1.4. Сооружение фундаментов в открытых котлованах
Разработку грунта в котлованах производят механизированным способом. Котлованы без крепления стенок сооружают бульдозерами, экскаваторами или скреперами. При устройстве глубоких котлованов возможно применение драглайнов. Разбивочные работы будут заключаться в обозначении колышками или столбиками границ котлована (выемки) поверху. Перехват поверхностных вод обеспечивают устройством нагорных канав за пределами рабочей зоны. Разбивку размеров фундамента и закрепление его характерных точек обноской производят после разработки грунта.
Котлован с креплением стенок сооружают землеройной техникой, которая может работать, не повреждая крепления. При наличии распорного крепления разработку грунта можно производить грейфером, а в деревянном шпунтовом ограждении грунт можно разрабатывать легкими экскаваторами с обратной лопатой.
Естественное сложение грунтов основания фундамента не должно повреждаться ковшом экскаватора. Поэтому оставляется для ручной доработки слой грунта толщиной 5…10 см, зачищаемый средствами малой механизации и вручную непосредственно перед устройством фундамента. С целью недопущения размокания или выветривания грунта разработка котлована и сооружение фундамента должны планироваться в сжатые сроки, без продолжительных перерывов работ.
В процессе разработки котлованов контролируют:
- величину недобора грунта в котловане, недопущение перебора и нарушений структуры грунта основания;
- сохранность структуры грунта во время срезки недоборов, подготовки оснований и укладки блоков фундаментов;
- предохранение грунта в котловане от подтапливания подземными или поверхностными водами, создающего размягчение или размыв верхних слоев основания;
- соответствие характеристик вскрытых грунтов основания проекту;
- соответствие глубины и размеров котлована проекту.
Готовность основания определяется комиссией с участием представителей заказчика и строительной организации, а при необходимости и представителя проектной организации, в том числе геолога. Состояние основания отражают в акте. Работы по сооружению фундамента ведут, как правило, без перерыва сразу же после приемки котлована, не допуская разрушения грунтов основания и снижения их несущей способности.
Осушение котлована при наличии грунтовых вод обеспечивается, как правило, центробежными насосами, пригодными для откачки загрязненной воды. При глубине более 5 м насосы устанавливают на площадке или на дне котлована, удаление воды производят нагнетанием. При меньшей глубине котлована насосы размещают на поверхности, и удаление воды производится отсасыванием (рисунок 1.26).
1 - насос центробежный или диафрагменный; 2 - всасывающий шланг с заборным "храповиком", оснащенным сеткой и обратным клапаном; 3 - приямок для забора воды; 4 - канава вдоль ограждения; 5 - ограждение котлована; 6 - контур фундамента; 7 - ограждение приямка из забитых досок или деревянного короба; 8 - второй приямок, углубляемый во время откачки воды из первого
Рисунок 1.26 - Схема водоотлива из котлована
Для сбора воды на дне котлована устраивают и углубляют по мере разработки грунта приямок (зумпф), а вдоль стен для стока воды к нему устраивают канавки. Глубина приямка в 1 м обычно достаточна для размещения в нем всасывающего патрубка и поддержания уровня воды в приямке на 0,2…0,5 м ниже дна котлована.
Мощность и число насосов подбирают по притоку воды. Предпочтение отдают более легким насосам производительностью не более 120 м3/ч. Рекомендуется применять большее число насосов меньшей мощности с забором воды из разных приямков. Обычно из одного приямка откачивается вода, а во втором производят работы по его углублению.
При зачистке дна случайные переборы грунта заполняют тем же грунтом с трамбованием. Размокший грунт уплотняют втрамбованным щебнем или заполняют песком. Отметки дна проверяют по углам будущего фундамента нивелированием, после чего для сборного фундамента устраивается песчаная или гравийная подушка толщиной не менее 10…15 см. Контуры фундамента с обноски проволочными чалками и отвесом переносят на дно котлована отвесами (рисунок 1.3).
Монтаж сборного фундамента стреловым краном производят по раскладочной схеме с перевязкой швов. Первый ряд блоков на гравийную или щебеночную подушку укладывают на слой раствора с обязательной проверкой по нивелиру. Вертикальные швы снаружи конопатят, после чего заполняют цементно-песчаным раствором с осадкой конуса 11…13 см. Цементно-песчаный раствор укладывают в швы с помощью плоских воронок с обязательным штыкованием на всю высоту шва. Монтажные петли срезают газопламенными горелками, во избежание повреждения блоков срубать или отгибать петли запрещается.
Второй и последующие ряды блоков укладываются на прокладки-фиксаторы с заполнением горизонтального шва раствором состава 1:2 при водоцементном отношении 0,5. Во избежание пустот в шве объем раствора должен быть на 10 % больше объема заполняемого шва.
Блоки укладывают на раствор всей постелью. Смещение блока после схватывания раствора не допускается.
Поднятый для перекладки блок должен быть очищен и поставлен на покрытую свежим раствором поверхность.
Опалубку монолитного фундамента выполняют из щитов, проектное положение которых обеспечивается металлическими тяжами и распорками.
В котлованах с ограждением стен фиксированное положение опалубки обеспечивают постановкой внутренних и внешних распорок, первые из них снимают по мере бетонирования, а вторые после набора прочности бетоном. При наличии деревянного ограждения оно может быть использовано в качестве опалубки нижнего яруса фундамента. Если ограждение выполнено из металлического шпунта, подлежащего извлечению, опалубку устраивают и для нижнего уступа. Установка опалубки не обязательна при отсутствии сцепления шпунта с бетоном и возможностью его выдергивания без повреждения фундамента. Этого можно достигнуть смазкой контактной поверхности шпунта с бетоном, прокладкой рулонного материала (полимерной пленки, рубероида и др.) или осаживанием шпунта несколькими ударами молота через 2…3 дня после бетонирования.
Подача бетона на глубину до 2 м производят по лоткам или виброжелобам. При большей глубине подача бетона производится краном, в бадьях. Высоту свободного сбрасывания бетонной смеси рекомендуется принимать не более двух метров при бетонировании армированных и не более шести метров - неармированных конструкций. В последнем случае высоту сбрасывания принимают из условия обеспечения однородности бетона и прочности опалубки. Бетонирование ведут слоями, укладка очередного слоя бетона должна производиться до окончания схватывания предыдущего слоя. Выгруженную бетонную смесь равномерно распределяют по всей площади бетонируемой конструкции. Не допускается для разравнивания использовать вибраторы. Бетонную смесь уплотняют по всей площади с заглублением вибратора на 5…10 см в предыдущий слой без его соприкосновения с арматурой. Проектом может быть предусмотрено уменьшение расхода бетона добавлением до 20 % объема камней размером 15…25 см, обязательно очищенных и промытых. Камни равномерно распределяют по площади, но не ближе 25 см от опалубки и 10 см друг от друга и арматуры.
В процессе возведения фундамента воду из котлована откачивают, не допуская соприкасания свежего слоя кладки с водой до приобретения бетоном прочности 2,5 МПа (25 кгс/см2). При необходимости за пределами фундамента по дну котлована устраивают канавки, водосборные колодцы, а в необходимых случаях дренажи.
При значительном притоке воды через дно, грунт в котлованах разрабатывают без водоотлива грейферами, гидроэлеваторами или эрлифтами. Сооружение фундаментов в этом случае производят после укладки тампонажного слоя бетона и удаления воды из внутренней полости ограждения.
Разработка песчаных и слабых глинистых грунтов производится двухчелюстными грейферами, навешиваемыми на стрелы экскаваторов или подъемных кранов, а для извлечения камней целесообразны четырехчелюстные грейферы.
Гидроэлеваторы и эрлифты целесообразны для подводной разработки илистых, несвязных или малосвязных грунтов. Принцип работы гидроэлеваторов (рисунок 1.27, а) заключается в подсасывании пульпы через патрубок 3 в струю быстро протекающей нагнетаемой воды 1. При любом уровне воды, обеспечивающем погружение всасывающей насадки, гидроэлеватор может работать, выдавая до 14 м3 грунта в час (до 160 м3/ч пульпы). Глубина всасывания может достигать 6 м. Разработку связных грунтов производят механическим рыхлителем, привод которого осуществляется вертикальным валом от мотора установленного над котлованом.
а - гидроэлеватор; б - эрлифт; 1 - сетка; 2 - всасывающая труба; 3 - кольцевая щель; 4 - камера; 5 - пульпопровод; 6 - водовод; 7 - воздухопровод; 8 - отверстия диаметром 4…6 мм
Рисунок 1.27 - Средства гидромеханизации
Разрежение во всасывающем патрубке эрлифта создается струей сжатого воздуха, который, смешиваясь с пульпой, делает ее плотность меньше воды. Для обеспечения устойчивой работы эрлифта столб воды в котловане должен быть не менее 4 м (рисунок 1.27, б). При диаметре всасывающей трубы 75 мм производительность эрлифта по грунту может достигать 3,6 м3/ч. Эрлифт эффективнее работает с гидрорыхлителем грунта, размельчающим грунт струями высокого давления. В плотных и вязких грунтах применяются механические рыхлители грунта.
Подводное бетонирование обычно выполняют способом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Схема укладки приведена на рисунке 1.28. Литой бетон с осадкой конуса не менее 16 см и крупностью щебня или гравия не более 4 см подается по трубе 9 в толщу не схватившегося, свежеуложенного бетона, который раздвигается в радиусе до 4 м давлением бетона, находящегося в трубе и бункере-воронке. Давление должно преодолевать еще и трение бетона по стенкам трубы, для уменьшения которого под бункером устанавливаются иногда наружные вибраторы.
Бетонолитную трубу диаметром 200…300 мм, состоящую из секций длиной до 2 м, вместе с бункером подвешивают на тросах к подъемному механизму над котлованом. Заглубление конца трубы в бетон составляет от 0,8 до 3 м. Заглубление более 3 м препятствует протеканию бетона, а при заглублении менее 0,8 м создается опасность прорыва бетона в воду с потерей им качества. По мере бетонирования трубу поднимают, оставляя нижний конец ее погруженным в бетонную смесь.
Бетонирование начинают с установки в трубе под воронкой пробки закрепленной на тросе. По мере заполнения трубы бетонной смесью пробку на тросе опускают, защищая бетонную смесь от ее соприкосновения с водой. После выхода пробки на дно котлована трос перерубают, и она остается в нижнем слое бетона. Необходимость в подъеме трубы устанавливают по видимому замедлению опускания в ней бетона, а допустимость подъема проверяется по разметке на трубе и промеру глубины воды над бетоном около трубы.
После подъема трубы на высоту, равную длине секции, отсоединяют верхнюю секцию и переставляют приемную воронку на нижеследующую секцию. Операцию по укорочению бетонолитной трубы выполняют быстро, не допуская схватывания бетонной смеси. После этого бетонирование продолжается. При задержках бетона в трубе включают вибратор или производят дополнительное встряхивание трубы.
По окончании бетонирования бетон выдерживают до набора прочности не менее 50 % проектной, после чего воду откачивают, шлам и слабый верхний слой бетона толщиной 10…15 см удаляют, и ведут сооружение фундамента насухо.
1 -бункер; 2 - бетонолитная труба; 3 – уложенная бетонная смесь; 4 - лебедка; 5 - шпунтовое ограждение
Рисунок 1.28 - Схема подводного бетонирования способом ВПТ
Другим способом подводного бетонирования является способ восходящего раствора. Котлован с установленными вертикальными трубами меньшего, чем при ВПТ, сечения заполняют камнем размером 15…30 см и щебнем крупнее 4 см. После этого по трубам подают цементно-песчаный раствор, который вытесняет воду и заполняет пустоты. По мере подъема раствора в кладке поднимают и трубы. Прочность бетона, полученного таким способом, выше, чем при ВПТ, она зависит от качества вытесняемой воды и каменных материалов.