4.3. Возведение сооружений методом опускного колодца

Опускные колодцы используют при устройстве фундаментов глубокого заложения и различного рода заглубленных сооружений (насосных станций, гаражей, резервуаров, опор мостов и др.).

По форме в плане опускные колодцы бывают круглые, эллиптические, прямоугольные, а по вертикали цилиндрические и призматические, конические и ступенчатые. В нижней части колодец снабжен ножом, режущая кромка которого облицована стальными уголками или листами.

Сущность метода опускного колодца состоит в том, что конструкцию вначале устанавливают или бетонируют на поверхности земли, а затем внутри нее разрабатывают грунт в направлении от центра к ножу. Оболочка колодца, утрачивая опору грунта под ножом, под действием собственного веса опускается, выдавливая оставшийся грунт из-под ножа внутрь ко­лодца.

Погружение опускного колодца в грунт происходит в результате прео­доления сил трения стен по грунту силами собственного веса колодца, а в некоторых случаях с использованием дополнительной пригрузки или допол­нительного усилия, передаваемого на колодец.

Опускные колодцы могут быть мас­сивные и тонкостенные. Массивные колодцы применяют чаще всего для возведения фундаментов глубокого заложения. Тонкостенные применяют для возведения заглубленных зданий и сооружений, у которых подземная часть используется в хозяйственных целях. Массивные колодцы, как пра­вило, гравитационные, погружаемые под воздействием собственного веса. Тонкостенные колодцы погружают в тиксотропных рубашках или с исполь­зованием задавливания.

Опускные колодцы возводят из монолитного, сборного и сборно-моно­литного железобетона.

Работы по возведению опускных колодцев включают следующие этапы: подготовка строительной площад­ки и приспособлений для погружения; сооружение стен колодца; выемка грунта и погружение ко­лодца; заполнение полости колодца бето­ном или устройство днища.

При устройстве монолитных опускных колодцев (рис. 4.21) чаще всего применяются разборно-переставная и несъемная опалубка.

Стены колодца при бетонирова­нии разбивают на ярусы, а ярусы — на блоки. Высота яру­сов принимается 6—8 м. Бетониро­вание каждого последующего яруса допускается только после набора бе­тоном прочности 1,2—1,5 МПа. Ярусы разбивают на блоки бетонирования в зависимости от принимаемой ППР ин­тенсивности подачи бетонной смеси и конструкции стен колодца. При боль­ших размерах колодцев допускается разрезка стен на блоки с вертикаль­ными швами Бетонирование стен опускных колодцев может выпол­няться не только отдельными блока­ми, но и последовательно по всему периметру. В обоих случаях бето­нирование должно производиться сло­ями толщиной 25—50 см. Толщина слоев должна также выбираться в за­висимости от интенсивности бетони­рования и своевременного перекры­тия слоев бетонирования.

Бетонную смесь подают в стены бадьями вместимостью 1—2,5 м³ с помощью кранов. Применяют башен­ные, стреловые и козловые краны В некоторых случаях транспортиров­ку бетонной смеси осуществляют бе­тононасосами.

Укладку бетонной смеси в стены опускных колодцев выполняют сле­дующими способами. При толщине стен до 0,5 м смесь подается на пло­щадки лесов и затем по лоткам — к месту укладки В этом случае одна из сторон опалубки наращивается по мере бетонирования. Высота нара­щивания опалубки не должна превы­шать 2 м. При толщине стен 0,5-1,2 м и высоте бетонирования более 3 м укладку смеси ведут через звенье­вые хоботы, устанавливаемые с ша­гом 3 м по периметру стен. При тол­щине стен более 1,2 м и малой насы­щенности конструкций арматурой раз­грузку бадьей можно производить непосредственно у места укладки.

Гидроизоляция стен колодцев дол­жна выполняться до начала их опус­кания.

Рис. 4.21. Схема возведения стены опускного колодца: 1 — опалубка стены колодца; 2 — воронка для приема бетонной смеси; 3 — гибкий хобот; 4 — арматурный каркас; 5 — щебеночная призма; 6 — плиты опалубки; 7—нож колодца

Сборные стены опускных колодцев выполняют из тонкостенных панелей или пусто­телых блоков. При глубине опускания колодцев 20—25 м чаще используют плоские тон­костенные железобетонные панели. При большей глубине целесообразно использовать пустотелые железобетонные блоки.

Монтаж сборных колодцев из железобетонных панелей должен производиться с применением кондукторов подвижного, стационарного или консольно-поворотного типа (рис. 4.22). Монтаж ведется кранами на заранее выполненном временном бетонном основании. Панели имеют высоту до 11 м. Их приваривают друг к другу стальными накладками и производят бетонирование стыков или нагнетание цементно-песчаного раствора.

Рис. 4.22. Типы кондукторов для монтажа сборных панелей опускных колодцев: а —подвижной; б — стационарный; в — консольный; 1 —панель; 2 — неподвижная трубчатая распорка; 3 — подвижные опоры; 4 — отрезки трубы; 5 — патрубок; 6 — бетонная опора; 7 — ферма; 8 — растяжки; 9 — основание кондуктора; 10 — стойка кондуктора; 11 — консоль кондуктора; 12 — обойма; 13 — опорное кольцо

При возведении опускных колодцев глубиной более 11 м их стены наращивают такими же панелями, но без ножевой части.

Для возведения стен более глубоких колодцев применяют пустотелые блоки, размеры которых зависят от размеров подземного сооружения и грузоподъемности кранов. Ножевые блоки выполняют сплошными. Блоки соеди­няют между собой приваркой стальных пластин к закладным частям соседних блоков.

При сооружении сборно-монолит­ных колодцев из пустотелых блоков ножевая часть выполняется монолит­ной (рис. 4.23). Перед началом мон­тажа блоков на горизонтальной по­верхности производят разбивку рас­положения сборных блоков с нане­сением рисок масляной краской. Сбор­ные элементы монтируют с помощью кондукторов, соединяя арматуру, приваривая накладки и бетонируя сты­ки. После окончания монтажа второ­го ряда блоков их пустоты запол­няют бетоном на высоте 400—500 мм. Дальнейший монтаж блоков выпол­няют на цементно-песчаном растворе марки 100. После окончания монтажа блоков яруса производят монтаж ар­матуры стыков и горизонтальных мо­нолитных поясов, а также их бетони­рование. Опускание колодца следует производить только после достиже­ния бетоном стыков и монолитных поясов проектной прочности.

Рис. 4.23. Монтаж стен сборно-монолитного колодца из пустотелых блоков

Опускные колодцы погружают с водоотливом и без водоотлива. По­гружение с водоотливом применяется, если приток подземных вод неболь­шой и вблизи нет сооружений, чув­ствительных к осадкам. При этом используют три схемы разработки и выдачи грунта из колодцев. По пер­вой схеме (рис. 4.24) грунт разрабатывают экска­ваторами или бульдозерами и выдают на поверхность кранами и бадьями. Вторая схема предусматривает раз­работку грунта грейферами. Эту схе­му можно использовать при неболь­шом диаметре колодца. При третьей схеме используют гидромеханизиро­ванный способ. В некоторых слу­чаях для рыхления грунта проводят взрывные работы. Выбор технологии и комплекта машин при разработке грунта зависит от способа опускания колодца, его размеров и вида разра­батываемого грунта.

Рис. 4.24. Схема разработки грунта с использованием экскаватора и башенного крана: 1 - опускной колодец; 2 - бункер; 3 - башенный кран; 4 - бадья; 5 - экскаватор

При опускании колодцев без во­доотлива разрабатывают грунт и вы­дают его на поверхность грейфером. Грейферы наиболее целесообразно применять для разработки легких грунтов, например: песчаных, легких супесей, илистых и др.

В грунтах, исключающих наплывы из-под ножа, опускание колодцев мо­жет производиться с открытым водо­отливом, который осуществляется отрывкой траншей по контуру колодца и ряда траншей для сбора воды в зумпф, заглубленный на 1—2 м ниже отметки разрабатываемого грунта в колодце. Вода из зумпфа откачива­ется центробежными насосами.

При больших притоках воды опус­кание колодцев производится с при­менением глубинного водопонижения, которое осуществляют через водопо­низительные скважины, пробуренные за контуром опускного колодца и за­глубленные ниже отметки опускания колодца.

При погружении без водоот­лива необходимо все время поддер­живать отметку воды в колодце на уровне подземных вод. Это предот­вращает наплыв грунта из-под ножа в колодец и исключает осадку сосед­них сооружений.

Разработка грунта произво­дится равномерно по всей его площа­ди с оставлением расчетных зон опи­рания. Первоначально разрабатывают грунт в средней части колодца на глубину 1,5—2 м (иногда до 4 м). Со стороны ножа оставляют берму шириной 1—3 м, которую разрабаты­вают в последнюю очередь. Грунт под ножевой частью колодца разрабатывают в основном вручную. В некоторых случаях раз­работка грунта бермы и осадка ко­лодца осуществляется постепенным размывом грунта гидромониторами.

Для уменьшения сил трения стен колодца о грунт на внешней поверх­ности колодца делают один или не­сколько уступов. Однако при погру­жении колодцев больших размеров этого недостаточно, поэтому исполь­зуют такие способы, как подмыв грунта, погружение колодцев в тиксотропных рубашках и использование электроосмоса.

Сущность погружения колодцев в тиксотропных рубашках заключа­ется в следующем: полость, возни­кающую под наружным выступом ножа, заполняют глинистым раство­ром с тиксотропными свойствами. Глинистый раствор (тиксотропная ру­башка) предотвращает обрушение грунта, и таким образом стены колод­ца не соприкасаются с грунтом. Погружение колодцев в тиксотропной рубашке позволяет уменьшить толщину стен колодцев и исключить зависание колодцев в грунте.

Для снижения трения может применяться электроосмос. Сущность электроосмоса состоит в привлечении к наружной поверхности колодца воды, которая содержится в грунте. Эта вода перемещается от анода к катоду при наложении на грунтовый массив постоянного электрического поля. Для этого погружаемый колодец оборудуется системой электродов: один в виде металлических поясов (катоды) крепится на наружной поверхности колодца; другие в виде металлических труб забиваются на определенном расстоянии вокруг погружаемого колодца. При погружении колодцев больших размеров целесообразно совместное использование электроосмоса и тиксотропной рубашки.

В некоторых случаях опускные колодцы погружают задавливанием. Для снижения сил трения по наружной поверхности иногда выполняют антифрикционные покрытия.

В процессе опускания колодца необходимо вести постоянное геодези­ческое наблюдение за его вертикаль­ностью и скоростью погружения. Ког­да в колодце обнаружено зависание в его верхней части, необходимо вы­брать грунт у ножа отстающей сторо­ны или размыть водой, подаваемой по трубам, установленным с внешней стороны стены. Иногда для увеличе­ния массы колодца зависшую его сто­рону утяжеляют пригрузами из желе­зобетонных блоков. В исключитель­ных случаях для опускания завис­шего колодца создают искусственные динамические колебания почвы пу­тем направленного взрыва ВВ в стороне от сооружения.

Погруженные до проектной отмет­ки колодцы в зависимости от назна­чения полностью или частично за­полняют бетоном. Чаще всего бето­нируют днище. При незначительном притоке подземных вод его бето­нируют в осушенном колодце.

Если погружение колодца прово­дилось, без водоотлива, то днище бето­нируют под водой. При этом применяют метод ВПТ или восходящего раствора. После приобретения бето­ном днища проектной прочности воду откачивают и в осушенном колодце бетонируют обычным способом внут­ренние конструкции.

При погружении колодцев ниже уровня подземных вод необходимо обеспечить устойчивость их против всплытия, которое может произойти после устройства днища.

Стены и днище колодца подле­жат гидроизоляции. Основными типа­ми гидроизоляции являются: торкрет, металлическая, битумная, оклеечная и литая асфальтовая.

При производстве работ опускным методом в зимнее время и в вечномерзлых грунтах применяют электропрогрев.