3.3. Опускание сооружения

Опускание сооружений – основной технологический этап. Работы начинают с разработки временного основания и снятия оболочки с подкладок. Разработку временного основания и удаления подкладок ведут равномерно между заранее намеченными фиксированными зонами. Затем постепенно ведут равномерную разработку фиксированных зон временного основания, чтобы сооружение от равномерного опирания на временное основание переходило к равномерному опиранию банкетной или частью ножа на грунт, если нож врезался в грунт.

В практике современного строительства опускных колодцев различают два способа выемки грунта:

- насухо, с водоотливом или водопонижением грунтовых вод;

- из-под воды, без водоотлива.

Выбор способа выемки грунта при опускании сооружения зависит от многих факторов, и прежде всего от гидрогеологических условий площадки строительства, объема выемки грунта, наличие машин, механизмов и оборудования.

При опускании колодцев насухо грунт разрабатывают экскаваторами и бульдозерами и поднимают на поверхность в бадьях с помощью кранов. Если опускание ведут без водоотлива, то подводную разработку грунта и его подачу на поверхность выполняют грейферами.

Иногда предусматривают использование гидромеханизации. При этом возможны различные схемы производства работ: по первой схеме грунт разрабатывают гидромониторами и транспортируют на поверхность землесосными снарядами; (рис. 3.13б) по второй – разрабатывают гидромониторами, но на поверхность выдают гидроэлеваторами; при третьей схеме – разрабатывают бульдозером и экскаватором, а на поверхность транспортируют средствами гидромеханизации.

Подводную разработку грунта грейферами применяют при опускании малых колодцев (диаметром до 10…12 м), в песчаных и плывунных грунтах.

Наиболее распространенным способом выполнения земляных работ насухо является экскаваторная разработка грунта с выдачей его из колодца в бадьях башенными кранами (рис. 3.13.а).

В процессе опускания оболочки колодца, как правило, не удается избежать ее кренов, навалов на прилежащий грунт и возникновения значительных изгибающих моментов в стенах, приводящих к значительным деформациям, а иногда и к аварийным ситуациям.

Рис. 3.13 Схемы опускания колодцев: а - при выемке грунта насухо;

б - при выемке грунта из под воды: 1 – стены; 2 – тиксотропная рубашка; 3 – башенные краны; 4 – экскаватор; 5 – установившийся уровень грунтовых вод; 6 – бадьи; 7 – землесосы; 8 – водопонизительные скважины.

Для обеспечения вертикальности опускания колодцев в настоящее время используются несколько способов регулируемого погружения:

- погружение с помощью четырех фиксированных (опорных) зон;

- принудительно – регулируемый [3].

- применение разрушаемых буронабивных свай под ножом;

Как показывает практика строительства при опускании колодцев на четырех опорных (фиксированных) зонах крены возникают довольно часто, т.к. не учитывается изменчивость свойств грунтов по периметру сооружений.

Принудительно - регулируемый способ погружения предусматривает последовательное задавливание оболочки колодца домкратами установленными на верху стен с одновременной разработкой бермы у ножа по всему периметру без оставления опорных зон. Впервые этот метод применили на двух отпускных диаметром 50 м колодцев Днепровского ГОКа.

Технологическая схема принудительно – регулируемого способа опускания колодца поэтапно (I – IV) приведена на рис. 3.14. Последовательность работ при этом способе следующая:

- перед возведением стен колодца с поверхности грунта по оси стен пробурили скважины с уширением на глубину ниже отметки погружения колодца и в них опустили канаты с анкерами и забетонировали уширения (рис. 3.14.- I);

- смонтировали стены колодца с каналами в них (над скважанами и через каналы пропустили канаты до верха стены;

- над каналами наверху стен установили домкраты, через которые пропустилди канаты ( рис. 3.14.-II);

- внутри колодца разрабатывают грунт на глубине одного яруса посадки, с оставлением у ножа бермы по всему контору (рис. 3.14.-III);

- включают домкраты и производят равномерное задавливание колодца в грунт (рис. 3.12.-IV).

Рис. 3.14. Технологическая последовательность принудительно- регулируемого способа опускания колодца (I – IV – этапы погружения колодца); 1 – скважина с уширением; 2 – уширение (камуфлет); 3 – анкер каната; 4- канат; 5 – тело колодца: 6 – домкрат; 7 – берма; 8 – канат для пропуска каната

Общий вид колодца погружаемых принудительно-регулируемого способом на Днепровском ГОКе показан на рис. 3.15.

Рис. 3.15. Общий вид строительства колодцев с применением принудительно-регулируемого способа погружения

В Белгородском Государственном Технологическом Университете им. В.Г.Шухова под руководством профессора В.А Ивахнюка разработан способ опускания колодцев на разбираемых сваях [6]. Сущность этого способа заключается в устройстве легко разрушаемых буронабивных свай (например, из цементно-меловых составов диаметром 600 мм по периметру, под ножом колодца. Количество свай принимают в зависимости от диаметра колодца 8-16 шт. Погружение колодца осуществляют кольцевой разработкой грунта по периметру под ножевой частью, с последующим равномерным разрушением откопанного верха цементно-меловой сваи. Разрушение осуществляют с помощью воздействий на материал свай слабым раствором соляной кислоты и механическим способом (на величину посадки колодца). Впервые этот способ применили на опускном колодце корпуса крупного дробления Лебединского ГОКа КМА [6]. Процесс разрушения цементно-меловой сваи при очередной посадке колодца на этом объекте приведен на рис. 3.16.

По мере опускания колодца на контакте его наружной поверхности с грунтом возникают силы трения, которые направлены в сторону, противоположную силам собственного веса колодца и препятствуют погружению. Эти силы являются весьма существенными нагрузками, влияющими на выбор конструктивного решения. Точное определение этих сил и эпюр распределения их по поверхности колодца необходимы для расчета опускания сооружения которые приведены в §.3.4.

Рис. 3.16. Разрушение цементно- меловой сваи при очередной посадке колодца

Для уменьшения силы трения грунтов при опускании применяют следующие способы;

- гидроподмыв;

- тиксотропная рубашка;

- вибропогружение;

- антифрикционные покрытия;

- электроосмос – как вспомогательное средство во влажных глинистых грунтах.

При гидроподмывке применяют гидропневматические подмывные устройства (рис. 3.17), которые за счет обводнения контакта «бетонная поверхность» позволяют уменьшать трение до 25 %.

Рис. 3.17. Схема подмывных наконечников в стене колодца;

1- стена колодца; 2- вертикальная водоподводящая трубка; 3- горизонтальная разводящая труба (для группы наконечников); 4-подмывные наконечники

Тиксотропная рубашка представляет собой оболочку из глинистой суспензии толщиной 150 мм между железобетонной стеной колодца и грунта. Суспензию готовят из бетонированных или местных глин добавками, повышающими тиксотропные свойства. Удельный вес затора 1.10 – 1.20 г/см³ . Конструкции форшахты и замка для удержания тиксотропного раствора приведена в §. 3.2

Вибропогружение применяют для небольших опускных колодцев ( диаметром 10-15 м и глубиной до 15 м) во влажных песчаных и супесчаных грунтах, которые при возбуждении колебаний на контакте со стенами колодца абсорбируют влагу и приобретают тиксотропные свойства. Вибраторы к стенам крепят при помощи седел (рис. 3.18).

Рис 3.18. Установка вибратора на стене колодца:

1 – стена; 2 – стяжные болты; 3 – вибратор;

4 – установочное седло; 5 – упругие прокладки

Антифрикционные покрытия для снижения трения грунтов по боковым поверхностям колодцев разработана автором в БГТУ им. В.Г Шухова. Для условий трения ножевой части колодца (плотный контакт с грунтом) предложены износостойкие покрытия на основе лака этиноль с антифрикционными добавками.[10]

Выше уступа предложены самосмазывающие покрытия толщиной 25-30 мм на основе отходов химического производства (кубовые остатки синтетических фирных кислот –КО СЖК).

Степень снижения силы трения по боковой поверхности колодцев при погружении с применением вышеприведенных способов и методика расчета силы трения приведена в §. 3.4