2.5. Сооружение фундаментов на опускных колодцах

Конструкция опускного колодца представляет собой оболочку круглого, овального или прямоугольного в плане сечения, возводимая из бетона, железобетона (в прошлом даже из каменной кладки) и опускаемая под действием собственного веса в грунт. Надземная часть опускного колодца наращивается бетонированием в опалубке или сборкой из готовых блоков.

Достаточный для погружения вес колодца достигается при толщине его стен не менее 0,7 м. При толщине более 1,8 м затрудняется извлечение грунта из-под ножа оболочки. Опускные колодцы целесообразно применять для передачи давления мостовой опоры на прочные грунты, залегающие на глубине до 15 м и больше.

До середины прошлого века опускные колодцы и кессоны были основными видами фундаментов глубокого заложения и составляли около 70 % фундаментов опор больших мостов. В последующем их значительно потеснили свайные и столбчатые фундаменты. Но и в современных условиях при грунтах, не имеющих твердых включений в виде топляка, валунов, обломков конструкций или каменистых пропластков, массивные опускные колодцы могут найти обоснованное применение в качестве фундаментов глубокого заложения.

К недостаткам опускных колодцев следует отнести сравнительно длительные сроки сооружения и повышенную трудоемкость. Темп погружения колодца обычно составляет от 0,1 до 1,0 м в смену.

Для повышения прочности и жесткости стен колодца, рассчитанных на давление воды и грунта, внутреннюю полость разделяют вертикальными перегородками на ячейки-шахты, размеры которых принимают на 0,5 м больше опускаемого в них грейфера или другого средства извлечения грунта. Примеры конструкций опускных колодцев приведены на рисунке 2.21.

Простейшим является колодец с вертикальными стенами (рисунок 2.21, а). С целью уменьшения сил трения по боковой поверхности, препятствующих погружению колодца (рисунок 2.21, г) делается уступ шириной от 7 до 15 см. С этой же целью наружным граням стен придаются уклон или делается несколько ступеней (рисунок 2.21, б, в). На рисунке 2.21, г показано использование подмыва для уменьшения трения колодца о грунт. Вода под давлением подается в промежуток между грунтом и стеной колодца по трубам, закладываемым в стены колодца при его бетонировании.

Проект производства работ (ППР) на сооружение фундамента должен включать: чертежи строительных площадок, искусственных островков и подмостей, расположение оборудования, описание технологии изготовления и погружения колодца с рабочими чертежами конструкций, мероприятия по технике безопасности работ с чертежами необходимых для этого устройств.

а - с вертикальными гранями; б - с наклонными гранями; в - с уступами; г - с уступом и подмывными трубами; 1 - надфундаментная часть; 2 - плита; 3 - колодец; 4 - заполнение шахт колодца; 5 - тампонажная подушка; 6 - водопроводная труба; 7 - уступ

Рисунок 2.21 - Схемы опускных колодцев

Сооружение фундамента на опускных колодцах состоит в выполнении следующих операций:

- подготовка рабочей площадки и основания для изготовления ножевого кольца;

- изготовление (или сборка) ножевого кольца колодца;

- опускание колодца до проектной отметки с наращиванием его стен;

- устройство бетонной подушки на дне колодца и заполнение шахт;

- сооружение плиты.

Рабочую площадку оборудуют на суше или на островке в русле реки, отсыпанном на 0,5…0,7 м выше уровня воды. При глубине воды до 2 м и скорости течения до 1 м/с на песчаных грунтах дна и до 1,5 м/с на гравелистых, островки отсыпаются с естественными откосами (рисунок 2.22, а). При большей глубине или скорости течения островок защищается от размыва шпунтом или другой ограждающей конструкцией (рисунок 2.22, б, в).

Высотные реперы и обноска, а также машины и оборудование должны располагаться за пределами воронки возможного оседания грунта вместе с колодцем.

Опускной колодец высотой до 5 м обычно изготавливают на месте погружения целиком. При большей высоте колодец по мере погружения наращивают секциями высотой до 6 м. Изготовление ножевой секции начинают с установки деревянных подкладок, удерживающих ее от оседания. Для обеспечения выборки грунта расстояние в свету между подкладками должно быть не менее 15 см, а их площадь опирания достаточной для восприятия давления от первой секции колодца. На подкладках сооружают опалубку для бетонирования ножевой и остальных частей секции.

Погружение колодца начинают с удаления подкладок из-под ножа. В первую очередь извлекают подкладки из-под внутренних и торцевых стен, а затем через одну из-под продольных стен. Прокладки удаляют симметрично относительно четырех фиксированных, начиная с самых дальних. Фиксированные подкладки подкапывают и удаляют в последнюю очередь. По мере удаления подкладок под нож колодца тщательно подбивают грунт.

а - с естественными откосами; б - с ограждением, не воспринимающим давления засыпки; в - с ограждением, воспринимающим давление засыпки; г - тиксотропная рубашка колодца; 1 - островок; 2 - колодец; 3 – шпунтовая стенка; 4 - двойной шпунтовой ряд; 5 - уступ; 6 - прорезь; 7 - железобетонное кольцо; 8 - форшахта; 9 - грунтовая засыпка; 10 - глинистый раствор; 11 - вода

Рисунок 2.22 - Схемы островков для сооружения колодца

После удаления всех прокладок начинается разработка грунта по оси полости колодца. Вынимаемый грунт может складироваться не ближе 15 м от колодца. Чтобы в процессе погружения не было "зависания" колодца, его вес должен быть не менее чем на 15 % больше сил трения стен по грунту. Забой в грунте поддерживается на уровне примерно 1 м ниже ножа колодца.

При остановке погружения производится пригрузка колодца, например, заполненными водой понтонами. В практике применялось "встряхивание" колодца внутренним подрыванием малых (до 50 г) зарядов ВВ. Широкое применение находит метод погружения опускных колодцев в тиксотропной рубашке, при котором уменьшение трения по грунту достигается заполнением зазора между колодцем и грунтом раствором бентонитовой глины (рисунок 2.22, г). В форшахте и полости колодца поддерживается уровень раствора и воды на несколько метров выше уровня грунтовых или окружающих поверхностных вод.

Разработку грунта в колодце производят, как правило, без водоотлива, что позволяет достигать глубин, существенно больше, чем при кессонных фундаментах, где опускание свыше 30 м практически не допустимо по условиям работы людей под давлением сжатого воздуха. Опускные колодца погружали в грунт на глубину до 80 м.

Равномерная разработка грунта по периметру ножа во всех шахтах является условием правильного опускания колодца. Перекосы устраняют опережающей разработкой грунта под задержавшейся частью ножа, ее подмывом и пригрузом.

Форшахта с опорным железобетонным кольцом (рисунок 2.22) служит для удержания вертикального направления погружения колодца. Отклонение колодца от вертикали допускается не более 0,01 глубины его погружения, а смещение ножевой части от проектного положения - не более 30 см. Отклонения внешних размеров сечения колодца допустимы до 0,5 %, но не более 10 см по внешнему диаметру, 12 см по длине и ширине и 6 см по радиусу закругления. Толщина стен может отличаться от проекта на 3 см для бетонных и 1 см для железобетонных колодцев.

По окончании погружения колодца производится его комиссионная приемка с составлением акта, разрешающего дальнейшие работы. Они заключаются в устройстве бетонной подушки в пределах высоты ножа, распределяющей давление фундамента на грунт, предусмотренного проектом заполнения полости колодца (может и отсутствовать) и верхней распределительной плиты, на которой сооружают надфундаментную часть опоры.