ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Столбчатые фундаменты

Конструкция состоит из системы опор (столбов), которые располагаются под углами здания, в местах пересечения стен, под колоннами и другими точками с повышенной несущей нагрузкой.

Область применения: здания без цокольных этажей и подвалов. Каркасные и деревянные дома. Плотный грунт.

Преимущества: экономичность.

Недостатки: не подходят для строительства на участках на склонах и с неравномерным ландшафтом, плохо переносят боковые нагрузки.

Столбчатые конструкции также классифицируются по материалу изготовления:

· Деревянные;

· Каменные;

· Железобетонные.

По способу возведения столбчатые фундаменты из железобетона могут быть монолитными и сборными. Монолитные железобетонные конструкции рекомендуется сооружать в водоненасыщенных грунтах. Сборные столбчатые основания, наоборот, подходят для сырого, болотистого грунта.

Ленточные фундаменты

Конструкция представляет собой сплошную замкнутую ленту, проходящую под внешними и внутренними стенами здания. Устройство ленточных фундаментов наиболее целесообразно при неглубоком заложении.

Область применения: тяжёлые здания из камня, кирпича, бетона, самана и пр. Непучинистые, сухие грунты.

Преимущества: стены фундаменты могут играть роль стен подвала или цокольного этажа.

Недостатки: большие затраты материалов, повышенная трудоёмкость.

Монолитные ленточные фундаменты изготавливают из бетона, который заливают в траншеи, заполненные арматурным каркасом. Сборные ленточные конструкции сооружаются из готовых железобетонных блоков, что требует использования спецтехники для их транспортировки и установки.

Свайные фундаменты

Конструкция основана на сваях, которые устанавливаются под углами здания и в местах высокой несущей нагрузки (стыки внутренних и внешних стен, колонны). Опоры монтируются в грунт ниже глубины промерзания, вверху сваи соединяются ростверками.

Область применения: дома на слабых, сильно сжимаемых и водонасыщенных грунтах, участках с неравномерно деформируемым основанием, сложным ландшафтом, при большой глубине промерзания.

Преимущества: экономичные, позволяют возводить дома там, где другие фундаменты простроить невозможно.

Недостатки: в большинстве случаев необходима спецтехника.

По способу установки сваи бывают:

· забивные (готовые опоры вбиваются в грунт);

· набивные (изготавливаются на месте строительства);

· винтовые (ввинчиваются в грунт благодаря заострённому концу с лопастями).

Плитные фундаменты

Конструкция представляет собой незаглубленную монолитную бетонную плиту с жёстким пространственным армированием. Плита устраивается под всей площадью здания.

Область применения: здания на участках с высоким уровнем грунтовых вод, слабым, неравномерно деформирующимся, пучинистым грунтом, в сейсмоактивных районах.

Преимущества: высокая надёжность при мелкой заглубенности, экономичность в специфических условиях.

Недостатки: высокая стоимость

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Под технико-экономическими показателями оснований и фундаментов зданий и сооружений понимаются технические и экономические характеристики проектного решения.

К техническим показателям относятся тип оснований и конструкции фундаментов, расчетные данные о деформируемости и прочности грунтов основания (ожидаемые осадки, перемещения, крены и т.п.), данные об использовании прочности материала фундаментов, материалоемкость. к экономическим показателям относятся приведенные затраты, сметная стоимость (себестоимость), трудоемкость изготовления и возведения, продолжительность работ, капитальные вложения в материально-техническую базу строительства, эксплуатационные расходы (если деформируемость оснований требует дополнительных затрат на ремонт или усиление конструкций зданий либо сооружений для обеспечения их пригодности в течение эксплуатационного периода). Полный перечень экономических показателей приведен в табл. 3.2.

ТАБЛИЦА 3.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ

Основания	Грунты	Тип фундамента
прорезаемые	основания	на естественном основании	на уплотненном или искусственно закрепленном основании	свайные
Однослойные	Слабые Средние Прочные	± ± +	± ± –	± ± –
Двухслойные	Слабые	Средние Прочные	± ±	± ±	± +
Средние	Слабые Прочные	– ±	± –	± ±
Прочные	Слабые Средние	± ±	± ±	– –

Условные обозначения: «+» — рекомендуется для применения; «±» — требуется вариантное проектирование; «–» — не рекомендуется для применения.

2. Особенности сбора нагрузок

Разновидности нагрузок

Сбор нагрузок на фундамент формируется под влиянием следующих факторов:

· Веса самого строения: от кровли до нижнего венца (или первого ряда кирпичей/блоков), возведенного по уже существующему проекту.

· Эксплуатационной нагрузки — веса всех предметов интерьера, жильцов, отделочных материалов, меблировки, внутренних коммуникаций, бытовой техники и прочего содержимого жилища.

· Веса самого фундамента: от пяты до ростверка со всеми сопутствующими элементами – отделкой, гидроизоляцией, утеплением и так далее.

· Динамической нагрузки – предполагаемого веса снежного покрова и силы давления ветра на стены и кровлю строения.

Точное определение суммы нагрузок, а равно и каждой составляющей сбора, относится к достаточно затруднительным операциям.

Поэтому большинство вышеприведенных параметров считают исходя из объемов стройматериалов и площади пола, кровли и стен строения, умножая эти данные на соответствующие коэффициенты.

К счастью для проектантов вычисление веса дома и основания строения, а равно и эксплуатационной, и динамической нагрузок, производится путем ввода исходных данных в специальную программу – калькулятор фундамента.

↑

Характеристики опорного грунта

Помимо конструкционного, эксплуатационного и динамического веса, проводя расчет нагрузки на фундамент, следует учесть такие характеристики и качества опорного грунта, как:

· Усадку грунта под пятой основания. Этот параметр определяется по степени деформации почвы под весом нагруженной ленты или опоры. И чем выше плотность грунта, тем меньше его усадка.

· Глубину промерзания почвы. Этот параметр влияет на нагрузку, возникающую вследствие деформаций пучения грунта. Расширяющийся под влиянием низких температур грунт выталкивает заглубленный в него фундамент.

· Несущую способность грунта. Этот параметр определяет сопротивляемость почвы внешним нагрузкам. Высокая несущая способность позволяет уменьшить площадь подошвы основания.

Впрочем, перед тем, как посчитать нагрузку на фундамент со стороны почвы, необходимо провести полноценную геологическую разведку с контрольным бурением и статическими испытаниями опор. Поэтому, в большинстве случаев, вышеуказанные параметры берутся из таблиц или вычисляются по средним значениям на основе сопоставления наименьших и наибольших значений.

↑

Разновидности деформации конструкции основания

Под влиянием нагрузок со стороны основания и гранта в конструкции, в теле фундамента возникает сразу несколько разновидностей деформации, а именно:

· Деформация по тикали – прогиб и выгиб, провоцируемая моментом сил, возникающим в процессе неравномерной усадки (погружения) всей подошвы фундамента в грунт.

· Деформации по горизонтали и вертикали фундамента – крен, перекос или сдвиг, которые провоцирует нагрузка на одно «плечо» конструкции. Источник нагрузки в данном случае — заметна усадка грунта под одним углом, опорой или гранью (свайной линией) фундамента.

· Деформация горизонтали – смещение, вызываемое сейсмическими нагрузками, провоцируемыми смещением слоев грунта.

Причем необходимо понимать, что указанные деформации возникнут в теле фундамента в любом случае. Однако, если прогиб, сдвиг, крен и прочие разновидности деформаций не выйдут за разумные пределы, то конструкция основания не пострадает.

3. Выбор глубины заложения различных типов фундаментов

Проектирование фундамента на естественном основании начинается с назначения глубины подошвы. Глубина заложения фундамента - отметка от подошвы фундамента относительно существующего уровня грунта на участке строительства.

Глубина заложения подошвы фундамента на естественном основании (ленточные, отдельно стоящие и пр.) зависит от трех основных факторов:

· Инженерно-геологических условий площадки строительства;

· Климатических условий района (от глубины сезонного промерзания);

· Конструктивных особенностей здания, наличие подземной части (подвалов, приямков, каналов, фундаментов существующих зданий).

Климатические условия

Основными климатическими факторами, влияющими на глубину заложения фундаментов, являютсяпромерзание и оттаивание грунтов.

При промерзании некоторых грунтов наблюдается их морозное пучение – увеличение объема, поэтому в таких грунтах нельзя закладывать фундамент выше глубины промерзания. Морозное пучение грунтов происходит преимущественно за счет миграции (перемещения) влаги к фронту у промерзания из нижележащих слоев. В связи с этим существенное значение имеет положение УГВ в период промерзания. К пучинистым грунтам относятся пылевато-глинистые, пески пылеватые и мелкие. В этих грунтах глубина заложения фундамента зависит от глубины промерзания, если УГВ залегает на глубине не более чем на 2, 0 м ниже глубины промерзания.

Климатические условия

Для висячих свай

(2.3

Таблица 2.1
Нормативное сопротивление грунта основания в плоскости нижних концов забивных свай R^н по СНиП II-Б.5-67

Примечание: В тех случаях, когда значения R^н указаны дробью, числитель относится к пескам, а знаменатель к глинам.

где: k = 0, 7 - коэффициент однородности грунта; т = 1, 0 - коэффициент условий работы; F - площадь поперечного сечения сваи у нижнего конца, м2; R ^н - нормативное сопротивление грунта основания в плоскости нижнего конца сваи, Т/м², принимаемое для забивных свай по табл. 2.1; u - периметр поперечного сечения сваи, м; - нормативное сопротивление 1-го слоя грунта по боковой поверхности сваи, Т/м², принимаемое по табл. 2.2; /, - длина участка сваи в пределах i - го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.
При определении значений пласты грунта по высоте делят на участки не более 2, 0 м.
Указанные в табл. 2.1 и 2.2 значения R^н и даны для песчаных грунтов средней плотности, супесей с коэффициентом пористости не более 0, 7, суглинков с тем же коэффициентом не более 1, 0 и глин - не более 1, 1.
Для плотных песчаных грунтов табличные значения R^н и увеличивают на 30%.
Таблица 2.2
Нормативные сопротивления грунта, основания по боковой поверхности забивных свай (по СНиП П-Б.5-67)

При определении величин R^н и нужно учитывать указанные ниже правила.

1. При планировке территорий срезкой, подсыпкой, намывом до 3, 0 м глубину расположения острия сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта по боковой поверхности сваи следует принимать от уровня природного рельефа.

2. При планировке срезкой, подсыпкой, намывом более 3, 0 м - глубину расположения острия сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта по боковой поверхности сваи нужно принимать от условной отметки, расположенной на 3, 0 м выше уровня срезки или на 3, 0 м выше природного рельефа при планировке подсыпкой.

3. Если в пределах длины сваи имеется прослойка торфа мощностью> 30 см и предполагается планировка территории подсыпкой или иная ее загрузка, эквивалентная подсыпке, то сопротивление грунта, расположенного выше подошвы наинизшего (в пределах глубины забивки сваи) слоя торфа, принимают:
- при подсыпке до 2, 0 м - для подсыпки и торфа равными нулю, а для минеральных пластов естественного сложения по табл. 2.2;
- при подсыпках от 2, 0 до 5, 0 м для грунтов, включая подсыпку, равным 0, 4 от значений, указанных в табл. 2, 2, взятых со знаком минус, а для торфа - равным минус 0, 5 Т/м²;
- то же, при подсыпках более 5, 0 м - указанным в табл. 2.2 значениям, но со знаком минус, (для торфа минус 0, 5 Т/м²).

Значения нормативных сопротивлений грунта под острием и по боковой поверхности сваи, со всеми поправками, можно использовать только при условии, что заглубление сваи в неразмываемый и несрезаемый грунт составляет не менее 4, 0 м для мостов и гидротехнических сооружений и не менее 3, 0 м для зданий и прочих сооружений

5.6.Определение несущей способности свай полевыми методами

Предварительные полевые испытания несущей способности свай предшествуют составлению проекта; цель их - определить или уточнить несущую способность свай в данных грунтовых условиях.

Контрольные испытания проводят в процессе устройства свайных фундаментов для проверки соответствия фактической несущей способности сваи с проектной.

Полевые испытания несущей способности свай могут быть статическими и динамическими. Динамический метод испытания свай применим только к готовым сваям, погружаемым в грунт забивкой или вибрированием.

Рассмотрим основной случай забивки готовой сваи молотом одиночного действия. Свободное падение ударной части молота весом Q с высоты Н создает работу, равную QН . Эта работа расходуется на погружение сваи и преодоление добавочных сопротивлений. От одного удара свая погружается на величину е. Эту величину называют отказом сваи. Сопротивление грунта погружению сваи составляет величину Р_пр. Следовательно, работа, израсходованная на погружение сваи, равна Р_пре .

В процессе удара молота о сваю возникают упругие деформации молота и сваи. Внешне работа упругих сил выражается в том, что молот весом Q, ударившись о сваю, подскочит на высоту h. Следовательно, работа упругих сил будет Qh .

Кроме погружения сваи и упругих деформаций молота и сваи, часть полезной работы молота расходуется на неупругие деформации молота и сваи. Допустим, что эта часть работы составляет . Тогда можно составить уравнение работы:

(2.7)

Для решения этого уравнения допускают, что остаточные неупругие деформации в свае будут тем больше, чем больше напряжения, возникающие в теле сваи. Следовательно, между величинами и , существует функциональная зависимость.
Н. М. Герсеванов, установив выражение этой зависимости, предложил решение уравнения (2.7). По его исследованиям, предельное сопротивление грунта погружению сваи выражается так:

(2.8)

где: F - площадь поперечного сечения сваи, м²; е - отказ (погружение от одного удара) сваи, см; Q - вес ударной части молота одиночного и двойного действия и дизель-молотов или полный вес подвесных молотов, Т; q - вес сваи, наголовника (при его наличии) и подбабка (если забивку ведут с подбабком), Т; H - расчетная высота падения ударной части молота, см; п -коэффициент, зависящий от материала сваи и способа забивки, принимаемый по табл. 2.7, Т/м².

Расчетное сопротивление (несущая способность) сваи равно предельному сопротивлению, умноженному на коэффициент однородности k = 0, 7 и коэффициент условий работы m = 1:

(2.9)

Таблица 2.7 Значения коэффициента п в формуле (2.8)

Расчетную высоту падения молота Н в зависимости от конструкции молота и наклона забивки свай принимают по табл. 2.8.
Таблица 2.8 Расчетная высота падения молота Н в формуле (2.8)

Таблица 2.9 Средние значения энергии удара Е,

В табл. 2.8 приняты следующие обозначения:
H₁ - фактическая величина хода упорной части молота, см; h - высота первого отскока ударной части дизель-молота от воздушной подушки, определяемая по мерной рейке (для предварительных расчетов для штанговых дизель-молотов принимают h = 60 см); Е - энергия удара, Т-см, принимаемая по паспорту или определяемая опытным путем (табл. 2.9); для трубчатых дизель-молотов энергию удара можно принимать равной Е= 0, 9QН ; Q - вес ударной части молота, Т.

5.7.Последовательность проектирования свайных фундаментов при действии центральной, внецентренной и горизонтальной нагрузок

Проектирование внецентренно нагруженных свайных фундаментов При внецентренном загружении фундамента различают два случая: I случай-—момент действует постоянно; II случай— момент непостоянен и может действовать то справа, то слева. В I случае стремятся совместить центр тяжести сечений свай в кусте с точкой приложения равнодействующей. Тогда свайный куст будет испытывать центральное загружение, и нагрузку на сваи проверяют.

Размещать сваи с большей частотой у наиболее загруженного края ростверка нежелательно из-за возможного крена ростверка. Во II случае при проектировании таких фундаментов удается несколько снизить влияние момента на -их работу частичным смещением центра тяжести сечений свай в кусте относительно оси конструкции. Число свай внецеитренно нагруженного фундамента обычно и увеличивают приблизительно на 20 %,

Расчетную нагрузку на сваю при эксцентриситете относительно двух осей инерции площади сечений свай в кусте находят по формуле внецентренного сжатия

Учитывая, что при применении свай одинакового поперечного сечения и момент инерции сечения сваи относительно собственной оси инерции / во много раз меньше а при отсутствии заделки свай в ростверке вообще равен нулю, поэтому При учете ветровых и крановых нагрузок разрешается принимать расчетную нагрузку на крайние ряды свай на 20 % больше.

Расчет подпорных стен

Подпорной стеной называют сооружение, которое удерживает от обрушения грунт в откосах выемок и насыпей.

Подпорные стены – это важнейший вид инженерных сооружений, которые широко применяются в строительстве, их используют для укрепления траншей, котлованов, ограждений, противооползневых конструкций и так далее.

Эти сооружения нашли широкое применение в дорожном, промышленном, гражданском, гидротехническом и железнодорожном строительстве, в фортификации и в горном деле. Грань стены, которая обращена в сторону засыпки, называют задней, а грань, обращенную в противоположную сторону, — средней.

Существуют следующие формы свободной поверхности грунта за подпорной стеной: горизонтальная, откос (поднимающийся), падающий откос, полуоткос, ломаная, неспланированная.

ВЕРНУТЬСЯ К ОГЛАВЛЕНИЮ

Разновидности сооружений

Схема подпорной стенки из природного камня (разрез): 1 — гравийно-песчанная подушка; 2 — фундамент; 3 — подпорная стенка; 4 — наклон фасадной части стенки; 5 — естественный склон; 6 — засыпка из гравия или щебня; 7 — засыпной грунт; 8 – дренажная трубка.

Монолитные подпорные стены изготавливаются из бутобетона, бетона, кирпичной или бутовой кладки и железобетона. Они могут иметь самые разнообразные профили, некоторые из них носят следующие названия: прямоугольный, трапецеидальный с наклонной передней гранью, трапецеидальный с наклонной задней гранью, трапецеидальный с наклонными гранями, с наклоном в сторону засыпки, с выступающим нижним передним ребром, ломаный, ступенчатый, с разгрузочной площадкой, уголковый.

Железобетонные монолитные подпорные стены делаются уголкового профиля и бывают консольными или контрфорсными (ребристыми). В состав консольных входит фундаментная и лицевая плиты, а контрфорсные с целью увеличения жесткости конструкции имеют еще поперечные ребра или контрфорсы.

Сборные изготавливаются из железобетона, а по своей конструкции подразделяются на следующие виды.

Стены уголкового профиля могут изготавливаться из отдельных плит или блоков, которые собираются на месте и в виде цельноперевозимых секций. Последний вариант отличаются по конструкции от монолитных тем, что состоит из отдельных небольших звеньев.

Заборчатые состоят из отдельных опор, пролеты между которыми заполняют плитами.

Опоры делают в виде столбов или контрфорсов разного очертания. Их изготавливают из пустых ящиков, устанавливаемых в 1, 2 и более ярусов и заполняют крупнообломочным или песчаным грунтом.

Фундамент по степени заглубления может подразделяться на 2 основных типа: глубокого и неглубокого заложения. Если глубина заложения фундамента превышает его ширину в 1, 5 и более раза, такой тип фундамента называется глубоким. Подпорная стена может быть возведена на естественном основании — нескальном или скальном — или на искусственном, то есть на сваях.

Толщина подпорной стены

Минимальная толщина по материалам:

· бутобетон и каменная кладка — 0, 6 м;

· бетон — 0, 4 м;

· железобетон — 0, 1 м.

Для расчета размеров тонких подпорных стен необходим опыт, так как может произойти опрокидывание.

При самостоятельном строительстве больше подойдет иной пример расчета, в котором толщина тела подпорной стены зависит от типа грунта и высоты сооружения.

Способы водопонижения

От тщательности подготовки и эффективности осуществления водопонижения зависит возможность проведения работ по устройству котлована и возведению в нем сооружений.

Открытый способ водопонижения. Сами котлованы при этом могут иметь либо наклонные, либо вертикально закрепленные откосы. При защите откосов сплошными шпунтовыми, свайными стенками или стеной в грунте грунтовая вода может поступать в

котлован только через его основание, где собирается в специально

устроенных водосборниках.

При закрытом способе водопонижения вода откачивается из

приемных колодцев, в результате чего происходит понижение уровня

грунтовых вод вокруг котлована и уменьшение притока в котло-

ван грунтовой воды

Процесс удаления грунтовой воды из водопроницаемых слоев может

осуществляться различными способами. Условия, в которых происходит

приток грунтовых вод в котлован при применении различных способов

водоудаления, могут быть весьма различны. Если приток

осуществляется под действием напора грунтовых вод, и вода поступает в приемные колодцы под действием сил гравитации, то такой способ удаления воды называется гравитационным. Способы, при которых удаление воды из

грунта производится при помощи дополнительного понижения давления,

называются вакуумными.

В мелкозернистых водопроницаемых грунтах движение грунтовой воды может быть усилено созданием достоянным электрическим током магнитного поля. Такой способ называется электроосмотическим.

При применении пневматического способа водопонижения грунтовая или фильтрационная вода удаляется путем создания в порах грунта избыточного давления, что приводит к более интенсивному водоотделению. Образование этого избыточного

давления возможно в замкнутой системе.

В тяжелых грунтовых условиях (например, сильноводопроницаемые грунты) применяется ограждение котлована со всех сторон водонепроницаемыми стенками и устройство днища

Изоляция котлована может осуществляться устройством стенок-прорезей,

буровых скважин и стенок, шпунтовых или инъекционных стенок. Для

придания водонепроницаемости дну котлована может применяться

способ подводного бетонирования. В особых случаях, особенно при водо-

понижйнии в шахтах и при сооружении туннелей, для защиты котлованов

применяется метод замораживания грунта. В этом случае для защиты

котлована от поступления грунтовых вод сооружается стенка из

мерзлого грунта.

Все описанные способы защиты котлованов от проникновения в них

грунтовых и других вод могут быть подразделены на следующие типы;

1) открытые способы водопонижения;

2) закрытые способы водопонижения;

а) гравитационное водоудаление,

б) вакуумное водоудаление,

в) электроосмотическое водоудаление;

3) специальные способы задержания грунтовых вод:

а) способ пневматического водоудаления;

4) уплотнение грунта:

а) метод уплотнения стенок котлована,

б) метод уплотнения дна котлована.

8.3. При большой глубине котлованов, а также при наличии подземных вод их стенки выполняются с различными креплениями. Конструкции креплений котлованов выбирают в зависимости от их глубины, свойств грунтов, уровня подземных вод и сроков эксплуатации конструкции.

В сухих и маловлажных грунтах при глубине котлована до 4 м используют закладные крепление, которое состоит из стоек, распорок и горизонтальных досок. Более удобное закладное крепление состоит из предварительно забитых в грунт двутавровых стальных балок, за полки которых постепенно закладывают доски. Когда невозможно использовать распорки, применяют анкерные и подкосные крепления.

Для устройства анкерных креплений вдоль стенки котлована забивают наклонные свайки, которые соединяют анкерными тягами из проволоки или двух досок со стойками крепления. В подкосном направлении стенки удерживаются подкосами, передающими сдвигающее усилие на упор, забиваемый у их основания.

Для глубоких котлованов с вертикальными стенками, а также при наличии подземных вод, имеющих уровень выше дна котлована, применяют шпунтовые ограждения. Они состоят из отдельных шпунтин и погружаются в грунт до разработки котлована. Бывают деревянные, стальные и ж.б. Металлический шпунт – прокатные плоские, корытные и z-образные профили. Погружается паровоздушными или дизельными молотами и вибропогружателями.

Наряду со шпунтовым ограждением крепление стен глубоких котлованов может быть решено в виде сплошного ряда жб забивных или бурозабивных свай.

Шпунтовые стенки могут быть консольными, с распорным или анкерным креплением.

Рассчитываются они по первой группе предельных состояний, при необходимости проверяют общую устойчивость стенки, т.е. вместе с массивом грунта на сдвиг вдоль поверхности, расположенной вне пределов системы «шпунт-анкерное устройство».

8.4. Опускной колодец представляет собой сборную или монолитную железобетонную конструкцию, которая может иметь прямоугольное или кольцевое очертание в плане (рис. 11.1). Тяжелые массивные опускные колодцы выполняют, как правило, в монолитном варианте (рис. 11.1, а), а облегченные — в виде сборных свай-оболочек (рис. 11.1, б).

Массивный опускной колодец погружается в грунт следующим образом. На поверхности основания возводят пустотелую нижнюю часть фундамента (рис. 11.1, в). Затем, используя землеройные механизмы, через вертикальную полость извлекают грунт. Под действием собственного веса колодец погружается (рис. 11.1, г). По мере опускания колодец можно наращивать, получая фундамент требуемой глубины. По достижении проектной отметки нижнюю часть колодца заполняют бетонной смесью, увеличивая площадь подошвы фундамента. При возведении канализационных насосных станций известны случаи погружения опускных колодцев диаметром до 70 м на глубину более 70 м.

Рис. 11.1. Опускные колодцы:
а – массивный опускной колодец, разделенный на ячейке; б — легкий опускной колодец из

Цилиндрической сваи-оболочки; в — установка колодца на поверхности грунта; г — разработка грунта грейфером и заполнение нижней части бетонной смесью

Для погружения колодца в окружающий грунт нижнюю часть колодца выполняют в виде специального ножа из листовой стали, закрепляемого с помощью закладных деталей (рис. 11.2, а), а для уменьшения трения грунта о стенки колодца при погружении с внешней стороны делают небольшой уступ, и образующийся зазор заполняют раствором бентонитовой глины, которая поддерживает стенки грунта в процессе погружения (рис. 11.2, б). В последние годы в связи с развитием производства сборного железобетона стали применять и массивные сборные опускные колодцы, собираемые из отдельных секций толщиной 50…60 см с горизонтальным членением на блоки, повторяющие конфигурацию колодца в плане.

Рис. 11.2. Конструктивные детали и нагрузки, действующие на колодец:
а — конструкция ножа, б — сборный опускной колодец; в — нагрузки, действующие на колодец во время погружения; г — эпюры неравномерного давления грунта на боковой поверхности при «навале» на грунт во время неравномерного погружения; 1 — щель, заполняемая раствором бентонитовой глины; 2 — бетонная стенка; 3 — нож из сварной стали; 4 — железобетонное днище колодца

Сборные оболочки имеют небольшой собственный вес по сравнению с массивным опускным колодцем, поэтому сила тяжести в данном случае оказывается недостаточной для погружения. В связи с этим оболочки погружаются принудительно мощными вибропогружателями и вибромолотами, которые с помощью болтовых соединений жестко прикрепляют к верхнему фланцу Через специальный наголовник.

В строительной практике применяют оболочки диаметром от 1 до 3 м при толщине стенок 12 см. После погружения первого звена из его внутренней полости грунт извлекают, затем вибропогружателем доводят оболочку до проектной отметки. Нижнее звено оболочки оборудуют ножом, а стык звеньев выполняют с помощью фланцевых соединений на болтах или сварке.

Если в основании оболочки имеется слой скального грунта, то в нем пробуривают скважину, диаметр которой равен диаметру оболочки, с последующим заполнением оболочки и скважины бетоном, что обеспечивает заделку фундамента в скальном грунте.

В нескальных грунтах для повышения несущей способности прибегают к устройству уширения с помощью разбуривания или каму-флетного взрыва с последующим заполнением полости бетоном.

Оболочки погружают в грунт на глубину 30 м и более. К достоинствам таких фундаментов относится очень высокая несущая способность (более 10 МН), к недостаткам — возникновение значительных колебаний грунта на большом расстоянии от места погружения фундамента, в связи с чем их не рекомендуется применять в заселенных районах городов.

При погружении опускных колодцев необходимо обеспечивать его вертикальное положение, не допуская развития крена. Крен обычно устраняют с помощью увеличения разработки грунта в той части, где осадка меньше.

Способ разработки грунта выбирают в зависимости от размеров опускных колодцев, а также инженерно-геологических условий строительной площадки. При значительном объеме земляных работ применяют грейдеры или экскаваторы с бульдозером, опускаемыми в колодец. Последние, находясь в колодце, заполняют специальные ковши, которые с помощью крана извлекают на поверхность. При таком способе разработки грунта необходимо предотвращать поступление подземных вод в колодец, что осуществляется с помощью искусственного водопонижения или устройства шпунтовых заграждений, погружаемых до слоя водоупорных грунтов.

Разработка грунтов грейфером, эрлифтом или гидромонитором разрешается без устройства водозащитных экранов, однако в этом случае внутри колодца необходимо поддерживать повышенный уровень воды в колодце, превышающий уровень подземных вод, для предотвращения поступления (наплыва) грунта, окружающего колодец, что может вызвать около него осадку поверхности основания.

Расчет опускных колодцев производят на нагрузки, возникающие как в процессе погружения колодца, так и во время эксплуатации. При погружении колодцы испытывают воздействие следующих нагрузок: собственный вес колодца, давление грунта на стенки колодца, реактивное давление грунта, действующее на нож, и силы трения по боковой поверхности (рис. 11.2, в).

Тонкостенные оболочки рассчитывают, как пространственные оболочки, методами, используемыми при проектировании железобетонных конструкций.

Опускные колодцы, прямоугольные в плане, рассчитывают в горизонтальной плоскости как статически неопределимые железобетонные рамы на нагрузки, аналогичные действующим на цилиндрические колодцы. Нож колодца рассчитывают как консольную конструкцию, находящуюся под действием направленной под углом реакции грунта.

Днище колодца обычно выполняют из монолитного железобетона и рассчитывают как плитную конструкцию, находящуюся под действием реактивного давления грунта и гидростатического давления воды.

Опускные колодцы, погружаемые ниже уровня подземных вод, необходимо рассчитывать против всплытия. Для предотвращения всплытия днище колодца заанкеривают с помощью свай, погружаемых в нижележащие слои грунта, или устройства анкеров (см. рис. 8.6, в).

Основным неудобством при погружении опускного колодца является подводный способ разработки грунта. Сложность контролирования и управления этим процессом в случае неполного заполнения ковша грейфера, извлекающего грунт, и трудностей, возникающих при удалении камней, валунов и других крупных включений, привели к необходимости разработки и применения кессонного метода устройства фундаментов.

Способ возведения фундаментов с помощью кессона основывается на отжатии подземных вод из зоны разработки грунта с помощью избыточного давления, создаваемого сжатым воздухом.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒