Тема 4. Проектирование фундаментов глубокого заложения на опускных колодцах и колодцах-оболочках.
Лекция № 11.
Типы фундаментов глубокого заложения. Примеры сооружения фундаментов глубокого заложения в мостостроительной практике. Кессоны. Расчет кессонов на строительные и эксплуатационные нагрузки.
Типы фундаментов глубокого заложения и их конструктивные решения
В основном данный тип фундаментов применяют при возведении уникальных сооружений - с большими нагрузками на основание, а также при строительстве заглубленных помещений зданий, подземных гаражей, пешеходных переходов и туннелей, отстойников, водозаборных сооружений, мостовых опор и т.д.
Фундаменты глубокого заложения отличаются от фундаментов, возводимых в открытых котлованах следующими специфическими особенностями:
не требуют предварительной разработки котлованов;
работа грунта под действием внешних нагрузок происходит иначе, чем у фундаментов в открытых котлованах, в частности, исключается выпирание грунта из под подошвы фундамента на поверхность;
условия работы фундаментов глубокого заложения позволяют передавать на них значительные горизонтальные нагрузки и моменты;
несущая способность фундаментов глубокого заложения существенно выше, так как вертикальные нагрузки воспринимаются не только грунтом под подошвой фундамента, но и силами трения, развивающимися по боковой поверхности.
В настоящее время в мостостроении наиболее широкое применение получили фундаменты из опускных колодцев.
Применяемые для устройства фундаментов мостов опускные колодцы представляют собой открытую сверху и снизу железобетонную (реже бетонную и редко стальную) конструкцию (рис. 11.1), стены которой в нижней части имеют заострения (консоли), обычно усиленные металлом (ножи). Фундаменты конструируют из одного или нескольких колодцев.
В отечественной и зарубежной практике мостостроения отработано большое количество разнообразных конструктивных решений опускных колодцев. Однако, несмотря на разнообразие, типы применяемых колодцев можно классифицировать по материалу, из которого они изготовлены, конструкции и способу погружения в грунт.
По материалу колодцы подразделяются на бетонные, железобетонные, металлические (стальные) и комбинированные; по конструкции - на толстостенные и тонкостенные, заполняемые полностью или частично бетоном и реже песком.
Рис. 11.1. Очертание колодцев: 1 - надфундаментная часть; 2 - плита; 3 - опускной колодец; 4 - заполнение шахт колодца; 5 - тампонажная подушка; 6 - шахта
Толстостенные конструкции подразделяют на массивные, имеющие стены сплошного сечения, или пустотелые с полыми стенами, заполняемые бетонной смесью по мере опускания колодцев в грунт. Массивные толстостенные колодцы сооружают из бетона или железобетона, а толстостенные конструкции с полыми стенами - из железобетона или стали. Для изготовления тонкостенных опускных колодцев используют железобетон или сталь.
Бетонные и железобетонные колодцы в зависимости от способа изготовления подразделяют на монолитные, бетонируемые на месте их опускания в грунт, сборные, монтируемые на месте погружения из заранее изготовленных элементов, и сборно-монолитные, состоящие из сборных элементов, заполняемых бетонной смесью на месте опускания.
По способу погружения в грунт колодцы подразделяют на опускаемые под воздействием собственного веса и опускаемые методом вибрации.
При опускании с поверхности грунта или островков применяют толстостенные и тонкостенные колодцы из бетона или железобетона, но не из металла, использование которого для таких случаев, как правило, экономически нецелесообразно.
Для опускания с поверхности воды (в пределах акватории) применяют пустотелые и тонкостенные (металлические или железобетонные) колодцы, которые заглубляют до дна водотока на плаву или используют подмости различных конструкций (стационарные и плавучие).
Характерной особенностью наплавных колодцев является способность их удержаться на воде в плавучем состоянии за счет наличия пустотелых стен, закрытых сверху или снизу землечерпательных шахт, а также за счет изготовления понтонов закрытой конструкции.
До проектного уровня колодцы погружают в подавляющем большинстве случаев под воздействием собственного веса. Если веса колодца оказывается недостаточно, его дополнительно пригружают или применяют подмыв грунта по периметру колодца или же, что наиболее эффективно, устраивают рубашку из глинистого (тиксотропного) раствора в зазоре между боковой гранью колодца и грунтом. Метод вибрационного погружения используют для заглубления тонкостенных, преимущественно стальных колодцев.
Колодцы сооружают либо сразу на полную высоту, либо наращивают по мере их погружения в грунт. После достижения опускным колодцем проектной глубины заложения, его полость целиком или частично заполняют бетонной смесью сначала подводным способом, а затем насухо. В верхней части колодца сооружают распределительную железобетонную плиту, на которой впоследствии ведут кладку надфундаментной части опоры; в некоторых случаях такую плиту не делают.
Опускные колодцы применяют в случаях расположения грунтов с достаточной несущей способностью на больших (более 5 м) глубинах, когда сооружение фундаментов в открытых котлованах из-за сложности крепления их стен экономически нецелесообразно или технически неосуществимо. Так как в подобных случаях, кроме опускных колодцев, можно применять фундаменты из свай или оболочек, выбор типа фундамента следует производить на основе технико-экономического сравнения вариантов. Достоинством фундаментов из опускных колодцев является возможность их погружения без использования сложного технологического оборудования. Недостатком конструкций фундаментов из опускных колодцев является значительный объем кладки и трудности, возникающие при опускании их в грунт с включениями валунов, скальных прослоек, топляков и т.п. Устранение таких препятствий требует откачки воды из внутренней полости колодца и механической разработки грунта. Трудности, связанные с необходимостью осушения опускного колодца, возникают и при его посадке на скальный грунт, поверхность которого не бывает строго горизонтальной и нуждается в планировке для возможности опирания на него колодца по периметру.