Като

I - установка бурового станка, // - проходка скважины, /// - зачистка забоя, /V - установка арматурного каркаса, V - установка бетонилитной трубы, VI - бетонирование опоры; 1 - буровая установка, 2 - обсадная труба, 3 -грейферный ковш, 4 - арматурный каркас, 5 - бетонолитная труба

Разработка грунта осуществляется с помощью грейферного ковша и погружаемой обсадной трубы. Во время разработки грунта нижний конец трубы должен быть ниже забоя скважины. Зачистка забоя производится грейферным ковшом. Ствол сваи формуется из бетонной смеси, поднимаясь по трубе под напором.

Независимо от применяемого оборудования при возведении буровых опор следует соблюдать ряд технологических правил.

Перерыв между окончанием буровых работ и началом укладки бетонной смеси в скважины в неустойчивых грунтах не должен превышать 8 ч. Если по условиям производства работ возможна задержка с началом подачи бетонной смеси, бурение неустойчивых грунтов рекомендуется приостановить, не доводя дно скважины до проектной отметки на 1-2 м, а уширение не разбуривать.

Дно необсаженных скважин после установки в них арматурного каркаса должно быть дополнительно защищено от грунта, который мог обрушиться в процессе опускания каркаса.

В случае наращивания каркаса по мере опускания его в скважину продольные стержни стыкуют путем взаимного перепуска их концов не менее 30 d при арматуре периодического профиля и 50 d при гладкой арматуре, где d - диаметр стержня.

Для повышения жесткости в каждом арматурном каркасе, кроме продольных стержней и спирали, равномерно по его длине на расстоянии около 2 м друг от друга устанавливают наружные кольца стержней такого же диаметра, что и продольная арматура (рис.2). Каждое кольцо соединяют с продольными стержнями четырьмя стальными фасонками. Чтобы обеспечить предусмотренную проектом толщину защитного слоя бетона, к трем продольным стержням каркаса в местах их пересечения с кольцами жесткости приваривают фиксирующие коротыши из полосовой стали сечением не менее 6080 мм. Для каркасов наклонно расположенных столбов взамен коротышей к двум нижним арматурным стержням приваривают направляющие полозья из уголковой или полосовой стали.


Рис.2. Арматурные каркасы буровых опор

а - с фиксирующими коротышами; б - с направляющими уголками; 1 - стержни продольной арматуры; 2 - спиральная арматура; 3 - кольца жесткости; 4 - коротыши; 5 - уголки

Непосредственно перед укладкой бетонной смеси в скважины диаметром до 1,5 м, пробуренные в скальном грунте, или при зачистке бетона столба после вынужденного перерыва следует промыть дно водой через подмывные трубки, укрепленные на бетонолитной трубе, нижний конец которой при этом должен быть опущен до дна. Давление воды при промывке 0,8-1 МПа, расход 150-300 /ч. Промывку ведут в течение 5-15 мин до исчезновения остатков шлама, что оценивается по цвету воды, переливающейся через край оболочки. Промывку необходимо прекращать только в момент начала движения бетонной смеси в бетонолитной трубе. Для очистки дна скважин диаметром более 1,5 м, пробуренных в скальном грунте, следует использовать подмывное устройство.

В процессе бетонирования методом ВПТ необходимо регулировать заглубление низа бетонолитной трубы в бетонную смесь так, чтобы уровень смеси в трубе был выше уровня воды или глинистого раствора в скважине. При опускании уровня смеси ниже рекомендуемого необходимо осадить трубу. Трубу следует поднимать только при заполненной бетонной смесью воронке.

Для подачи жестких бетонных смесей рекомендуются бетонолитные трубы диаметром 200-300 мм из цельнотянутых труб со стенкой толщиной 6-10 мм. К нижнему звену бетонолитной трубы жестко закрепляют два вибратора ИВ-60 для облегчения движения смеси по трубе, уплотнения ее и извлечения трубы из уложенной смеси. Интенсивность укладки смеси через трубы диаметром 200 мм- 4,5-5 /ч, диаметром 300 мм-10-11 /ч. Жесткие смеси укладывают с соблюдением следующих требований. В скважины в начале бетонирования при отключенных вибраторах бетонолитной трубы укладывают слой бетонной смеси с осадкой конуса 18-20 см на высоту не менее 1 м, а затем подают малоподвижную смесь с осадкой конуса 6-12 см при включенных вибраторах. Уровень бетонной смеси следует постоянно поддерживать вблизи приемной воронки, изменяя заглубление трубы в бетонную смесь и периодически включая при этом вибраторы. Максимальное заглубление трубы с работающими вибраторами в несхватившуюся смесь допускается не более 10 м. Если предстоит перерыв между укладкой очередных порций смеси более 1 ч, то трубу при работающем вибраторе необходимо приподнять, оставив заглубление ее низа в уложенную смесь не свыше 2 м. Вынужденный перерыв бетонирования не должен превышать 1,5 ч.

При бетонировании опор методом ВПТ особое внимание должно быть уделено обеспечению интенсивности и непрерывности подачи бетонной смеси. При этом к концу бетонирования глинистый раствор и загрязненная бетонная смесь должны быть полностью вытеснены из скважины. Верхний слой бетонной смеси, поднимающийся из скважины, удаляют на высоту загрязнения его глинистым раствором.

Уширенные пяты в основании опор глубокого заложения могут быть получены механическим разбуриванием, энергией взрывов или комбинированным способом путем сочетания механического разбуривания с последующим камуфлированием или вибротрамбованием.

Массу заряда ВВ для образования уширенной пяты комбинированным способом, кг, следует определять по формуле

C = kn(D3 - 0,6Dм3)

kn - коэффициент сопротивления грунта, отжатого взрывом, определяемый в зависимости от вида грунта, кг/м3; D - конечный диаметр уширенной пяты, м; Dм - диаметр разбуренной полости механическим путем, м.

При устройстве опор в водных акваториях глубиной до 4 м для установки бурового агрегата выполняют искусственные островки; при большей глубине воды бурение ведут с подмостей или плавучих средств через инвентарную обсадную трубу, погружаемую предварительно в дно на 2 м ниже уровня возможного размыва.

Устройство опор из тонкостенных железобетонных оболочек

В фундаментостроении получили распространение тонкостенные железобетонные оболочки диаметром 0,8-3 м. Оболочки обычно рекомендуется применять при необходимости прорезки слабых грунтов и опирании их на достаточно прочные грунты.

Оболочки диаметром до 2 м изготовляют на заводах способом центрифугирования секциями длиной до 6 м, а большего диаметра - на полигонах в виброформах. Оболочки изготовляют с ненапряженной и напряженной арматурой (рис.3) и армируют их продольными арматурными стержнями и поперечной спиральной арматурой с защитным слоем 2,5 см.


Рис.3. Железобетонная оболочка диаметрам с предварительно напряженной арматурой

а - секция оболочки; б - жесткости фланцевый стык оболочки; 1 - фланец; 2 - обечайка; 3 - продольная арматура; 4 - спиральная арматура; 5 - болт; 6 - ребра

При возведении фундаментов глубокого заложения из оболочек выполняют следующие работы: укрупнительную сборку секции оболочек, погружение оболочек, разработку и извлечение грунта из полости, разбуривание скального основания, заполнение полостей оболочек бетонной смесью, армирование и бетонирование ростверка (рис.4).

При погружении оболочек из секций соединяют сваркой арматуру и закладные детали или выполняют фланцевые соединения на болтах (рис.3, б).

Железобетонные цилиндрические оболочки обычно погружают вибрационным и виброударным способами. Оболочки малого диаметра (до 1-1,2 м) погружают паровоздушными молотами одиночного и двойного действия, дизельными штанговыми и трубчатыми молотами.

При погружении оболочек необходимо принимать меры по предотвращению образования трещин в бетоне. Для этого в верхней части оболочки по ее наружному контуру при изготовлении устанавливают предохранительные кольца. Предохраняют оболочки от разрушения и специально сконструированные наголовники. Надежное обжатие оболочки в наголовнике предотвращает возможность появления трещин в бетоне верхней части оболочки.

Вибропогружатель должен быть плотно прикреплен к оболочке. При этом наголовник, с помощью которого вибропогружатель соединяется с оболочкой, должен быстро устанавливаться и сниматься. Применяют наголовники с фланцевым соединением на болтах, а также самозаклинивающиеся с клиновым или цанговым устройством.

Перед погружением оболочку поднимают и устанавливают в требуемое положение. При небольшой глубине погружения оболочки предварительно собирают полностью. При большой глубине секции оболочек наращивают по мере их погружения (см. рис.4).


Рис.4. Технологическая схема возведения глубоких опор из тонкостенных оболочек

I - погружение первого звена оболочки, II - извлечение грунта из полости оболочки, III - наращивание следующего звена оболочки, IV - погружение оболочки, составленной из двух звеньев, V - бетонирование полости оболочки, VI - готовая глубокая опора из тонкостенных оболочек; 1 -оболочка, 2 - вибропогружатель, 3 - грейфер, 4 - бетон, 5 - приемная воронка, 6 - арматурный каркас

В начальный период погружения необходимо особенно тщательно обеспечивать проектное положение оболочек. Для вертикальных и наклонных оболочек применяют универсальные копры, портальные краны с направляющими стрелами, направляющие устройства в виде передвижных стрел и каркасов (рис.5).


Рис.5. Схема погружения оболочек портальным краном (а) и направляющее приспособление в плане (б)

1 - погружаемая оболочка; 2 - портальный кран; 3 - вибропогружатель; 4 - направляющая стрела; 5 - инвентарные элементы; 6 - оболочки

Вибропогружение оболочек состоит из чередующихся циклов осаживания оболочки и удаления из ее полости грунта. Грунт удаляют после того, как прекращается заглубление оболочки вследствие возрастания сопротивления образующегося грунтового ядра. После удаления грунта погружение возобновляют с увеличением заглубления оболочки резко возрастает сопротивление и скорость погружения замедляется. Для облегчения погружения оболочек применяют подмыв или удаляют грунт из полости оболочки до уровня ножа, а иногда и ниже его.

Для успешного погружения оболочек рекомендуется выбирать оптимальный тип вибропогружателя (табл.1) по условию

M >= мG

М - момент дебалансов виброногружателя, Н·см; м - коэффициент, принимаемый в диапазоне от 0,7 для рыхлых и пластичных грунтов до 1,1 для плотных грунтов; G - суммарный вес вибросистемы, H.

Таблица 1

Модели вибропогружателей для заглубления оболочек

Диаметр оболочек, м Мягкопластичные пылевато-глинистые грунты и рыхлые пески Тугопластичные пылевато-глинистые грунты и пески средней плотности
Глубина погружения, м
до 15 более 15 до 15 более 15
1,2 ВП-3М ВП-ЗМ ВП-ЗМ; ВРП 30/120 ВРП 30/120; ВУ-1,6
1,6 ВП-3М; ВРП-30/120; ВУ-1,6 ВУ-1,6; BПM-170 ВУ-1,6; ВРП-30/120; ВПМ-170 ВПМ-170; ВРП-60/200
2 ВПМ-170; ВУ-3 ВПМ-170; ВРП 60/200 ВПМ-170; ПРП-60/200 ВРП-60/200
3 ВРП-60/200; ВУ-3; 2ВПM-170 ВУ-3; 2BПM-170 ВУ-3; 2ВПМ-170 ВУ-3; 2ВПМ-170

Выбирая тип вибропогружателя, следует учитывать, что для заглубления оболочек в рыхлые, несвязные, текучепластичные и мягкопластичные пылевато-глинистые грунты следует применять вибропогружатели с более высокой частотой колебаний (500-600 ), для погружения в плотные грунты предпочтительна частота колебаний 300-500 мин -1.

Железобетонные оболочки больших диаметров погружают спаренными вибропогружателями, работающими с автоматической синхронизацией.

Вибропогружение оболочек следует вести по поточной технологии, для чего в работе одновременно должны находиться не менее четырех оболочек, на каждой из которых последовательно выполняют одну из следующих операций: установку оболочки, наращивание очередной секции оболочки, крепление к оболочке вибропогружателя и ее погружение, извлечение грунта из оболочки.

После длительного перерыва в работе до начала вибропогружения оболочки следует из полости удалить грунт до уровня ножа или ниже на 0,1-1 м. Если оболочка погружается без выемки грунта из полости, то для предотвращения появления трещин в бетоне от повышенного гидродинамического давления воды и разжиженного грунта воздух подается по трубе, заглубленной до уровня ножа.

Наиболее трудоемкой операцией является разработка и извлечение грунта из полости оболочек. Пески и слабые пылевато-глинистые грунты разрабатывают и извлекают пневматическими и гидравлическими эжекторами-эрлифтами и гидроэлеваторами без предварительного размыва или механического разрушения грунтов. Прочные пылевато-глинистые грунты размывают напорной водой или разрыхляют механическими рыхлителями. Применяют рыхлители с вращающимися шарошками или роторами через жесткие штанги, а также долота ударного действия.

Песчаные грунты рыхлые и средней плотности рекомендуется удалять эрлифтом или грейфером до уровня ножа оболочки. Пылевато-глинистые грунты с показателем текучести <0,75 допускается разрабатывать ниже уровня ножа на глубину до 4 м. Для разработки пылевато-глинистых грунтов с <0,5 наиболее производительным является вращательный способ бурения. Остальные грунты хорошо разрабатываются грейфером.

В песчаных грунтах устойчивость стенок скважин ниже уровня ножа обеспечивается избыточным давлением воды, доливаемой в полость оболочки.

В некоторых случаях в основании оболочек устраивают уширения путём разбуривания полостей универсальными рыхлителями или камуфлетным способом.

Бетонирование полостей оболочек производят методами, применяемыми при устройстве глубоких буровых опор.

Перед бетонированием полостей оболочек производят очистку забоя от шлама. Для этой цели в оболочке диаметром более 1,5 м используют подмывное устройство с приемным бункером на нижнем конце водоподводящей трубы (рис.6). Очистку производят в течение 10-15 мин.


Рис.6. Устройство для удаления бурового шлама из скважины

1 - скважина; 2 - нож; 3 - железобетонная оболочка; 4 - водоподволящяя труба; 5 - центратор трубы; 6 - шламоприемный бункер; 7 -труба для создания кольцевого забора вокруг трубы; 8 - кольцевые щели; 9 - буровой шлам

После окончания бетонирования полостей оболочек устраивают монолитные ростверки ранее описанными способами.

Возведение фундаментов и подземных сооружений методом опускного колодца

Опускные колодцы используют при устройстве фундаментов глубокого заложения и различного рода заглубленных сооружений (насосных станций, гаражей, вагоноопрокидывателей, опор мостов и др.).

По форме в плане опускные колодцы бывают круглые, эллиптические, прямоугольные, а по вертикали цилиндрические и призматические, конические и ступенчатые. В нижней части колодец снабжен ножом, режущая кромка которого облицована стальными уголками или листами.

Сущность опускного колодца состоит в том, что конструкцию вначале устанавливают или бетонируют на поверхности земли, а затем внутри нее разрабатывают грунт в направлении от центра к ножу. Оболочка колодца, утрачивая опору грунта под ножом, под действием собственного веса опускается, выдавливая оставшийся грунт из-под ножа внутрь колодца.

Погружение опускного колодца в грунт происходит в результате преодоления сил трения стен по грунту силами собственного веса колодца в некоторых случаях с использованием дополнительной пригрузки или дополнительного усилия, передаваемого на колодец. Для успешного погружения колодца требуется соблюдение следующего условия:

G + Gn >= KnET

G - собственный вес колодца; Gn - дополнительная пригрузка или усилие, передаваемое на колодец; ET - силы трения стен по грунту; Kn - коэффициент условий работы при погружении, равный 1,15.

Опускные колодцы могут быть массивные и тонкостенные. Массивные колодцы применяют чаще всего для возведения фундаментов глубокого заложения. Тонкостенные применяют для возведения заглубленных зданий и сооружений, у которых подземная часть используется в хозяйственных целях. Массивные колодцы, как правило, гравитационные, погружаемые под воздействием собственного веса. Тонкостенные колодцы погружают в тиксотропных рубашках или с использованием задавливания.

Опускные колодцы возводят из монолитного, сборного и сборно-монолитного железобетона.

Работы по возведению опускных колодцев включают следующие этапы:

подготовка строительной площадки и приспособлений для погружения;

сооружение стен колодца;

выемка грунта и погружение колодца;

заполнение полости колодца бетоном или устройство днища.

До начала погружения опускного колодца выполняют подготовительные работы, которые заключаются и устройстве пионерного котлована. Дно котлована располагают на 0,5-1 м выше уровня подземных вод.

Основные оси опускных колодцев должны быть закреплены на местности посредством обносок - по две обноски с каждой из четырех сторон сооружений. Обноски устанавливают вне зоны возможных подвижек грунта.

Для уменьшения и равномерной передачи на поверхность грунта давления от первого яруса опускного колодца до начала работ по бетонированию или монтажу под ножевую часть колодца должно быть подготовлено временное основание в виде песчано-щебеночных призм, деревянных или железобетонных подкладок, железобетонных монолитных или сборных колец (рис.7).


Рис.7. Схемы установки ножа опускного колодца на временные основания

a - на песчаной подушке и деревянных подкладках; б - на насыпной грунтовой или щебеночной призме; в - на песчаной подушке и деревянных опорах; г - в траншее; д - на опорном кольце из сборных железобетонных элементов; 1 - нож колодца, 2 - деревянная подкладка, 3 - песчаная подушка, 4 - грунтовая призма, 5 - деревянная опора, 6 - траншея, 7-деревянная опалубка или железобетонные плиты, 8 -форшахта, 9 - опорная стойка, 10 - песчаная засыпка, 11 - опорное кольцо из сборных железобетонных блоков, 12 - уплотненный щебень, 13 - разделительные доски

Длину подкладок принимают в зависимости от толщины стен bст опускного колодца

In >= bст + 0,5 м

Железобетонное опорное кольцо, разрезанное на участке длиной не более 1,5 м, выполняют на песчаной подушке. Ширина железобетонного кольца составляет 0,8-1,2 м.

При устройстве монолитных опускных колодцев в качестве опалубки применяются: разборно-переставная опалубка; железобетонные тонкостенные плиты-оболочки, оставляемые в конструкции колодца; переставная металлическая опалубка и стационарная деревянная опалубка.

Для возведения колодцев применяют бетон класса В20 с водоцементным отношением 0,4-0,45, водонепроницаемостью W4 и W6. Бетонировать колодцы рекомендуется малоподвижными бетонными смесями с осадкой конуса 40-60 мм с применением пластифицирующих добавок.

Арматура должна изготовляться в виде укрупненных элементов: армокаркасов, армосеток или армоблоков.

В начале на подготовленное временное основание монтируют армокаркас ножа (рис.8). Затем на армокаркас закрепляют опалубку. Иногда под нож отсыпают песчаную призму и тщательно уплотняют грунт с подбивкой его под наклонную грань ножа. Широкое распространение получил способ бетонирования ножа колодца в траншее враспор. При этом форма траншеи соответствует форме ножа.

Стены колодца при бетонировании разбивают на ярусы, а ярусы - на блоки. Высота яруса назначается в зависимости от расчетного сопротивления грунта под ножом, конструкции временного основания и производительности кранов. Высота ярусов принимается 68 м. Бетонирование каждого последующего яруса допускается только после набора бетоном прочности 1,2-1,5 МПа. Ярусы разбивают на блоки бетонирования в зависимости от принимаемой ПНР интенсивности подачи бетонной смеси и конструкции стен колодца. При больших размерах колодцев допускается разрезка стен на блоки с вертикальными швами. Бетонирование стен опускных колодцев может выполняться не только отдельными блоками, но и последовательно по всему периметру. В обоих случаях бетонирование должно производиться слоями толщиной 25-50 см. Толщина слоев должна также выбираться в зависимости от интенсивности бетонирования и своевременного перекрытия слоев бетонирования.

Бетонную смесь подают в стены бадьями вместимостью 1-2,5 м с помощью кранов. Применяют башенные, стреловые и козловые краны. В некоторых случаях транспортировку бетонной смеси осуществляют бетононасосами.


Рис.8. Схема возведения стены опускного колодца

1 - опалубка стены колодца; 2 - воронка для приема бетонной смеси; 3 - гибкий хобот; 4 - арматурный каркас; 5 - щебеночная приема; 6 - плиты опалубки; 7 - нож колодца

Укладку бетонной смеси в стены опускных колодцев выполняют следующими способами. При толщине стен до 0,5 м смесь подается на площадки лесов и затем по лоткам - к месту укладки. В этом случае одна из сторон опалубки наращивается но мере бетонирования. Высота наращивания опалубки не должна превышать 2 м. При толщине стен 0,5-1,2 м и высоте бетонирования более 3 м бетонирование ведут через звеньевые хоботы, устанавливаемые с шагом 3 м по периметру стен. При толщине стен более 1,2 м и малой насыщенности конструкций арматурой разгрузку бадьей можно производить непосредственно у места укладки. Бетонную смесь уплотняют вибраторами И-21, И-22, И-50, И-116 и др. Распалубку ножа и нижнего яруса колодца начинают только после достижения бетоном 100%-ной проектной прочности. Верхние ярусы колодца можно распалубливать при 70%-ной проектной прочности.

Гидроизоляция стен колодцев должна выполняться до начала их опускания.

Широкое распространение получили опускные колодцы из сборных элементов, в качестве которых применяют тонкостенные панели и пустотелые блоки. При глубине опускания колодцев 20-25 м наиболее целесообразно использовать плоские тонкостенные железобетонные панели. При большей глубине целесообразно использовать пустотелые железобетонные блоки.

При возведении сборных колодцев применяют сборные железобетонные панели длиной до 12 м, шириной 1,4-2 м и толщиной 0,4-0,8 м (рис.9).


Рис.9. Конструкция железобетонных панелей для стен опускных колодцев и схемы их сопряжения

а - панель, б - горизонтальный стык между панелями, в - вертикальный стык между панелями, 1 - унифицированная железобетонная панель, 2 -отверстия для монтажа панелей, 3 - петли, 4 - закладные пластины на всю высоту панели, 5 - стальная пластина 20012 мм, 6 - панель верхнего яруса, 7 - арматурная сетка, 8 - пластина 15012 мм, 9 - стальная гидроизоляция; 10 - пластины, 11 - платина, 12 - анкер закладной пластины

Монтаж сборных колодцев из железобетонных панелей должен производиться с применением кондукторов подвижного, стационарного или консольно-поворотного типа (рис.10). Монтаж ведется кранами на заранее выполненном временном бетонном основании, имеющем монтажную разметку.

Применяемый подвижной кондуктор состоит (рис.10, а) из трех основных элементов: подвижной трубчатой распорки с подвижной тележкой, неподвижной и подвижной трубчатых распорок. Основанием всех распорок служит металлическая труба, один конец которой жестко заделан в неподвижной бетонной опоре, а на другой конец ее свободно надеты три отрезка трубы.


Рис.10. Типы кондукторов для монтажа сборных панелей опускных колодцев

а - подвижной; б - стационарный; в - консольный; 1 - панель; 2 -неподвижная трубчатая распорка; 3 - подвижные опоры; 4 - отрезки грубы; 5 - патрубок; 6 - бетонная опора, 7 - ферма; 8 - растяжки, 9 - основание кондуктора; 10 - стойка кондуктора; 11 - консоль кондуктора; 12 - обойма; 13 - опорное кольцо

Панели монтируют в такой последовательности. Подвижную распорку устанавливают в положение для монтажа первой панели и прикрепляют к ней. Затем на определенной высоте от земли устанавливают и жестко закрепляют на первой панели неподвижную распорку. Затем подвижную распорку освобождают от первой панели и устанавливают в положение для монтажа второй панели. Все панели стен колодца приваривают друг к другу соединительными планками, при этом при необходимости устанавливают арматуру стыков. Затем наваривают внутренние накладки и производят бетонирование стыков и нагнетание в них раствора.

С наружной стороны колодца вертикальные стыки закрепляют отдельными металлическими пластинами с шагом 200 мм, а с внутренней стороны приваривают сплошную металлическую пластину на всю высоту панели. Пластины приваривают к закладным частям панелей. Между пластинами с наружной стороны прихватывают сваркой металлическую сетку с малыми ячейками, которая служит опалубкой. В некоторых случаях для сопряжения панелей используют стык Передерия. В этом случае панели изготовляют с дугообразными выпусками горизонтальной арматуры, которые при монтаже заводят друг за друга, а в плоскости стыка дополнительно устанавливают вертикальную арматуру на всю высоту панелей и бетонируют стык.

При возведении опускных колодцев глубиной более 11 м стены его наращивают такими же панелями, но без ножевой части. При этом горизонтальный стык между ярусами панелей делают из двух горизонтальных полос, приваренных сплошным швом с наружной стороны к закладным пластинам, а с внутренней к металлической гидроизоляции.

Для возведения стен колодцев применяют пустотелые блоки, размеры которых зависят от размеров подземного сооружения и грузоподъемности кранов. Ножевые блоки выполняют сплошными. Стеновые и ножевые блоки по вертикали соединяют 'приваркой вертикальных металлических пластин к закладным частям соседних блоков. По горизонтали блоки соединяют приваркой сплошных горизонтальных пластин к закладным горизонтальным пластинам двух смежных по высоте блоков.

При сооружении сборно-монолитных колодцев из пустотелых блоков ножевая часть выполняется монолитной (рис.11). Перед началом монтажа блоков на горизонтальной поверхности производят разбивку расположения сборных блоков с нанесением рисок масляной краской, сборные элементы монтируют с помощью кондукторов, выставляя арматуру, приваривая накладки и бетонируя стыки. После окончания монтажа второго ряда блоков их пустоты заполняют бетоном на высоте 400-500 мм. Дальнейший монтаж блоков выполняют на цементно-песчаном растворе марки 100. После окончания монтажа блоков яруса производят монтаж арматуры стыков и горизонтальных монолитных поясов, а также их бетонирование. Опускание колодца следует производить только после достижения бетоном стыков и монолитных поясов проектной прочности.


Рис.11. Монтаж колодца из пустотелых блоков

Погружение опускных колодцев начинают с разборки временных оснований под ножевой частью. Разработка песчано-щебеночных призм производится по всему контуру банкетки ножа, исключая расчетные зоны опирания, размеры которых определяются проектом. Деревянные подкладки удаляются участками в диаметрально противоположных местах периметра банкетки ножа. Удаление прокладок производится путем подкапывания их с блоков и снизу и вытаскивания внутрь сооружения. После удаления каждой подкладки банкетка ножа немедленно должна быть подбита песком как снаружи, так и изнутри. Разборка временного железобетонного опорного кольца производится поэлементно тем же способом.

Опускные колодцы погружают с водоотливом и без водоотлива. Погружение с водоотливом применяется, если приток подземных вод небольшой и вблизи нет сооружений, чувствительных к осадкам. В осушенных колодцах большого диаметра для разработки грунта используются экскаваторы с прямой лопатой и бульдозеры. Разработанный грунт нагружают в бадьи и удаляют кранами (рис.12). Вместо бадей также используют грейферы. В некоторых случаях для рыхления грунта проводят взрывные работы. Выбор технологии и комплекта машин при разработке грунта зависит от способа опускания колодца, его размеров и вида разрабатываемого грунта.


Рис.12. Схема разработки грунта с использованием экскаватора и башенного крана

1 - опускной колодец; 2 - бункер; 3 - башенный кран; 4 - бадья, 5 - экскаватор

При опускании колодцев насухо используют три схемы разработки и выдачи грунта из колодцев. По первой схеме грунт разрабатывают экскаваторами или бульдозерами и выдают на поверхность кранами и бадьями. Вторая схема предусматривает разработку грунта грейферами. Эту схему можно использовать при небольшом диаметре колодца. При третьей схеме используют гидромеханизированный способ.

При опускании колодцев без водоотлива разрабатывают грунт и выдают его на поверхность грейфером. Грейферы наиболее целесообразно применять для разработки легких грунтов, например: песчаных, легких супесей, илистых и др.

В грунтах, исключающих наплывы из-под ножа, опускание колодцев может производиться с открытым водоотливом, который осуществляется отрывкой траншей по контуру колодца и ряда траншей для сбора воды в зумпф, заглубленный на 1-2 м ниже отметки разрабатываемого грунта в колодце. Вода из зумпфа откачивается центробежными насосами.

При больших притоках воды опускание колодцев производится с применением глубинного водопонижения, которое осуществляют через водопонизительные скважины, пробуренные за контуром опускного колодца и заглубленные ниже отметки опускания колодца. Вода из скважин откачивается глубинными насосами в течение всего срока производства работ по опусканию колодца и бетонированию днища. Иногда для водопонижения используют иглофильтровые установки.

Толщина слоев разработки грунта по периметру ножевой части колодца в процессе его опускания должна назначаться с учетом его деформационных свойств.

Рекомендуется следующий порядок разработки грунта в опускном колодце. Разработка грунта производится равномерно по всей его площади с оставлением расчетных зон опирания. Первоначально разрабатывают грунт в средней части колодца на глубину 1,5-2 м (иногда до 4 м). Со стороны ножа оставляют берму шириной 1-3 м, которую разрабатывают в последнюю очередь. Берму разрабатывают слоями толщиной не более 10-15 см и шириной по 20-30 см равномерно по всему периметру колодца. Разработку грунта под ножом колодца ведут одновременно между всеми фиксированными зонами или одновременно на двух диаметрально противоположных участках, начиная от середины участка по направлению к фиксированным зонам. Если после полной разработки берм между фиксированными зонами до уровня банкетки ножа колодец не опускается, приступают к разработке фиксированных зон, которые разрабатывают одновременно от краев к середине. По мере погружения колодца размеры фиксированных зон уменьшаются, и на последних метрах опускания они исключаются полностью.

Грунт под ножевой частью колодца разрабатывают в основном вручную. В некоторых случаях разработка грунта бермы и осадка колодца осуществляется постепенным размывом грунта гидромониторами.

Без водоотлива колодцы можно опускать в соседстве с любыми сооружениями. Плотные грунты в этих условиях разрабатывают грейферами, а слабые - гидроэлеваторами с дополнительным подмывом или эрлифтами. При погружении без водоотлива необходимо все время поддерживать отметку воды в колодце на уровне подземных вод. Это предотвращает наплыв грунта из-под ножа в колодец и исключает осадку соседних сооружений.

Для уменьшения сил трения стен колодца о грунт на внешней поверхности колодца делают один или несколько уступов. Однако при погружении колодцев больших размеров этого недостаточно, поэтому используют такие способы, как подмыв грунта, погружение колодцев в тиксотропных рубашках и использование электроосмоса.

Сущность погружения колодцев в тиксотропных рубашках заключается в следующем: полость, возникающую под наружным выступом нижа, заполняют глинистым раствором с тиксотронными свойствами. Глинистый раствор (тиксотропная рубашка) предотвращает обрушение грунта и таким образом стены колодца не соприкасаются с грунтом. Силы трения остаются только в пределах поверхности ножа, которая составляет около 10% всей поверхности опускного колодца, контактирующего с грунтом.

Для предотвращения прорыва глинистого раствора в полость колодца применяют уплотнитель из листовой резины толщиной 10-15 мм и шириной 40-50 см. Уплотнитель закрепляют но периметру уступа колодца (рис.13, а). Чтобы предотвратить обрушение грунта, в верхней части прорези по периметру колодца закрепляют на бетонном основании форшахту (рис.13, б) высотой 1-1,5 м из листовой стали или дерева. Для обеспечения своевременной подачи глинистой суспензии в полость между грунтовой стенкой и опускным колодцем следует иметь резервные емкости с готовой глинистой суспензией.


Рис.13. Детали опускного колодца, погружаемого в тиксотропной рубашке

а - резиновый уплотнитель на уступе ножа; б - конструкция форшахты; 1 -стена колодца; 2 - анкерный болт; 3 - уступ; 4 - уголок; 5 - листовая резина; 6 - глинистый раствор; 7 - грунтовая засыпка; 8 - форшахта; 9 - железобетонные кольца

Погружение колодцев в тиксотропной рубашке позволяет уменьшить толщину стен колодцев и исключить зависание колодцев в грунте. Все это по сравнению с традиционными методами снижает затраты труда на 30-35%, а стоимость работ - на 15-20%.

В глинистых грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут для снижения трения может применяться электроосмос. Сущность электроосмоса состоит в периодическом привлечении к наружной поверхности колодца воды, которая содержится в грунтовом массиве в свободном или связном состоянии. Эта вода перемещается от анода к катоду при наложении на массив постоянного электрического поля. Для этого погружаемый колодец оборудуется системой электродов: один - в виде металлических поясов (катоды) крепится на наружной поверхности колодца; другие в виде металлических труб забиваются на определенном расстоянии вокруг погружаемого колодца.

При погружении колодцев больших размеров целесообразно совместное использование электроосмоса и тиксотропной рубашки.

В некоторых случаях опускные колодцы погружают задавливанием. Устройства для задавливания колодцев должны обеспечить их многократное использование. Для снижения сил трения по наружной поверхности иногда выполняют антифрикционные покрытия. Способ погружения опускных колодцев задавливанием может применяться как при наращивании стен сборными элементами, так и монолитным железобетоном при глубине более 20 м. Не рекомендуется его применять в скальных и полускальных грунтах, а также в грунтах с валунными включениями.

По мере погружения колодца в грунт бетонируют верхние ярусы колодца. Скорость погружения в этом случае должна быть увязана со скоростью наращивания колодца и достижением бетоном требуемой прочности.

В процессе опускания колодца необходимо вести постоянное геодезическое наблюдение за его вертикальностью и скоростью погружения. Когда в колодце обнаружено зависание в его верхней части, необходимо выбрать грунт у ножа отстающей стороны или размыть водой, подаваемой по трубам, установленным с внешней стороны стены. Иногда для увеличения массы колодца зависшую его сторону утяжеляют пригрузами из железобетонных блоков. В исключительных случаях для опускания зависшего колодца создают искусственные динамические колебания почвы путем направленного взрыва ВВ в стороне от сооружения.

Погруженные до проектной отметки колодцы в зависимости от назначения полностью или частично заполняют бетоном. Чаще всего бетонируют днище. При незначительном притоке подземных вод его бетонируют в осушенном колодце. До начала работ по устройству днища колодца необходимо зачистить и спланировать ложе под него, удалить илистые и пылеватые фракции, уложить щебеночную подготовку и обеспечить полный водоотлив из дренирующего слоя. При толщине днища более 1,5 м применяют двухъярусную систему бетонирования. Каждый ярус бетонирования в плане разбивают на несколько блоков. При разбивке на блоки необходимо обеспечить перевязку швов бетонирования блоков в плане и по высоте. Начинать бетонирование следует с блоков, примыкающих к внутреннему периметру ножевой части колодца.

Если погружение колодца проводилось без водоотлива, то днище бетонируют под водой. При этом применяют метод ВПТ или восходящего раствора. После приобретения бетоном днища проектной прочности воду откачивают и в осушенном колодце бетонируют обычным способом внутренние конструкции.

При погружении колодцев ниже уровня подземных вод необходимо обеспечить устойчивость их против всплытия, которое может произойти после устройства днища. Проверку колодца на всплытие производят с учетом наиболее высокого уровня подземных вод Нв когда колодец погружен на проектную отметку и забетонировано днище, по формуле для круглого колодца

EG + 0,5ET >= 3,14KвсНвRн2

Rн - наружный радиус колодца; Kвс - коэффициент условий работы по всплытию, равный 1,25.

В связи с использованием подземной части колодцев в хозяйственных целях стены и днище колодца подлежат гидроизоляции. Основными типами гидроизоляции являются: торкрет, металлическая, битумная, оклеечная и литая асфальтовая.

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 порол. 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.14). 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.14. 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

Pв >= роН/10

Pв - избыточное воздушное давление в кессонной камере, Па; H - гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м; ро - плотность воды, т/м3.

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 струёй 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 вы нут в последнюю очередь. Затем расширяют траншею, вырабатывая груш 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).

Технология производства работ методом стена в грунте

Сущность способа "стена в грунте" заключается в образовании под защитой глинистого раствора траншеи (выработки) с вертикальными стенками и последующим заполнением траншеи материалами или конструкциями. При заполнении выработки бетоном, железобетоном и сборными конструкциями стена в грунте выполняет роль ограждающей или несущей конструкции. При заполнении траншеи противофильтрационными материалами они выполняют роль противофильтрационных устройств (завес).

Способ "стена в грунте" используют при возведении подземных частей промышленных, энергетических и гражданских зданий, гидротехнических, транспортных и коммунальных инженерных сооружений. Такой способ дает возможность устраивать фундаменты и подземные сооружения практически любой глубины (4-50 м и более). Обычно глубина конструкций ограничивается возможностями применяемой землеройной машины. Ширина траншеи может быть 0,2 - 1,2 м, что также ограничивается имеющимися в строительстве механизмами.

Конфигурация в плане возводимых стен в грунте может быть различной в зависимости от конструкции сооружения и его назначения (рис.15) - прямолинейной, криволинейной и ломаного очертания.

Значительным преимуществом способа "стена в грунте" является boзможность совмещения работ по устройству фундаментов и подвалов, что позволяет исключить переброски больших масс грунта. Кроме того, обеспечивается надежность работы полов, а отсутствие котлованов значительно упрощает организацию работ нулевого цикла.


Рис.15. Конструкция стен и фундаментов возводимых способом "стена в грунте"

а - протяженная стена, б - прямоугольный столб, в - Т-образный столб, г- фундамент в виде параллельных стен, д - крестообразная опора, е - сооружение в виде и замкнутого прямоугольного короба; ж - кольцевой фундамент; з - круглое подземное сооружение; и - Н - образная опора, к - фундамент под сооружение в виде системы столбов, л - прямоугольное подземное сооружение, м - эллиптическое подземное сооружение; 1 - стена, 2 - грунт, подлежащий разработке после возведения стены

Способ "стена в грунте" может быть использован в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях и во многих случаях позволяет отказаться от забивки шпунта, различного рода креплений, водопонижения и замораживания.

Применение способа "стена в грунте" целесообразно при высоком уровне подземных вод; заглублении конструкции в прочный и водоупорный слой, в стесненных условиях строительства; при устройстве глубоких подземных сооружений (более 5-7 м).

Применение способа "стена в грунте" может быть ограничено: наличием грунтов с кавернами и пустотами, илов и рыхлых насыпных грунтов, включением обломков строительных конструкций и материалов и других препятствий.

В отечественной практике применяют два типа стен, возводимых способом "стена в грунте": свайные - образуемые из сплошного ряда буронабивных свай, и траншейные - образуемые сплошной стеной из монолитного или сборного железобетона. В зависимости от свойств грунта и глубины стен применяют две технологии возведения стен: с применением глинистого раствора (мокрый способ) и сухой способ.


Рис.16. Стены из секущихся буронабивных свай

а - лидерно-направляющие трубы, б - стена, образованная бурением со сплошным каркасом, в - стена из отдельных секущихся буронабивных свай, 1 - лидерно-направляющая труба, 2 - сплошная стена, 3 - отдельные сваи, 4 - арматурные каркасы

При мокром способе траншею в процессе ее разработки и возведения стен заполняют глинистым раствором, который предотвращает обрушение грунта. Этот способ применяют в водонасыщенных неустойчивых грунтах. Устойчивость стенок траншеи обеспечивается за счет укрепления поверхностного слоя стенок путем создания экрана, состоящего из заглинизированного грунта и глинистой корки, и передачи на стенку гидростатического давления глинистого раствора. Устойчивость стенок траншей возрастает с увеличением плотности глинистого раствора и уменьшением проницаемости образованного экрана.

Сухой способ применяют в устойчивых пылевато-глинистых грунтах с показателем текучести 0,25 при небольшой глубине стен (до 5-7 м). В процессе разработки траншею заполняют глинистым раствором (суспензией). Для удержания частиц разрушенного грунта во взвешенном состоянии при разработке траншеи, как правило, применяют тиксотропные глинистые растворы.

Благодаря тиксотропным свойствам раствора можно удерживать частицы шлама во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции раствора, вследствие чего поддерживается устойчивая работа механизмов, применяемых для разработки траншеи. Тиксотропный раствор позволяет сохранить устойчивость траншеи в период разработки грунта и устройства стены.

Конструкции, возводимые способом "стена в грунте", по способу изготовления бывают: монолитные, сборные и сборно-монолитные.

После устройства в грунте траншей (выемок) раствор в траншеях заменяют монолитным бетоном, сборными элементами, глиной или смесями глины с цементом в зависимости от назначения конструкции. В грунте формируют несущие конструкции (фундаменты и стены) или противо-фильтрационные завесы. При устройстве подвалов и подземных сооружений грунт, заключенный внутри стен, извлекают.

Образование стенок из секущихся буровых свай (рис.16) применяют, когда стенку закладывают около существующих зданий и ниже подошвы их фундаментов. Во избежание подвижек грунта под фундаментами разработку грунта в скважине и бетонирование в ней осуществляют и обсадной трубе.

Технология возведения стен из секущихся буронабивных свай включает следующие процессы (рис.17): бурение скважин с использованием направляющих труб; армирование скважин; бетонирование скважин методом ВПТ и извлечение направляющих труб из скважин.


Рис.17. Технология устройства стены методом секущихся буронабивных свай

I - бурение первой скважины, II - установка лидерно-направляющей трубы (ЛНТ) в пробуренную скважину, III - бурение второй скважины; IV - установка ЛНТ во вторую скважину; V - установка арматурною каркаса; VI - бетонирование скважины, VII - извлечение лидерно-направляющей грубы, VIII - вибрирование бетонной смеси; 1 - буровой станок УГБХ-150; 2 - ротор станка; 3 - шнек; 4 - кран; 5 - готовые сваи предыдущей секции; 6 - скважина предыдущей секции с установленной ЛНТ; 7 - первая пробуриваемая скважина в рассматриваемой секции; 8 - лидерно-направляющая труба; 9 - вторая пробуриваемая скважина в секции; 10 - арматурный каркас; 11 - вибробадья для подачи бетонной смеси, 12 - бункер для приема бетона; 13 - свеже уложенная бетонная смесь; 14 - глубинный вибратор, 15 - место устройства железобетонного обвязочного пояса

Лидерно-направляющие трубы имеют с одной стороны вогнутый участок с тем же радиусом кривизны, что и сама труба. Таким образом, когда одна труба примыкает к другой, в плане они образуют очертание восьмерки и расстояние между осями соседних скважин оказывается меньше, чем их диаметр (см. рис.16). Лидерно-направляющие трубы извлекают только после заполнения их бетоном. Расстояние между сваями должно быть менее диаметра их ствола. Примыкая друг к другу, сваи образуют сплошную стенку с волнистой поверхностью.

Для проходки скважин используют буровые станки ударного и вращательного действия, имеющие рабочие органы как периодического, гак и непрерывного извлечения разрушенной породы с промывкой скважин и без нее. При использовании станков вращательного действия более производительных, чем ударно-канатные станки, с целью удержания породоразрушающего инструмента в вертикальной плоскости и обеспечения стыковочного контакта проходки ведут с помощью специальных фиксирующих устройств - направляющих шаблонов.

Конструкции стен фундаментов и подземных сооружений, возводимые в траншеях способом "стена в грунте", бывают: сплошные, облегченные сквозными пустотами, облегченные замкнутыми пустотами.

Перед устройством траншеи способом "стена в грунте" в верхней части траншеи предусматривается устройство воротника, который предотвращает обрушение верха бортов траншеи, является направляющим для разработки грунта и одновременно служит для разметки положения арматурных каркасов или сборных элементов, являясь опорой для их подвески и крепления. Воротник устраивают из монолитного или сборного железобетона (рис.18).


Рис.18. Конструкции воротников железобетонные (а-в), металлический (г)

Выбор схемы и последовательность разработки траншеи определяются гидрогеологическими условиями, особенностями оборудования для разработки траншеи и конструктивными особенностями сооружаемых конструкций.

Разработку траншей с вертикальными стенками под защитой глинистого раствора выполняют землеройными машинами циклического и непрерывного действия.

К машинам циклического действия относят оборудование с ковшовыми рабочими органами: экскаваторы, оборудованные удлиненной рукоятью или напорным грейфером, штанговые экскаваторы и др.

К оборудованию непрерывного действия относятся гидравлические траншеекопатели, фрезерные и баровые машины. Такое оборудование более производительное, но более сложное.

Выбор землеройных машин производят с учетом характеристик разрабатываемых грунтов, размеров и конструктивных особенностей возводимого сооружения, стесненности строительной площадки и сроков возведения.

Разработка траншей в зависимости от типа проходческих машин может осуществляться непрерывно и отдельными захватками - шурфами.

При использовании грейферов могут применяться две основные технологические схемы возведения стен по первой схеме стена образуется из отдельных захваток, разрабатываемых и бетонируемых через одну с последующей разработкой и бетонированием промежуточных. Размеры захваток определяются величиной раскрытия челюсти и формой ковша (рис.19);


Рис.19. Схема возведения стены с использованием грейфера

I - разработка захваток 1-й очереди; II - разработка захваток 2-й очереди; III - укладка бетонной смеси; IV - готовый участок стены; 1 -грейфер; 2 - ограничитель; 3 - бетонолитная труба; 4 - арматурный каркас

по второй схеме стена сооружается непрерывной разработкой траншеи и последующим бетонированием сплошной стены.

Первая технологическая схема применяется в условиях, когда устойчивость стенок траншей не может быть гарантирована в течение времени, необходимого для разработок трех захваток.

Грунты I и II групп можно разрабатывать грейфером без устройства лидерных скважин, а грунты III и IV групп с устройством направляющих скважин. Отрывку грунта в захватках с устройством направляющих скважин производят последовательно или через одну захватку.

Для рытья неглубоких (до 12 м) траншей шириной 0,5-1 м применяют штанговый экскаватор конструкции НИИСП (рис.20).


Рис.20. Разработка грунта штанговым экскаватором

1 - базовая машина (экскаватор); 2 - копровая стойка; 3 - тяговый канат, 4 - каретка, 5 - упор, 6 - штанга-рукоять, 7 - подъемный канат; 8 - направляющая; 9 - грейферная часть ковша; 10 - дно траншеи, 11 - струговая часть ковша

Штанговый экскаватор может срезать грунт по вертикальному забою. По направляющей копровой стоик с помощью кареток перемещается трубчатая рукоять с жестко укрепленным на ней ковшом. Верхняя каретка жестко соединена с рукоятью, а нижняя может перемещаться по рукояти и по копровой стойке. Ковш в открытом виде до начала разработки и во время разгрузки удерживает тяговый канат, соединенный с тыльной частью грейферного ковша кронштейном. Разработка траншеи начинается с проходки пионерного шурфа. Для работы в стреловом режиме ковш в раскрытом виде подают в траншею и разрабатывают тупиковую часть забоя. Копровая стойка при этом наклоняется с помощью гидроцилиндра, обеспечивая струговому ножу необходимое напорное усилие на забой. Глубина разработки груша до 18 м. Ширина разрабатываемой траншеи 0,4-1 м.

При использовании бурофрезных агрегатов (типа СВД) рекомендуйся применять технологическую схему, которая предусматривает разработку непрерывной траншеи и бетонирование захватками, расположенными последовательно.

Такую же технологическую схему следует применять при разработке сплошной траншеи штанговым экскаватором и экскаватором, оборудованным обратной лопатой.

Приготовление глинистых растворов и их очистку производят на технологическом комплексе, включающем: узел приготовления глинистого раствора, емкости для его хранения, узел перекачки раствора, емкости - отстойники для раствора, бывшего в употреблении, склады для хранения глины и химических реагентов, узел очистки раствора.

Для перекачки глинистого раствора и подачи его в траншею используют грязевые и центробежные насосы. Трубопроводы для перекачки глинистых растворов выполняют из труб диаметром 100-150 мм секциями длиной 2-5 м. Гибкие трубопроводы должны иметь жесткие наконечники с быстроразъемными соединениями.

В процессе разработки траншеи глинистый раствор загрязняется и на дно траншеи выпадает шлам, поэтому перед началом бетонирования необходимо очистить дно захватки и заменить загрязненный раствор на свежеприготовленный. Дно траншеи очищают с помощью погружных насосов или эрлифтных установок.

Глинистый раствор должен иметь показатели, обеспечивающие устойчивость стенок траншей до полного окончания работ по устройству конструкции. Раствор должен обладать ярко выраженными тиксотропными свойствами, которые позволяют сохранить параметры глинистых растворов неизменными в течение продолжительного времени. Лучшими качествами обладают растворы, приготовленные из бентонитовых глин.

Плотность раствора при использовании для его приготовления бентонитовых глин следует принимать 1,05-1,15 кг/м, при использовании других видов глин 1,2-1,3 кг/м.

Для получения высококачественных глинистых суспензий более всего пригодны тонкодисперсные и высокопластичные бентонитовые (монтмориллонитовые) глины. Могут также применяться и местные глины, которые должны иметь следующую характеристику: плотность частиц 2,7-2,75 кг/м, число пластичности 0,2, влажность на границе раскатывания 0,25, набухание не менее 15-20%, содержание глинистых частиц размером до 0,001 мм не менее 10%, размером до 0,005 мм не менее 40 %. Глинистые суспензии должны иметь следующие параметры:

условная вязкость, с ... 18-30

водоотдача за 30 мин, мл, не более ... 30

толщина глинистой корки, мм, не более ... 3-4

стабильность, мН/см3, не более ... 0,2

отстой воды, %, не более ... 4

концентрация водородных ионов рН ... 8-11,5

При разработке ППР необходимо производить расчет устойчивости стенок траншей с учетом гидрогеологических условий строительной площадки. При расчете учитываются физико-механические свойства грунтов, уровень подземных вод и нагрузки от вблизи строящихся зданий.

Расстояние от фундамента до существующего здания должно быть принято таким, чтобы обеспечивалась устойчивость стенки траншей и фундаментов во время производства работ. Иногда, данные расстояния составляют 1,5-2 м.

Бетонные и железобетонные конструкции стен и грунтах выполняют из тяжелого бетона плотной структуры классов В20-В40.

Монолитные стены в траншеях устраивают методом ВПТ по захваткам. Смежные захватки разделяют ограничителями в виде инвентарной стальной трубы или сваи, которую вдавливают между стенками траншей до ее дна.

Ограничитель следует устанавливать в траншею при помощи крана в створ стыка между смежными захватками. При этом ограничитель должен врезаться на 3-5 см в стены траншеи и погружаться ниже дна траншеи на 30-50 см. Верх ограничителя должен надежно закрепляться на воротнике.

При устройстве протяженных стен в грунте проектом назначается длина секции-захватки и дается конструкция стыков секций. Длину секции-захватки принимают равной 36 см, иногда до 8 см из условий обеспечения устойчивости стен траншей и соблюдения сроков продолжительности работ по устройству фундамента.

Стыки между секциями-захватками могут быть нерабочие и рабочие. В нерабочих стыках не возникает растягивающего напряжения из-за отсутствия изгибающих моментов и поперечных сил. Рабочие стыки испытывают растягивающие напряжения в горизонтальной плоскости при приложении к ним изгибающих моментов. Конструкции стыков между секциями фундаментов зависят от многих факторов. Рабочие стыки должны быть равнопрочны с основным материалом стены.

Арматурные каркасы должны иметь длину, равную глубине траншеи. Для обеспечения необходимого защитного слоя арматуры следует ширину арматурных каркасов принимать на 150-250 мм меньше ширины траншеи. Размеры каркаса зависят также от принятой технологии устройства фундамента или подземного сооружения, величины секции-захватки и конструкции стыка между секциями. В арматурных каркасах должны быть предусмотрены проемы для пропуска бетонолитных труб, огражденных вертикальными стержнями из гладкой арматуры, и ограничители, фиксирующие проектное положение арматурного каркаса в траншее, для создания необходимой толщины защитного слоя. При длине захватки до 4 м необходимо устраивать один проем в середине каркаса, при длине захватки 4-6 м - два (при радиусе растекания бетонной смеси не менее 1,5 м).

В зависимости от глубины траншеи объем захватки должен составлять не более 50-60 м. Конструкция ограничителя должна исключать возможность попадания бетонной смеси из одной захватки в другую и обеспечивать водонепроницаемость рабочих стыков бетонирования.

Нерабочие стыки выполняют с использованием гладких инвентарных или стационарных (оставляемых в теле бетона) ограничителей захваток без перепуска через них горизонтальной арматуры. При нерабочих стыках захватки между собой не соединяются и в прямолинейных фундаментах каждая захватка работает как отдельный столб.

Рабочие стыки между секциями выполняют с перепуском арматуры на 30 диаметров из одной секции в другую через железобетонные элементы или металлические листы, остающиеся в теле фундамента.

Стыки стен фундамента в местах соединения смежных захваток бывают следующих конструкций:

в виде плоской металлической диафрагмы, приваренной к арматурному каркасу, на конец которого приваривают два швеллера. Такие сопряжения применяют при глубине стены до 25 м;

в виде криволинейного сопряжения, выполняемого при помощи инвентарной трубы диаметром, равным ширине траншеи. Такое сопряжение применяют при глубине стены до 18 м;

в виде набивной сваи, устраиваемой с помощью инвентарной трубы, извлекаемой после бетонирования и схватывания бетона двух соседних захваток;

в виде наклонных стыков, применение которых позволяет избежать возникновения растягивающих напряжений и не требует перепуска арматуры для достижения равнопрочности стыка. Конструктивно это достигается выполнением стен из последовательно расположенных опорных и распорных элементов трапецеидальной формы, сопрягаемых друг с другом по боковым граням;

при этом каждый опорный элемент выполнен в виде равнобочной трапеции, расширяющейся к верху, а каждый распорный элемент выполнен в виде равнобочной трапеции, расширяющейся к низу, сопрягаемые боковые грани образуют с вертикалью углы 5-10°, а расположенные по концам стены опорные элементы выполнены в виде прямоугольных трапеций. Такие фундаменты снабжены по краям боковыми ребрами. Выполнение фундамента с наклонными стыками позволяет осуществлять равнопрочный стык без стальных листов-ограничителей, что приводит к снижению расхода металла;

в виде ступенчатых стыков, применение которых обеспечивает равнопрочность за счет перевязки захваток уступами. Уступ формируют с помощью ограничителя, имеющего уступ в верхней части, что обеспечивает его выемку из траншеи после схватывания бетона. Для обеспечения продольной жесткости стены или фундамента у каждой секции-захватки чередуют уступы в разные стороны, для чего захватки бетонируют через одну.

Фундаменты могут выполняться облегченными за счет вырезов в верхней зоне стены сквозных отверстий или замкнутых пустот. Пустоты заполняют балластом или глинистым раствором. Пустоты сокращают расход бетона, а при заполнении глинистым раствором являются хорошей гидроизоляцией.

Бетонирование стен можно выполнять методом ВПТ при подаче литой бетонной смеси или при подаче полужесткой смеси с ее одновременным уплотнением вибраторами, расположенными на нижнем конце бетонолитной трубы. При виброуплотнении необходимо обеспечить устойчивость откосов траншей. Рекомендуется применять глубинные вибраторы С-826, ИВ-60 и др.

Бетонная смесь должна удовлетворять следующим требованиям: осадка стандартного конуса 18-20 см; водоцементное отношение не более 0,6; срок схватывания бетонной смеси не менее 2 ч.

Для повышения плотности бетона, а также увеличения пластичности смеси и снижения расхода вяжущего рекомендуется применять поверхностно-активные пластифицирующие добавки.

Оборудование для бетонирования этим способом должно иметь приспособления для подвешивания, подъема и опускания бетонолитных труб, подмостей для размещения оборудования и людей и обеспечивать непрерывность бетонирования захватки с заданной интенсивностью и равномерное заполнение смесью всей захватки.

В конструкциях, выполняемых из монолитного бетона, укладываемого методом ВПТ, в качестве рабочей арматуры должна применяться сталь периодического профиля классов A-II и А-III. Перед бетонированием дно траншей на захватке очищают от шлама, а загрязненный глинистый раствор заменяют свежим. После этого в траншею погружают арматурные каркасы, снабженные отгибами - салазками, обеспечивающими необходимую толщину защитного слоя, и диафрагмами из стальных листов толщиной 3 мм. Арматурные каркасы вывешиваются на воротник с помощью поперечных балок. Сквозь отверстия диафрагм пропускают концы горизонтальных арматурных каркасов, которые сваривают с выпусками арматуры соседней захватки. Затем в траншею опускают бетонолитную трубу и бетонируют стену. По мере бетонирования бетонолитную трубу поднимают краном и укорачивают посекционное таким расчетом, чтобы нижний ее конец был заглублен в ранее уложенную бетонную смесь не менее чем на 1-2 м. Перерывы в бетонировании допускаются не более 1,1-1,5ч. Вытесняемый из траншеи раствор в процессе бетонирования отводится по лотку в разрабатываемую захватку или запасную емкость. Укладку бетонной смеси следует прекращать после появления на уровне устья траншеи чистой бетонной смеси. Загрязненный глинистым раствором слой бетонной смеси следует удалить. Когда бетон приобретает распалубочную прочность, инвентарный ограничитель извлекают и переставляют на границу очередной захватки. При устройстве подземных сооружений после приобретения бетоном проектной прочности разрабатывают грунт внутреннего объема. Устойчивость и прочность стен, открывающихся по мере разработки внутреннего массива, обеспечивают временными или постоянными распорками, установкой рам, диафрагм, перекрытий и анкеров.

Сопряжение монолитных фундаментов с днищем, перекрытиями и балками жесткости следует выполнять в виде штраб или жестких соединений. Для образования штраб должна быть предусмотрена заделка деревянных коробов, извлекаемых после выемки грунта из подземного сооружения. Жесткое соединение элементов подземного сооружения выполняют с помощью стальных закладных деталей или выпусков арматуры, соединенных с помощью сварки.

Стены в грунте, обеспеченные сквозными отверстиями, устраиваются захватками. В траншею устанавливают арматурный каркас, а затем опускают пустотообразователь. После схватывания бетона пустотообразователь отрывается с помощью домкратов (рис.21, а).


Рис.21. Технологическая схема возведения фундаментов со сквозными проемами (а) и замкнутыми пустотами (б) "способом стена в грунте"

1 - пустотообразователь; 2 - балласт; 3 - бетонолитная труба; 4 - перемычка; 5 - землеройный механизм; 6 - патрубок с краном; 7 - клапан

Для образования замкнутых пустот разработаны установка и пустотообразователь (рис.21, б). Установка представляет собой пространственную конструкцию, перемещаемую вдоль траншеи. На установке размещены приемные бункеры и бетонолитные трубы. Пустотообразователь выполнен в виде усеченной полой пирамиды из стальных листов, с наружной стороны покрытых неадгезирующим текстолитом с бетоном. Днище пустотообразователя снабжено клапаном, который через штангу соединен с рычагом. При опускании пустотообразователя в траншею клапан, расположенный в днище, открыт, а через патрубок полость пустотообразователя соединена с атмосферой благодаря чему пустотообразователь свободно заполняется глинистой суспензией. После погружения пустотообразователя в траншею и его закрепления бетонирую стены. После схватывания бетона с помощью рычага открывается клапан и через патрубок в герметическую полость подается сжатый воздух. Благодаря передаче избыточного давления через клапан на бетон происходят отрыв пустотообразователя от бетона и одновременно выдавливание глинистой суспензии сжатым воздухом в полость стены.

При устройстве фундамента в виде протяженных стен сложно выполнять непрерывное армирование из-за того, что такие конструкции возводятся в траншеях, заполненных глинистым раствором. Стыки таких стен в местах сопряжения смежных захваток можно выполнять наклонными. Стены с клиновидной разрезкой могут быть выполнены в монолитном и сборном вариантах. Разрезка стен наклонными швами может выполняться на равные по величине захватки и на захватки разной длины. Для выбора варианта разрезки стен наклонными швами учитывается шаг колонн, глубина, стены и принятая технология paбот.

Технология возведения стен с клиновидной разрезкой малыми захватками заключается в следующем (рис.22, а). Образование угла наклона в стыках захватки в процессе бетонирования осуществляется с помощью инвентарных вкладышей-перемычек. Устанавливается и закрепляется на воротнике арматурный каркас первой захватки. Затем устанавливается вкладыш-перемычка, вплотную к которому ставят арматурный каркас распорного элемента, и второй вкладыш-перемычка. После закрепления арматурных каркасов и вкладышей-перемычек бетонируют первую захватку и распорный элемент. После схватывания бетона извлекается первый вкладыш, на его место устанавливается арматурный каркас опорного элемента и бетонируется. Бетонирование последующих захваток ведется в такой же последовательности.


Рис.22. Технологическая схема возведения стен с клиновидной разрезкой

а - возведение монолитного фундамента малыми захватками, б - то же, большими захватами; 1 - вкладыш-перемычка; 2 - арматурный каркас; 3 - бетонолитная труба, 4 - забетонированный участок, 5 - oграничитель

При возведении стен большими захватками может использоваться ограничитель, изготовленный из труб прокатных профилей или железобетона (рис.22, б). Вплотную к арматурному каркасу первой захватки устанавливают под необходимым наклоном ограничитель, после чего бетонируют первую захватку. Ограничитель извлекают после схватывания бетона и переставляют на границу следующей захватки. Между забетонированной захваткой и ограничителями устанавливают арматурный каркас опорного элемента и выполняют его бетонирование. Бетонирование последующих захваток ведется по той же технологии.

Сборные и сборно-монолитные стены сооружаются из сплошных плоских панелей, и пустотелых панелей и тонкостенных объемных элементов. Тонкостенные объемные элементы могут иметь различные очертания (коробчатые, эллиптические, круглые, одноячейковые, многоячейковые и др.). Членение на элементы может быть вертикальным и горизонтальным.

Сборные элементы необходимо проектировать максимально возможных размеров по ширине с целью сокращения числа швов. Ширину элементов рекомендуется принимать 150-500 см, толщину 20-120 см и более. Толщина элемента берется на 10 см меньше ширины траншей для облегчения монтажа и проведения тампонажных работ по заделке пазух.

Конструкции стыков между сборными элементами необходимо принимать такими, чтобы они позволяли легко вести монтаж элементов под глинистой суспензией и проводить тампонажные работы. Форма стыков должна обеспечивать возможность для бесвыверочного монтажа элементов, а также возможность их сборки и заделки цементным раствором или бетоном.

Разрезка стен на секции-захватки и соотношение сборного и монолитного бетона могут приниматься различными. При устройстве сборно-монолитных стен и фундаментов в качестве стационарных ограничителей обычно применяют сборные элементы.

При большой глубине заложения фундамента верхняя его часть на высоту 6- 12 м делается из сборных элементов, которые одновременно служат стенами подземного сооружения, а нижняя часть фундамента делается из монолитного бетона, причем нижние концы сборных элементов должны быть заглублены в монолитный бетон.

Монтаж сборных элементов должен начинаться при наличии готовой траншеи длиной 6-7 м. Расстояние между рабочим органом землеройной машины, разрабатывающей траншею, и монтируемым элементом должно быть не менее 2-3 м (рис.23).


Рис.23. Технологическая схема возведения "стены в грунте" из сборных элементов

1 - кран для подачи бетона в пазухи, 2 - бетонолитная труба; 3 - монтажный кран; 4 -стеновая панель; 5 - кондуктор; 6 - штанговый экскаватор; 7- бетон нижней заделки панелей; 8 - материал для заделки пазухи

Установка первой стеновой панели в ряду должна осуществляться с тщательной выверкой ее положения как в плане, так и по высоте при помощи жесткого направляющего кондуктора (рис.24. а). Монтаж последующих панелей выполняют при помощи съемных и постоянных направляющих. Съемные направляющие применяют при стыках открытой формы, когда полость стыка достаточна для размещения направляющей. Постоянные направляющие используют при стыках с малой полостью. Съемные направляющие (рис.24, б) выполняют в виде стержня-шаблона любого симметричного сечения - двутавра, трубы и т.д. и соединяют со сборным элементом при помощи фиксаторов-коротышей. Постоянные направляющие (рис.24, в) состоят из шаблона и двух фиксаторов и выполняются в вид накладных частей, привариваемы к закладным частям панели перед ее установкой в проектные положения.


Рис.24. Приспособления для монтажа стеновых панелей

а - кондуктор; б - инвентарная направляющая и стационарная направляющая, 1 - опорная рама, 2 - кондуктор, 3 - прижимная пружина, 4 - стеновая панель, 5 - рабочая арматура, 6 - направляющая уголки, 7 - закладные детали, 8 - шаблон, 9 - фиксаторы

Монтаж панелей со съемными направляющими производится путем заводки и закрепления направляющей в фиксаторы передней грани сборного элемента, лежащего в горизонтальном положении. После переведения сборного элемента в вертикальное положение его заводят в траншею сверху так, чтобы фиксаторы задней грани монтируемого элемента вошли в зацепление с направляющей ранее установленного элемента. После этою сборный элемент опускают краном в траншею до тех пор, пока верхние фиксаторы не войдут в зацепление с направляющей. После установки элемента в проектное положение направляющую, находящуюся между смонтированными элементами извлекают краном. Сборные элементы со стационарными направляющим монтируют, как и элементы со съемными направляющими.

После погружения сборного элемента в траншею следует проверить высотное положение его верхнего торца. При этом если панель подвешивают к воротнику, то ее высотное наложение следует выверять путем установки подкладок различной толщины под балку, на которой подвешен сборный элемент. Если сборный элемент опускают на дно траншеи, то его выверку осуществляют путем изменения толщины щебеночного основания. Если верх сборной панели расположен ниже проектной отметки, то панель приподнимают краном и в траншею подсыпают щебень. Если отметка панели выше проектной, сборный элемент приподнимают краном и резко опускают вниз, втрамбовывая щебень в дно траншеи.

Пазухи между панелью и стенками траншеи заполняют тампонажным раствором, а если из внутренней части сооружения грунт извлекается, то забутовку внутренней пазухи выполняю легкоразрабатываемыми несвязными грунтами (песком, щебнем, дресвой и т.д.). Состав тампонажного раствора должен приниматься таким, чтобы его прочность была не менее прочности окружающею грунта.

Тампонажным материалом служат глиноцементно-песчаные растворы или глинощебнепесчаные композиции. Глиноцементно-песчаный тампонажный раствор готовят из цемента, бентонита, глины, песка, воды и химических добавок для пластификации и замедления сроков твердения.

Тампонажный раствор подают по инъекционным трубам диаметром 50- 60 мм, опускаемым до дна траншей. Подают тампонажный раствор растворонасосами С-853, С-938 и др.

Гравийно-песчаные смеси составляют из гравия или щебня и крупного или среднего песка в объемном соотношении 1:1. Размер фракций крупного заполнителя не должен превышать 10-15 мм. Смеси подают в пазуху бадьями вместимостью до 1 м. Засыпка смеси продолжается до тех пор, пока из-под глинистого раствора не покажется конус засыпаемой смеси.

После твердения тампонажного раствора в наружной пазухе разрабатывают грунт внутри сооружения и заделывают стыки насухо по мере их обнажения и очистки полостей стыка от песка и остатков глинистого раствора.

После заделки стыков по верху стеновых панелей устраивают железобетонную обвязочную балку, в которую входят арматурные выпуски из торцов стеновых панелей. Грунт внутри сооружения должен разрабатываться равномерно по всей площади и только после набора инъекционным раствором 75%-й прочности и консолидации материала забутовки в течение 3 сут.

Методом "стена в грунте" можно устраивать подземные помещения внутри существующих зданий при их реконструкции в непосредственной близости к фундаментам. Он позволит значительно сократить объем земляных работ по сравнению с открытым способом, освобождает от необходимости водопонижения.

Контроль качества возведения фундаментов глубокого заложения

Методы контроля качества возведения фундаментов глубокого заложения зависят от типа фундамента и технологии его возведения.

При возведении буровых столбов для контроля качества работ в основном используют те же методы, что и при устройстве буронабивных свай. Перед бетонированием пробуренные скважины под буровые опоры должны быть очищены от шлама и грунта, которые накапливаются на дне скважины.

Буровые столбы могут иметь дефекты в случае нарушения технологии их устройства в виде вывалов грунта стенок скважин, смешения арматурного каркаса, некачественного заполнения скважин бетонной смесью и др.

Дефекты буровых опор опасны ввиду значительной трудности контроля качества забетонированных конструкций.

При бетонировании столбов недостаточно подвижной смесью возможны случаи разрыва сплошности бетона ствола вследствие зависания смеси на поднимаемой бетонолитной трубе. Для предотвращения зависания необходимо применять литые бетонные смеси, если они укладываются без виброуплотнения, а малоподвижные смеси следует укладывать с виброуплотнением.

При подготовке оболочек к погружению производят их осмотр на складе с целью выявления и устранения выколов бетона и деформаций закладных стыковых элементов. Выколы бетона устраняют путем зачистки и заделки цементным раствором поврежденных мест.

В процессе погружения оболочек необходимо контролировать: правильность установки и закрепления направляющих устройств; отклонение от проектного положения погруженных оболочек; качество оболочек и их стыкования при укрупнительной сборке или наращивании в период погружения; наличие в полости оболочек грунтового ядра на последнем этапе их погружения. Особое внимание следует обращать на исключение случаев нарушения стыков в процессе погружения оболочек.

В процессе возведения конструкций способом "стена в грунте" должны контролироваться: размеры траншей, наличие осадка на две траншеи и его удаление, качество глинистого раствора, правильность установки арматурных каркасов и ограничителей, состав и подвижность бетонной смеси, а также качество уложенных бетона и других материалов.

При возведении буровых опор и стен в грунте существенное влияние на качество работ оказывает технологическая характеристика глинистого раствора - его способность кольматировать, т.е. отлагать на поверхности стенок и в порах грунта глинистые частицы, образуя на поверхности стен водонепроницаемую корку толщиной 2-5 мм.

Применяемый глинистый раствор должен быть такого состава и иметь такие свойства, чтобы обеспечивалась бесперебойная работа землеройных механизмов, сохранялась устойчивость стенок скважин и траншей и не снижалось качество возводимой конструкции. Основным условием приготовления стабильных растворов является правильный выбор глин и методов их обработки. Наилучшими технологическими свойствами и хорошей способностью обладают растворы, приготовленные из бентонитовых глин, для которых характерна высокая водопоглощаемость.

Качество глинистого раствора оценивают по его плотности, водоотдаче, условной вязкости, содержанию песка, суточному отстою, стабильности и статическому напряжению сдвига. Плотность раствора контролируется ареометром.

Вязкость раствора, характеризуемую его подвижностью, определяют с помощью вискозиметра СПВ-5.

Стабильность и отстой раствора определяют его устойчивость, т.е. способность, оставаясь в покое, не расслаиваться.

Статическое напряжение сдвига (СНС) характеризует прочность структуры и тиксотропность раствора. Определяют его прибором СНС-2.

Водоотдача раствора определяется прибором ВМ-6 как количество воды, отфильтровавшейся за 30 мин через бумажный фильтр при перепаде давления 0,1 MПa. На этом же приборе определяется толщина глинистой корки, которая является аналогом корки, образуемой на стенках траншеи в результате фильтрации глинистого раствора в поры грунта.

Периодический контроль параметров приготовленного глинистого раствора производят отбором проб из глиносмесителя и накопительных емкостей. Не менее одного раза в смену следует производить контроль параметров глинистого раствора в траншее (во время разработки грунта, перед установкой арматурных каркасов, сборных элементов и бетонированием, после перерыва в работе свыше 1 сут) путем отбора и исследования проб.

Перед установкой в скважину или в траншею арматурные каркасы должны быть приняты по акту представителями технического надзора и исполнителями работ. При освидетельствовании проверяют: правильность расположения арматуры, диафрагм и фиксаторов защитного слоя; диаметры отверстий и поперечное сечение стальных конструкций; качество и расположение сварных соединений.

При подборе состава бетонной смеси прочность бетона для подводной укладки методом ВПТ без вибрации необходимо назначать на 10 % выше требуемой по проекту, для бетонирования с вибрацией - по проекту.

В период производства подводного бетонирования необходимо контролировать: качество составляющих бетонных смесей; интенсивность укладки смеси, заглубление бетонолитной трубы в смесь, уровень смеси в трубе, отсутствие воды в бетонолитной трубе, положение по высоте арматурного каркаса в скважине или траншее. Результаты контроля за режимом бетонирования должны регистрироваться в журнале подводного бетонирования.

Контроль качества бетонных работ осуществляется в соответствии с требованиями действующего СНиПа и заключается в проверке подвижности бетонной смеси и прочности бетона.

Качество бетонной смеси необходимо контролировать по пробам, которые следует отбирать: при выгрузке из бетоносмесителя и перед загрузкой в бетонолитную трубу - для контроля подвижности и связности смеси, а также для изготовления контрольных образцов; непосредственно из бетонированной конструкции. Пробы для контроля подвижности и водоотделения смеси должны отбираться каждый час, а также при всех изменениях состава смеси.

После подъема уровня бетонной смеси до низа подвешенного арматурного каркаса требуется следить за его положением, так как возможен подъем каркаса смесью, поступающей из бетонолитпой трубы. Для предотвращения подъема каркаса к нижнему концу его продольных стержней следует приварить два горизонтальных уголка или стержня.

Качество бетона, уложенного способом ВПТ, следует оценивать по результатам испытания контрольных образцов, а также с помощью ультразвука или гамма-излучения.

При подводном бетонировании не обходимо обеспечить режим нормаль ной укладки смеси, исключающий возможность прорыва воды в бетонолитную трубу и связанного с этим перерыва в бетонировании, из-за которого снижается качество бетонных конструкций в месте контакта смеси уложенной до и после вынужденной перерыва.

Чтобы исключить возможность прорыва глинистого раствора или воды в трубу, ее нижний конец в течение всего периода бетонирования должен быть заглублен в бетонную смесь. Заглубление трубы в основном зависит от интенсивности укладки смеси и ее пластических свойств. Величину заглубления трубы в литую смесь можно определить из выражения

t=2kJ

k - показатель сохранения подвижности, ч; J - интенсивность бетонирования, м3/(м2г)

При соблюдении этого условия вновь поступающая бетонная смесь растекается под защитой от воздействия воды верхним слоем, покрытым шламом. Минимальное заглубление трубы в смесь должно быть 1 м. С увеличением заглубления по сравнению с минимальным качество укладки бетонной смеси улучшается.

Правильность режима бетонирования контролируется по уровню бетонной смеси в бетонолитной трубе. Нормально смесь должна располагаться вблизи устья приемной воронки и не опускаться ниже уровня воды, окружающей трубу.

Качество сборных конструкций и деталей должно подтверждаться паспортами, сертификатами и другими документами изготовителей, а при необходимости - актами испытаний на объекте.

При возведении сооружения опускным способом для обеспечения качества работ необходимо учитывать особенности работы конструкций при погружении их в грунт. К моменту заглубления в грунт бетон нижней секции колодца должен иметь прочность, равную 100% проектной; остальных секций - не менее 70% проектной.

Для обеспечения правильности опускания колодца ведут постоянный контроль за погружением и своевременно устраняют отклонения от проектного положения. При этом периодически проверяют положение осей колодца, которые закрепляют створными столбами, расположенными на расстояниях, исключающих их смещение при опускании колодца. Для наблюдения за положением колодца по середине его сторон до начала опускания наносят шкалы с делениями 5-10 см. Обнаруженный перекос следует устранять своевременно путем создания восстанавливающих моментов, под действием которых колодец возвращается в вертикальное положение. Обычно восстанавливающий момент создается за счет собственного веса колодца. При этом удаляют грунт из-под ножа повышенной стороны колодца. Вследствие уменьшения реактивного сопротивления грунта на банкетку ножа колодец под действием собственного веса наклоняется в сторону, где производится разработка грунта. Иногда дополнительно для выправления крена вдоль боковой поверхности повышенной стороны колодца осуществляют размыв грунта, что снижает силы трения.

Если эти приемы оказываются неэффективными, то используют пригрузку колодца с повышенной стороны.

Для предотвращения образования трещин в стенах колодцев категорически запрещается:

разгружать вынутый из колодца грунт в зоне призмы обрушения грунта вокруг колодца, так как это создает дополнительные неравномерные нагрузки;

разрабатывать грунт более чем на 50-70 см ниже банкетки ножа, так как в случае быстрого опускания колодца возникают большие динамические нагрузки в стенах колодца;

допускать неравномерное обжатие стен колодца грунтом.

Техника безопасности

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 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.

В ППР 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.

Для обеспечения безопасности разработки грунта грейфером и при работе в опускном колодце бульдозера загрузка грейферов должна производиться на участках, удаленных от места работы бульдозера. Бульдозер должен транспортировать грунт к указанным участкам. Одновременная работа на одном участке бульдозера и грейфера запрещена. При работе в опускном колодце машин с двигателями внутреннего сгорания рекомендуется предусматривать вентиляцию.

При работе башенных кранов вблизи опускаемого колодца исправность состояния подкрановых путей должна проверяться после каждой посадки, но не реже одного раза в сутки. При обнаружении просадок следует незамедлительно произвести выравнивание и рихтовку путей.

Откачку воды из колодца при подводной разработке грунта разрешается производить только после заглубления колодца в водоупорный пласт на глубину 1,5 м или устройства пригрузки, при этом должна быть обеспечена возможность срочного затопления колодца в случае прорыва плывунных грунтов или глинистого раствора из-под ножевой части.

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 агрегат.

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 колодцев и 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.

Реклама
Copyright © 2013 kodeks.ru. При использовании материалов портала ссылка на www.constructionlinks.ru обязательна.
Powered by PHP-Fusion v5.01 © 2003-2013