Основные положения производства работ по сооружению фундаментов мостовых опор.

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 11Следующая ⇒

8.1. Способы устройства котлованов под фундаменты мостовых опор зависят от местоположения опор, грунтовых условий, глубины котлованов, наличия и глубины воды и т. д.

При строительстве опор на местности, не покрытой водой, котлованы устраивают открытыми. При отсутствии грунтовых вод стенки котлованов не укрепляют, причем при глубине до 1 м в песчаных и гравелистых грунтах, 1, 25 м в супесях и суглинках, 1, 5 м в глинах и 2 м в особо плотных грунтах стенки делают вертикальными, а при большей глубине – с откосами, выбирая их крутизну в зависимости от глубины котлована и вида грунта.

Котлованы с вертикальными стенками и креплением устраивают для уменьшения объема земляных работ.

Простейшее закладное крепление состоит из стоек, периодически осаживаемых в грунт, за которые по мере разработки грунта и углубления котлована закладывают доски. Стойки подкрепляют по высоте котлована распорками. При глубине свыше 5 м или при ширине более 4 м используют инвентарные крепления со стойками из прокатных двутавров №30–55, забиваемых по контуру котлована. Распорки при этом могут быть как деревянные, так и металлические.

В водоносных грунтах котлованы разрабатывают в деревянном или металлическом шпунтовом ограждении, не только поддерживающем стенки котлована, но и уменьшающем приток грунтовых вод.

Если глубина воды не превышает 5–6 м, а в грунте отсутствуют включения в виде камней, затонувших деревьев и т. д., применяют деревянное шпунтовое ограждение, причем при напоре воды до 3 м используют дощатый шпунт с толщиной досок до 10 см, а при большем напоре – брусчатый толщиной до 24 см.

Доски или брусья шпунта (шпунтины) имеют с одной стороны гребень треугольной или прямоугольной формы, а с другой – паз соответствующего очертания (рис. 9.1, в). Нижние концы шпунтин заостряют и несколько скашивают, что обеспечивает плотное их примыкание при погружении к ранее забитым за счет отпора грунта.

Глубина погружения шпунта должна превышать глубину котлована не менее чем на 1, 5 м. Этим обеспечивается устойчивость ограждения, уменьшается приток воды через дно и устраняется возможность наплыва грунта в котлован из-под шпунта под воздействием одностороннего гидростатического давления при откачивании воды из котлована.

Для ускорения устройства и улучшения качества ограждения шпунтины погружают пакетами из 2–3 штук, сплачивая их скобами, втопленными в древесину, и бугелями.

Забивают шпунт свайными молотами через направляющие в виде парных схваток из бревен или пластин, прикрепленных к заранее погруженным так называемым маячковым сваям. Забивают шпунт в два приема: сначала на глубину 1, 5–2 м, а затем на полную глубину. Такая технология обеспечивает правильность положения ограждения и его плотность.

Стальной шпунт применяют при глубине погружения в грунт свыше 5–6 м или при плотных глинистых и гравелистых грунтах.

Стальной шпунт является инвентарной конструкцией, т. е. извлекаемой и используемой многократно. Металлические шпунтины представляют собой плоский или корытообразный стальной прокат длиной от 8 до 22 м, имеющий по бокам замки для соединения смежных шпунтин друг с другом. Внутри ограждение раскрепляется горизонтальной обвязкой по контуру котлована и распорками, препятствующими деформациям стенок и обеспечивающими устойчивость ограждения.

Для сбора и откачивания воды при попадании котлована в зону грунтовых вод по его контуру устраивается канавка или желоб с приямком. Поэтому размеры котлована принимают несколько больше размеров фундамента в плане.

На местности, покрытой водой, котлованы сооружают под защитой перемычек – земляных, ряжевых, шпунтовых (смешанных) и др.

8.2. Работы по водопонижению имеют своей целью либо понижение

естественного уровня грунтовых вод, либо отвод поступающей в котлован

воды различными способами, обеспечивающие его защиту от затопления.

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.

Этот способ был впервые предложен и осуществлен в XIX в В связи с тем что этот способ связан с пребыванием людей при повышенном давлении и использовании дорогого оборудования, в настоящее время его применяют сравнительно редко, обычно в тех случаях, когда имеются препятствия для возведения свайных фундаментов и опускных колодцев.

Кессон представляет собой жесткую коробчатую конструкцию (рис. 11.3, д), имеющую потолок и боковые стенки консоли, располагаемые в нижней части фундамента. В рабочую камеру 5 подается сжатый воздух по трубам, давление которого назначается таким, чтобы уравновесить давление столба воды высотой Н и обеспечить ее отсутствие в рабочей камере. Для сообщения с рабочей камерой, которое необходимо в основном для прохода людей, подачи материалов и оборудования, на шахтной трубе устанавливают шлюзовой аппарат. Разработку грунта часто осуществляют гидромонитором, а его удаление — с помощью эрлифта.

Рис. 11.3. Схема возведения фундамента глубокого заложения кессонным методом

По мере разработки грунта в рабочей камере кессон под действием собственного веса и надкессонной кладки 9 погружается в грунт. Надкессонную кладку наращивают по мере погружения кессона (рис. 11.3, а). По достижении кессона проектной отметки (рис. 11.3, б) рабочую камеру заполняют кладкой или бетонной смесью, шахтные трубы и шлюзовые аппараты снимают, а шахтные колодцы также заполняют кладкой или бетонной смесью.

Продолжительность работы в кессоне строго регламентируется правилами техники безопасности.

Кессоны выполняют из монолитного или сборного железобетона и рассчитывают на нагрузки, действующие на опускные колодцы совместно с дополнительными: от веса кладки и избыточного давления на стенки рабочей камеры.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8910 11 Следующая ⇒