Возведение фундаментов и подземных сооружений методом опускного колодца

пускные 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.

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.

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.

В начале на подготовленное временное основание монтируют армокаркас ножа. Затем на ар-мокаркас 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 6—8 м. Ярусы разбивают на блоки бетонирования в зависимости от принимаемой ППР 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 м3 с помощью кранов. Применяют башенные, стреловые и козловые краны. В некоторых случаях транспортировку бетонной смеси осуществляют бетононасосами.

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 по мере бетонирования. Высота наращивания опалубки не должна превышать 2 м.

При толщине стен более 1,2 м и малой насыщенности конструкций арматурой разгрузку бадьей можно производить непосредственно у места укладки. Бетонную смесь уплотняют вибраторами. Распалубку ножа и нижнего яруса колодца начинают только после достижения бетоном 100 %-ной проектной прочности. Верхние ярусы колодца можно распалубликать 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.

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

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 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

Первым этапом сооружения колодца является устройство основания под нож, которое гарантирует надежное опирание последнего при возведении стен. Существуют основания различных видов. Наиболее распространенный вид — деревянные подкладки на песчаной подушке . Толщина подкладок около 20 см, длина 2...3,5 м.

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 места> периметра банкетки ножа. Удаление прокладок производится путем подкапывания их с блоков и снизу и вытаскивания внутрь сооружения. После удаления каждой подкладки бан-кетка 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. Вместо бадей также используют грейферы. В некоторых случаях для рыхления грунта проводят взрывные работы.

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.

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.

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 ножа, заполняют глинистым раствором с тиксотропными 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 по периметру уступа колодца. Чтобы предотвратить обрушение грунта, в верхней части прорези по периметру колодца закрепляют на бетонном основании фор-шахту 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.

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.

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.

гидромеханизированный способ. Возможны три варианта рассматриваемого способа: разработка гидромониторами и транспортировка на поверхность земснарядами или углесосами; разработка гидромониторами и подъем на поверхность гидроэлеваторами; разработка экскаватором и выдача на поверхность средствами гидромеханизации.