книги / Механика грунтов, основания и фундаменты.-1

грунта под водой невозможна из-за наличия в грунте твердых включений.

Кессон схематически представляет собой опрокинутый вверх днищем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давле­ ниемнагнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление гру­ нтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникать в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведется насу­ хо без водоотлива.

По сравнению с опускными колодцами кессонный способ устройства фундаментов и подземных сооружений является более дорогостоящим и сложным, поскольку требует специального обо­ рудования (компрессоры, шлюзовые аппараты, шахтные трубы ит. д.). Кроме того, этот способ связан с пребыванием людей в зоне повышенного давления воздуха, уравновешивающего гидростати­ ческий напор воды, что приводит к снижению производительности труда, значительно сокращает продолжительность рабочих смен (до 2 ч при избыточном давлении 350...400 кПа) и ограничивает глубину погружения кессонов до 35...40 м ниже уровня подземных вод, поскольку максимальное добавочное давление, которое может выдержать человек, составляет 400 кПа.

В связи с вышесказанным кессоны применяют значительно реже других типов фундаментов глубокого заложения.

Конструкция кессонов и оборудование для их опускания. Кессон состоит из двух основных частей: кессонной камеры и надкессонвого строения (рис. 13.9).

Кессонная камера, высота которой по санитарным нормам при­ нимается не менее 2,2 м, выполняется из железобетона и состоит из потолка и стен, называемых консолями. Консоли камеры с внутрен­ ней стороны имеют наклон и заканчиваются ножбм. Толщина консолей в месте примыкания к потолку составляет 1,5...2 м, шири­ на банкетки принимается равной 25 см. Конструкция ножа кессона такая же, как и опускного колодца.

Для изготовления кессонных камер применяют бетон класса не менее В35, а их армирование ведется на усилия, возникаю­ щие в процессе возведения кессона. При бетонировании кессонной камеры в ее потолке оставляют отверстия для установки шахтной трубы, труб сжатого воздуха и воды, а также подводки электро­ энергии.

Надкессонное строение в зависимости от назначения кессона выполняется либо как колодец с железобетонными стенками (под заглубленные помещения), либо в виде сплошного массива из мо­ нолитного бетона или железобетона (для фундаментов глубокого заложения). Если надкессонное строение выполняется под заглуб­ ленное помещение, то на его наружные стены наносится гидроизо­ ляция для защиты кессона от проникновения в него воды.

391

Как и в случае опускных ; колодцев, надкессоыное стро-' ение возводят или сразу на , всю проектную высоту, или же ярусами по мере погру-

вания людей и грузов при их спуске в кессонную камеру и при подъеме из нее. Процесс шлюзования и вышлюзовывания рабочих происходит следующим образом. Рабочий входит в пассажирский прикамерок шлюза, где давление постепенно повышается от атмос­ ферного до имеющегося в рабочей камере. На этот процесс затра­ чивается, как правило, от 5 до 15 мин, что необходимо для адап­ тации организма человека к условиям повышенного давления, после чего по шахтной трубе рабочий опускается в рабочую камеру кессона. Выход из рабочей камеры кессона осуществляется в обрат­ ной последовательности, но при этом на снижение давления воздуха в пассажирском првхамерке шлюза до уровня атмосферного требу­ ется в 3...3,5 раза больше времени, чем на переход от атмосферного давления к повышенному. Здесь необходимо проявлять особую осторожность, поскольку быстрый переход от повышенного давле­ ния к атмосферному может быть причиной так называемой кессон­ ной болезни.

Для обеспечения нормальных условий работы рабочая камера и шлюзовой аппарат обеспечивают электроосвещением, телефонной связью, системой звуковых и световых сигналов.

Производство кессонных работ. Последовательность производст­ ва работ при строительстве кессонов такая же, как и при строитель­ стве опускных колодцев.

Сначала на спланированной ■поверхности грунта или на дне пионерного котлована возводится кессонная камера, на которой монтируются шлюзовой аппарат и шахтные трубы. Одновременно вблизи кессона сооружается компрессорная станция и монтируется оборудование для подачи в кессон сжатого воздуха..

После того как бетон кессонной камеры приобретет проектную прочность, ее снимают с подкладок и начинают погружение. Сжа-

392

тый воздух начинают подавать в кессонную камеру, как только ее нижняя часть достигнет уровня подземных вод. Давление воздуха, обеспечивающее отжим воды из камеры кессона, определяется из условия

гдеръ— избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха, кПа; Hw— гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м; у*1— удельный вес воды, кН/м3.

По мере погружения кессона в грунт наращивают шахтные трубы, если это необходимо, и возводят надкессонную часть соору­ жения.

После опускания кессона на проектную глубину все специальное оборудование демонтируется, а рабочая камера заполняется бето­ ном.

Грунт в камере кессона разрабатывается ручным или гидромеха­ ническим способом.

Ручная разработка грунта применяется при погружении кессонов в породы, не поддающиеся размыву (плотные глинистые, скальные грунты и т. п.). В этих случаях грунт разрабатывается ручным механизированным инструментом (отбойные молотки, пневмобу­ ры), а разрушение скальных пород и дробление валунов произ­ водится взрывным способом мелкими шпуровыми зарядами. Раз­ работанный грунт грузится в бадьи, подвешенные к смонтирован­ ному на потолке камеры монорельсу, и подается к шахтному отвер­ стию.

При разработке грунта следят за равномерным погружением кессона. Если замечают перекосы и крены, то замедляют разработ­ ку грунта с одной стороны кессона и усиливают с противополож­ ной.

Если после разработки грунта кессон не опускается, то его либо пригружают, либо применяют форсированную посадку. Форсиро­ ванная посадка достигается снижением давления воздуха в рабочей камере, вследствие чего падает направленное вверх давление на ее потолок, сопротивление кессона погружению в грунт резко умень­ шается и он быстро опускается на глубину выработки.

Правилами производства кессонных работ форсированную по­ садку кессона разрешается производить на глубину не более 0,5 м при снижении давления воздуха не более чем на 50%. Пребы­ вание людей в кессоне при форсированной посадке запрещается.

Если существует опасность самопроизвольного опускания кес­ сона (при слабых грунтах или значительном весе кессона), то под потолок его камеры подводят шпальные клетки. После того как опасность самопроизвольного опускания кессона минует, шпальные клетки разбирают.

393

Гидромеханическая разработка грунта применяется при погру­ жении кессона в грунта, поддающиеся размыву (песчаные, супесча­ ные, песчано-гравелистые). Разработка грунта производится гидро­ мониторами, а разжиженная масса (пульпа) удаляется из камеры гидроэлеваторами или эжекторами.

Гидромониторы и гидроэлеваторы могут работать по заданной программе, что позволяет сократить до минимума число рабочих, находящихся в кессонной камере под давлением сжатого воздуха. Имеется опьгг разработки грунта в кессонной камере вообще без присутствия в ней рабочих, когда все управление гидромеханиз­ мами выносится за ее пределы. Такой способ опускания кессонов называется слепым.

Расчет кессонов производится аналогично расчету опускных ко­ лодцев, но с учетом специфики их погружения и конструктивных особенностей. Так, при расчете кессонов на погружение к нагрузкам, действующим на обыкновенный опускной колодец, добавляется давление сжатого воздуха на потолок кессонной камеры, а расчет прочности кессона сводится в основном к расчету конструкции его кессонной камеры, на которую в процессе ее изготовления и погру­ жения действуют следующие нагрузки: собственный вес кессонной камеры; горизонтальное давление грунта и воды снаружи; силы трения о грунт; реактивное давление грунта на ножевую часть консоли; вес надкессонной кладки; давление сжатого воздуха на потолок и консоли кессонной камеры.

По полученным в результате расчета усилиям проверяют про­ чность и трещиностойкость кессона как железобетонной конструк-

13.3. Тонкостенные оболочки н буровые опоры

Тонкостенные оболочки из сборных железобетонных элементов индустриального изготовления начали широко применять при воз­ ведении фундаментов глубокого заложения с появлением мощных вибропогружателей, позволяющих погружать в грунт элементы бо­ льших размеров.

Тонкостенная оболочка представляет собой пустотелый цилиндр из обычного или предварительно напряженного железобетона.

Оболочки выпускаются секциями длиной от 6 до 12 м и наруж­ ным диаметром от 1 до 3 м. Длина секций кратна 1 м, толщина стенок составляет 12 см. На рис. 13.10 в качестве примера показана секция оболочки диаметром 1,6 м.

На строительной площадке секции оболочки или предваритель­ но укрупняются, или наращиваются в процессе погружения с помо­ щью специальных стыковых устройств. Анализ накопленного опы­ та показал, что наилучшими типами стыков являются сварной,

394

2 1 Т*

Ряс. 13.10. Конструкция типовой оболочки диаметром 1,6 м

применяемый для предварительной сборки на строительной пло­ щадке, и фланцевый на болтах, используемый для наращивания оболочек в процессе погружения (рис. 13.11).

Погружение оболочек в грунт осуществляется, как правило, вибропогружателями. Для облегчения погружения, а также для предотвращения разрушения оболочки при встрече с твердыми включениями конец нижней секции снабжается ножом.

Для повышения сопротивления оболочки действию значитель­ ных по величине внешних усилий обычно ее полость после пог­ ружения до заданной глубины заполняется бетоном. При пог­ ружении в песчаные грунты внизу оставляют уплотненное песчаное ядро высотой не менее 2 м (рис. 13.12, а). Благодаря этому сохраня­ ется естественная плотность песчаного грунта в основании оболоч­ ки, что обеспечивает лучшее использование его несущей способ­

395

достаточной прочностью для их ви­ бропогружения в труднопроходимые грунты, характеризуемые включени­ ями галечника и валунов (что на практике создавало серьезные труд­ ности при погружении обычных обо­ лочек и не раз приводило к их раз­ рушению), и не требуют обязатель­ ного последующего заполнения бе­ тоном по крайней мере на полную высоту. Применение таких оболочек значительно сокращает объем бе­ тонных работ, производимых на строительной площадке.

Разновидностью усиленных обо­ лочек являются оболочки с несущей диафрагмой. Диафрагма устраива­ ется в нижней секции оболочки на высоте одного-двух ее диаметров и имеет центральное отверстие для извлечения грунта из ее полости при погружении (рис. 13.12, б). После по­ садки диафрагмы на грунт на по­ следнем этапе погружения отверстие, заливают бетоном. Такие оболочки предназначаются для фундаментов, устраиваемых в песчаных и песчано­ гравийных грунтах без включения валунов.

Если оболочка погружается до скальных грунтов, то ее нижний ко­ нец, как правило, заделывается в скалу. Для этого в скальной поро­ де через оболочку бурят скважину диаметром, равным внутреннему диаметру оболочки, и после уста­

новки арматурного каркаса скважину и оболочку заливают бетоном (рис. 13.12, в).

В нескальных грунтах увеличение несущей способности оболоч­ ки по грунту достигается устройством внизу уширенной пяты. Полость для уширенной пяты делают либо разбуриванием, ли­ бо камуфлетным взрывом с последующим заполнением ее бетон­ ной смесью (рис. 13.12, г). Практика показала, что устройство уширений наиболее целесообразно в глинистых грунтах средней прочности.

396

Оболочки, заделанные в скалу и л и имеющие внизу упшрение, обладают значительной несущей способностью (10 МН и более), поэтому обязательно заполняются бетоном на всю высоту. Ис­ ключение составляют только усиленные оболочки, где иногда мож­ но ограничиться-устройством только нижней бетонной пробки.

Тонкостенные оболочки из сборных железобетонных элементов обладают рядом достоинств, позволяющих им во многих случаях успешно конкурировать с другими типами фундаментов глубокого заложения. Прежде всего надо отметить индустриальность их изго­ товления, высокую сборность и механизацию всех работ, что позво­ ляет значительно сократить сроки строительства и уменьшить тру­ доемкость возведения фундаментов. Кроме того, применение обо­ лочек позволяет лучше использовать прочностные свойства матери­ ала фундамента. Так, если при опускных колодцах и кессонах прочностные свойства материала фундамента используются на 10...15%, то в оболочках — на 40...60%. Особенно экономичными являются оболочки, заделанные основанием в скальные грунты, когда их материал может быть использован практически полно­ стью.

Наиболее рационально тонкостенные оболочки применять при больших вертикальных и горизонтальных нагрузках. Такие сочета­ ния нагрузок наиболее характерны для мостов, гидротехнических и портовых сооружений.

Буровые опоры представляют собой бетонные столбы, которые возводят путем укладки бетонной смеси в предварительно пробу­ ренные скважины. Укладка бетонной смеси производится под защи­ той либо глинистого раствора, либо обсадных труб, извлекаемых при бетонировании.

Технология устройства буровых опор та же, что и буронабивных свай (см. § 11.1), т. е., по существу, они представляют собой буронабивные сваи большого диаметра (более 80 см).

Нижние концы буровых опор обязательно доводят до плотных грунтов, поэтому они работают как стойки. Иногда их делают с уширенной пятой. При необходимости буровые опоры армируют­ ся, цо, как правило, только на участках сопряжений со скальной породой и с ростверком.

Буровые опоры обладают значительной несущей способностью (10 МН и более) и рассчитываются как сваи-стойки, изготовленные в грунте.

13.4. «Стена в грунте»

Способ «стена в грунте» предназначен для устройства фун­ даментов и заглубленных в грунт сооружений различного назначе­ ния. Способ заключается в том, что сначала по контуру будущего

397

сооружения в грунте отрывается узкая глубокая траншея, которая затем заполняется бетонной смесью или сборными железобетон­ ными элементами. Возведенная таким образом стена может слу­ жить конструктивным элементом фундамента, ограждением кот­ лована или стеной заглубленного помещения.

Способ «стена в грунте» используется при возведении фундамен­ тов под тяжелые здания и сооружения, подземных частей и конст­ рукций промышленных и гражданских зданий, строительстве под­ земных гаражей, переходов и развязок на автомобильных дорогах, водопроводно-канализационных инженерных сооружений.

Помимо фундаментов и указанных конструкций способом «сте­ на в грунте» можно устраивать противофильтрационные завесы, заполняя траншею противофильтрационными материалами.

Устройство «стены в грунте» наиболее целесообразно в водона­ сыщенных грунтах при высоком уровне подземных вод. Способ особенно эффективен при заглублении стен в водоупорные грунты, что позволяет полностью отказаться от водоотлива или глубинного водопонижения, а также от выполнения таких строительных работ, как забивка шпунта, замораживание и т. п. для крепления стен глубоких котлованов.

Существенным достоинством этого способа является возмож­ ность устройства глубоких котлованов и заглубленных помещений вблизи существующих зданий и сооружений без нарушения их устойчивости, что особенно важно при строительстве в стесненных условиях, а также при реконструкции сооружений.

Некоторые примеры использования способа «стена в грунте» показаны на рис. 13.13.

Технология устройства «стены в грунте». Сооружение стены в грунте начинается с устройства сборной или монолитной форшахты. Форшахта служит направляющей для землеройных машин, опорой для подвешивания армокаркасов, бетонолитных труб, сбор­ ных железобетонных панелей и т. п. и обеспечивает устойчивость стенок в верхней части. Форшахту обычно устраивают в траншее, отрытой по контуру будущей стены на глубину 0,7...0,8 м, внутрен­ нее расстояние между стенками форшахты принимают на 10...15 см больше ширины траншеи. При высоком уровне подземных вод форшахту устраивают на подсыпке из песчаного грунта.

После устройства форшахты приступают к отрывке траншеи. Отрывку ведут отдельными захватками длиной 4...6 м. Откопав первую захватку на всю глубину стены (до 30...50 м), по ее торцам устанавливают ограничители из стальных труб или железобетонных столбов, арматурные сетки и методом вертикально перемещающей­ ся трубы (ВПТ) укладывают бетонную -смесь. Затем переходят к захватке «через одну», а после ее устройства — к промежуточной и т. д., в результате чего получается сплошная стена (рис. 13.14).

398

0)

длину захватки. Более удобны штанговые грейферы, внедряемые

вгрунт под значительным усилием.

Вмеханизмах непрерывного действия грунт разрабатывается вращающимися фрезами, перемешивается с глинистым раствором и в виде пульпы эрлифтом выдается на поверхность. Оборудование

непрерывного действия более производительное, но и более слож­ ное и дорогое в эксплуатации.

Наряду с монолитным бетоном формирование стены в грунте можно осуществлять заполнением секций траншей сборными желе­ зобетонными панелями. Для удобства монтажа толщина панелей принимается на 6...10 см меньше ширины траншеи, а образовавши­ еся зазоры заполняют специальным цементно-песчаным или цемен­ тно-глинистым тампонажным раствором. Тампонажный раствор во

400