Тема 5. Технология производства работ по сооружению фундаментов.
Лекция № 13.
Сооружение фундаментов мелкого заложения. Геодезические и разбивочные работы. Устройство котлованов и крепление их стен. Водоотвод. Земляные работы по разработке котлованов. Подводное бетонирование. Возведение фундаментов. Освидетельствование и приемка работ.
Сооружение фундаментов мелкого заложения. Геодезические и разбивочные работы
Работы по разбивке на местности фундаментов включают закрепление на строительной площадке осей сооружения, контуров котлованов и их ограждений, контуров фундаментов, фиксирование вертикальных отметок характерных элементов фундаментов. В связи с этим различают горизонтальную и вертикальную разбивки.
Горизонтальная разбивка сводится к закреплению (фиксированию) продольной оси моста и поперечных осей фундаментов каждой опоры с помощью четырех створных столбиков, установленных соответственно на берегах реки и с верхней и низовой сторон каждой опоры (рис. 13.1). При горизонтальной разбивке применяют методы угломерной съемки, которые изучают в курсе геодезии.
Для закрепления положения осей фундамента, его контуров, границ котлована и креплений устаивают обноску, представляющую собой ряд опорных линий, вынесенных за пределы котлована, которые позволяют в любой момент выполнения работ восстановить правильное положение осей фундамента и его границы в плане (рис. 13.2).
Рис. 13.1. Схема закрепления осей фундаментов моста: 1 - створные столбики; 2 - фундамент устоя; 3 - продольная ось моста; 4 - ось опоры; 5 - фундаменты промежуточных опор
Рис. 13.2. Схема устройства обноски: 1 - фундамент; 2 - ограждение котлована; 3 - доски обноски; 4 - столбики
Если фундаменты предстоит сооружать в пределах акватории, то разбивку осей опор выполняют методом триангуляции (засечек) с базисов, расположенных на берегах.
Вертикальную разбивку производят при помощи нивелировки. Для привязки объекта к геодезической сети на месте строительства устраивают один или несколько основных реперов. Абсолютная отметка основания репера должна быть установлена особенно тщательно - путем многократной нивелировки от ближайшего постоянного репера. Помимо основного репера, для устройства работ при значительных размерах сооружения в плане устраивают ряд вспомогательных реперов.
Устройство котлованов и крепление их стен. Водоотвод. Земляные работы по разработке котлованов. Подводное бетонирование
При возведении фундаментов, устраивают следующие виды котлованов:
без креплений;
с закладным креплением;
со шпунтовым креплением.
В зависимости от свойств грунтов, степени насыщения их водой и глубины заложения фундаментов котлованы на суше разрабатывают без креплений или с укреплением их стен закладным или шпунтовым креплением (рис. 13.3). В пределах акваторий для ограждения котлованов используют шпунтовые перемычки или перемычки с применением инвентарных понтонов типа КС (рис. 13.4-13.6).
В практике строительства фундаментов опор мостов наиболее часто устраивают котлованы с вертикальными стенами и креплением, что позволяет уменьшить объемы земляных работ, размывов грунтов у фундаментов, обеспечить их большую заделку в грунтах, и уменьшить приток воды в котлованы. Наиболее распространены в строительной практике закладные и шпунтовые крепления.
Рис. 13.3. Виды котлованов на суше: а - без креплений; б - с закладным креплением; в - со шпунтовым креплением; 1 - контур котлована; 2 - очертание фундамента; 3 - удаленный из котлована грунт или механизм (кран, бетономешалка и т.п.); 4 - стойки; 5 - распорки; 6 - закладные доски; 7 - шпунт
Рис. 13.4. Схемы шпунтовых перемычек: а - однорядный из деревянного шпунта с грунтовой обсыпкой; б - двухрядный из деревянного шпунта с грунтовой засыпкой; в - из стального шпунта; 1 - шпунт; 2 - обвязка; 3 - распорное крепление
Рис. 13.5. Шпунтовые ограждения: а - поперечное сечение деревянного шпунта; б - деревянное шпунтовое ограждение (стрелкой показано направление забивки); в - профили металлических шпунтин; г - металлическое шпунтовое ограждение; 1 - маячная свая; 2 - направляющие для забивки шпунта; 3 - временные деревянные прокладки; 4 - деревянные шпунтовые сваи; 5 - металлические шпунтины; 6 - поперечная обвязка; 7 - подкос; 8 - продольная обвязка; 9 - распорка
Рис. 13.6. Схема инвентарных перемычек: слева - из щитов и понтонов; справа - из понтонов КС; 1 - щиты; 2 - распорное крепление; 3 - болтовой стык; 4 - оставляемая в грунте часть ограждения; 5 - понтоны закрытой конструкции КС; 6 - водозащитная подушка из бетона, уложенного подводным способом; 7 - фундамент; 8 - тело опоры
Закладные крепления применяют в тех случаях, когда уровень подземных вод расположен ниже дна котлована, или когда предусматривается глубинное водопонижение, например, при помощи иглофильтровых установок.
Шпунтовое ограждение выполняют чаще всего из стальных инвентарных шпунтин с замками (шпунт типа «Ларсен», плоский, корытный, зетовый).
Выбор материала и типа ограждения котлована выполняют на основе результатов технико-экономического обоснования практически осуществимых и экономически целесообразных вариантов ограждения котлована. Ограждение обычно сооружают до начала разработки котлована. Распорные крепления ограждения устанавливают по мере углубления котлована.
При разработке грунта необходимо иметь в виду, что от воздействия грунторазрабатывающих механизмов, а также из-за снятия естественной пригрузки в виде удаляемого грунта происходит разуплотнение верхней зоны несущего пласта. Кроме того, он подвергается замачиванию атмосферными осадками и размораживанию в зимний период времени, поэтому сокращение сроков строительства фундаментов - путь к повышению его качества в результате минимизации влияния вышеуказанных отрицательных факторов.
Фундаменты, возводимые методом «стена в грунте», в ряде случаев являются весьма эффективными, особенно при возведении различных подземных сооружений. Они позволяют сократить сроки строительства, снизить стоимость и трудоемкость этих сооружений, а также расширяют возможности строительства сооружений в стесненных условиях.
«Стены в грунте» возводят непосредственно на месте строительства, для чего специальным оборудованием разрабатывают под защитой глинистого раствора траншеи, которые затем бетонируют методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ), либо заполняют сборными бетонными или железобетонными элементами, вертикальные зазоры между которыми заделывают цементно-песчаным или цементно-глинистым раствором. Форма «стен в грунте» и их размеры определяются назначением этих конструкций и применяемым оборудованием. Толщина таких фундаментов колеблется от 0,4 до 1,0 м, а их глубина может достигать 15-20 м.
«Стены в грунте» могут быть устроены различными способами: секущими буровыми сваями; отдельными секциями (захватками), возводимыми через одну; непрерывной разработкой траншеи и заполнением ее бетонной смесью и т.д. (рис. 13.7, 13.8).
Подводную разработку грунтов в котлованах и их удаление производят грейферами, эрлифтами (рис. 13.9) и гидроэлеваторами.
Перед бетонированием фундамента необходимо подготовить его основание. Дно котлована планируют, разжиженные слои глинистых грунтов удаляют. Работы по бетонированию фундаментов производят, как правило, в предварительно осушенном котловане. На подготовленное основание устанавливают опалубку и укладывают бетонную смесь. Если осушить котлован не удается из-за большого поступления воды через грунты основания или при откачке воды возможен наплыв через грунты основания и связанное с ним снижение несущей способности основания, то на дно котлована укладывают подводным способом водозащитную подушку из бетона.
Рис. 13.7. Схемы устройства «стен в грунте»: а - секущимися буровыми сваями; б - отдельными секциями (захватками); 1-4 - последовательность работ
Рис. 13.8. Последовательность устройства фундаментов методом «стена в грунте»: а - разработка траншеи, заполняемой глинистым раствором; б - опускание арматурного каркаса; в - бетонирование методом ВПТ; 1- подача глинистого раствора; 2 - подача бетонной смеси; 3 - откачка глинистого раствора
Рис. 13.9. Схемы разработки грунта из огражденного котлована: а - грейфером на суше; б - грейфером, установленном на плашкоуте; в - эрлифтом при затопленном котловане; 1 - кран; 2 - котлован; 3 - грейфер; 4 - плашкоут; 5 - направление движения пульпы; 6 - направление движения сжатого воздуха; 7 - компрессор; 8 - эрлифт
В отечественной практике строительства мостов и гидротехнических сооружений наиболее распространенным является метод вертикально перемещаемой трубы (ВПТ), обеспечивающий высокую производительность и хорошее качество бетона. Сущность этого метода заключается в использовании трубы диаметром 20-30 см для подачи бетонной смеси к месту укладки через толщу воды в условиях, исключающих воздействие воды на смесь. Только поверхность первой порции, вышедшей из трубы, соприкасается с водой, вся же остальная смесь, поступающая через заглубленный в бетонную смесь конец трубы, воды не касается. По мере укладки бетонной смеси трубу перемещают вертикально вверх, оставляя нижний ее конец постоянно заглубленным в смесь. При выполнении работ следует обращать внимание на обеспечение прочности и монолитности слоя бетона, для чего необходимо придавать смеси подвижность и связанность.
Работы по подводному бетонированию включают следующие основные операции: установку бетонолитной трубы; заполнение трубы бетонной смесью; укладку смеси с интенсивностью не менее допустимой; освобождение трубы от смеси по окончании бетонирования.
Для первоначального заполнения трубы смесью в горловине (устье) бункера подвешивают пробку на подвеске и заполняют бункер бетонной смесью (рис. 13.10, а). Затем трубу приподнимают над дном котлована на высоту, при которой обеспечивается выход пробки (рис. 13.10, б), и освобождают пробку от закрепления (рис. 13.10, в). В процессе бетонирования заполнение трубы бетонной смесью должно осуществляться без продолжительных перерывов с регулированием интенсивности вытекания смеси путем изменения скорости подъема трубы. При этом низ трубы должен быть заглублен в смесь так, чтобы уровень бетонной смеси не был ниже уровня воды в котловане (рис. 13.10, г). При установившемся режиме бетонирования средняя скорость подъема трубы соответствует интенсивности подъема уровня уложенной бетонной смеси.
Рис. 13.10. Последовательность операций по подводной укладке бетонной смеси методом ВПТ: 1 - бетонолитная труба; 2 - «пробка»
После возведения фундамента на суше пазухи между ним и стенами котлована заполняют грунтом, укладываемым послойно с трамбованием. Оставленные на продолжительное время открытые пазухи могут стать причиной увлажнения грунта поверхностными водами и уменьшить его несущую способность. Перед обратной засыпкой разбирают крепления, если проектом не предусмотрено оставлять их в грунте.