Кессонный метод возведения фундаментов глубокого заложения

Кессонный метод применяют в тех случаях, когда погружению обычных опускных колодцев мешает сильный наплыв грунта, из-за сильного притока воды осложняются работы по осушению, а также когда грунты содержат круп­ные включения твердых пород. Кессо­ны применяют в непосредственной близости от сооружений, когда есть опасность выпора грунта из-под их подошвы.

В нижней части оболочки фундамента расположена кессонная камера, в верх­ней — шлюзовой аппарат (рис. 4.25, а).

Сущность метода заключается в том, что во время погружения кессона в кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, предотвращающий поступление в камеру подземных вод и наплывов грунта. Грунт разрабатывается в осушенном пространстве камеры. Шлю­зовой аппарат, имеющий герметизиро­ванные двери наружу и люк в шахту, служит для входа в кессон и транспор­тирования вынутого грунта.

Сжатый воздух в кессон и в шлюзовой аппарат подают раздельно. Внезапное снижение давления в кессоне может при­вести к аварии и тяжелым заболеваниям рабочих, поэтому двери и люки всегда делают открывающимися в сторону боль­шего давления, что исключает случайные потери воздуха. Чтобы открыть наруж­ную дверь, когда кессон находится под давлением, нужно закрыть люк в шахту и снизить давление в шлюзовом аппарате. Когда внешнее и внутреннее давления уравняются, дверь можно открыть. При этом давление воздуха в шахте и кессоне сохранится. Войдя в шлюзовую камеру, наружную дверь закрывают. Затем под­нимают давление воздуха внутри камеры до уровня давления в кессоне. Только после этого можно открыть люк шахты для входа рабочих или транспортирова­ния грунта.

Кессоны, как и опускные колодцы, погружаются в грунт под действием веса конструкций. Но погружению здесь пре­пятствует не только сопротивление грун­та, а и давление воздуха в кессонной камере. Сначала кессон погружают без подачи сжатого воздуха в камеру, но как только появляются подземные воды, кессон переводят на режим воздушного давления. Регулируя в определенных пределах избыточное давление воздуха, можно управлять процессом погружения и уров­нем воды в кессоне.

Рис. 4.25. Кессонный метод устройства фундаментов: а — основные элементы кессона; 6 — погружение кессона с помощью гидромеханической установки с дистан­ционным управлением; в — схема погружения кессона при разработке грунта средствами малой механизации; 1 — надкамерные стены; 2 — шлюзовой аппарат; 3 — шахтная труба; 4 — потолок камеры; 5 — кессонная камера; 6 — ножевая часть стены; 7 — отвод пульпы; 8 — подача воды от насосной станции; 9 — камера наблю­дения и дистанционного управления; 10 — гидроэлеватор, удаляющий пульпу; 11 — вращающийся гидромони­тор; 12 — материальная предкамера шлюза; 13 — центральная камера шлюзового аппарата; 14 — пассажир­ская предкамера; 15 — подача сжатого воздуха; 16 — надкессонный массив; 17 — сифонная труба для удале­ния просочившейся воды и избыточного воздуха

Сооружение фундаментов глубокого заложения кессонным методом включает следующие процессы: подготовительные работы; изготовление кессона и оболоч­ки; погружение конструкции до проект­ной отметки; заполнение оболочки.

Обычно грунт в кессонной камере разрабатывают методами гидромехани­зации: размывают гидромониторами и удаляют пульпу эжекторами или гидроэлеваторами. Уп­равление стволами гидромониторов бы­вает ручное (оператор находится в кес­сонной камере) или дистанционное, когда оператор находится в специальной надкессонной камере, где сохраняется нормальное давление воздуха. В последнем случае за ходом работ наблюда­ют через перископы. Схе­ма подобной установки приведена на рис. 4.25, б. Гидромеханическую разра­ботку плотных грунтов ведут от ножа к середине, в слабых грунтах — только в средней части камеры. Слабый грунт из-под ножа выдавливается под действием веса конструкции и сползает в центральную воронку, где подвергается размыву стру­ей гидромонитора и удаляется гидроэле­ватором.

По мере опускания кессона возрастают силы бокового трения и давление сжато­го воздуха на потолок камеры, вследст­вие чего движение кессона замедляется, а при равновесии этих сил может совсем прекратиться. Тогда для дальнейшего погружения применяют форсированный способ посадки кессона. Для этого по пе­риметру ножа разрабатывают траншею глубиной до 0,5 м, затем работающие покидают кессонную камеру и избыточ­ное давление в ней снижают, но не более чем наполовину. В результате равнове­сие активных и реактивных сил нару­шается, и кессон быстро погружается до упора ножа в дно траншеи. После этого давление воздуха опять поднимают и разрабатывают грунт в центре камеры.

Если грунты не поддаются гидромеха­низации, их разрабатывают вручную пневматическими инструментами и мелкими взрывами (рис. 4.25, в).

Работать в кессоне можно при давле­нии не более 0,4 МПа, что соответствует глубине 40 м; так как давление в кессоне должно на 10 % превышать давление столба воды, то практически достижимая глубина погружения составляет всего 36 м. Погружение глубже 40 м возможно при автоматической разработке грунтов или дистанционным управлением меха­низмами.

Кессонные камеры после погру­жения на проектную отметку заполняются бетоном, буто­бетоном или песком. Оставшиеся пустоты заполняются це­ментно-песчаным раствором, нагнета­емым через закладные трубки под дав­лением. Иногда кес­сонную камеру заполняют местными грунтовыми материалами (глинами или суглинками). В некото­рых случаях допускается посадка по­толка кессона непосредственно на грунт.