Кессонные фундаменты

Когда в ложе реки на большую глубину залегают слабые грунты, содержащие включения в виде крупных валунов, затонувших карчей (стволов деревьев), каменных прослоек, то забивка или забуривание свай, погружение оболочек и колодцев оказывается очень трудным, а иногда и невозможным. В таких случаях может возникнуть необходимость в устройстве кессонных фундаментов.

Кессон представляет собой конструкцию в виде опрокинутого железобетонного ящика, образующего камеру, наполненную сжатым воздухом, вытесняющим из кессона воду (рис.25). Давление воздуха в кессоне определяется глубиной его погружения и должно уравновешивать соответствующее давление воды. На каждые 10 м погружения кессона ниже уровня воды давление воздуха в кессоне увеличивается на одну добавочную атмосферу, т.е. на 0,1 МПа.

Рис.25. Схема оборудования для опускания кессона

1 - компрессор;

2 - воздухосборник;

3 - воздухопровод;

4 - шлюзовой аппарат;

5 - шахтная труба;

6 - сифонная труба;

7 - надкесонная кладка;

8 - кессон;

9 - камера кессона.

В камере кессона разрабатывают грунт, обеспечивая постепенное погружение кессона. Песчаные грунты с успехом разрабатывают, применяя гидромеханизацию. При твердых грунтах бывает необходимо пользоваться взрывными работами. Для доступа в кессон людей, подъема разрабатываемого грунта и подачи в кессон строительных материалов над его камерой имеется шахтная труба со шлюзовым аппаратом наверху. Шлюзовой аппарат служит для перехода из кессона с повышенным давлением воздуха наружу и обратно. Для этого шлюзовой аппарат имеет камеры, в которых давление может постепенно изменяться. Одну из камер используют для шлюзования людей; в ней давление изменяют достаточно медленно, чтобы не принести вред их здоровью. Грунт и материалы (без присутствия людей) шлюзуют быстро. Воздух в кессон подается компрессорной установкой по воздухопроводу. Для удаления из кессона испорченного воздуха служит сифонная труба (см. рис.25).

По мере того, как в камере разрабатывают грунт, над потолком кессона ведут кладку фундамента (надкесонная кладка), под действием веса которой кессон постепенно опускается.

Работа в сжатом воздухе вредна для людей; при давлении более 0,35-0,4 МПа работать становится очень трудно. Поэтому наибольшая допустимая глубина опускания кессонов ниже уровня воды составляет 35-40 м.

Когда кессон достигает проектной отметки, проверяют качество грунта в основании, после чего камеру заполняют кладкой, которая входит в состав массива фундамента и служит его подошвой.

Недостаток кессонных работ - необходимость специального оборудования для их выполнения, а также вредные для людей условия работы в сжатом воздухе. Поэтому кессоны применяют только в случае невозможности устройства другого вида фундамента.

Основы расчета оснований и фундаментов Основные положения

Основания и фундаменты рассчитывают на основе методики предельных состояний, проверяя их по первому и второму предельным состояниям.

Рис.26. Схемы потери несущей способности фундаментов и их осадок

1 - зона разрушения фундамента.

Конструкция фундамента в первом предельном состоянии должна быть рассчитана на прочность (рис.26, а), устойчивость против опрокидывания (рис.26, б) и сдвига по грунту основания (рис.26, в). Во втором предельном состоянии необходимо проверить трещиностойкость фундамента и его перемещения. Грунты основания под фундаментом проверяют в первом предельном состоянии по несущей способности и по устойчивости на сдвиг грунта вместе с фундаментом (рис.27, а). Во втором предельном состоянии рассчитывают деформации грунтов основания. Поскольку фундамент получает смещения, равные деформациям примыкающих к нему слоев грунта, эти расчеты общие для проверки фундамента и его основания. Они состоят в определении осадок и горизонтальных смещений фундамента и основания с целью учета их влияния на конструкцию опор и всего сооружения (рис.27, б). Расчеты по первому и второму предельным состояниям производят с учетом действующих на сооружение постоянных и временных нагрузок, возможных наиневыгоднейших их сочетаний и необходимых расчетных коэффициентов.

Рис.27. Схемы потери несущей способности фундаментов и их осадок

1 - поверхность сдвига грунта;

- вертикальное и горизонтальное смещение фундамента от осадка грунта основания.

Когда грунты вокруг фундамента и под ним насыщены водой, учитывают ее давление и в необходимых случаях взвешивающее действие.

Фундаменты, расположенные в грунтах со слоями вечной мерзлоты, нужно проверять расчетом с учетом способов их опирания на мерзлые или оттаивающие грунты.

Конструкцию фундамента рассчитывают на действие в нем внутренних усилий как бетонный или железобетонный элемент. Прочность грунтов оснований проверяют, сравнивая действующие в них напряжения с расчетными сопротивлениями. Деформации (осадки, смещения) фундаментов и грунтов основания определяют, сравнивая полученные смещения верха опор на этих фундаментах с допустимыми величинами осадок или горизонтальных смещений для данного вида моста или другого искусственного сооружения.

Опрокидывание или сдвиг фундамента по грунту или вместе с грунтом обычно проверяют с учетом расположенной на этом фундаменте опоры.

Следовательно, характерными расчетными проверками для фундаментов можно считать проверку прочности оснований и определение осадки фундаментов.