Лекция 1 – 03.10.12

Фундаменты глубокого заложения, область применения. Опускные колодцы. Оболочки. Устройство фундаментов методом «стена в грунте». Водоструйная технология. Кессоны.

Фундаментами глубокого заложения– фундаменты, у которых глубина погружения их подошв в несколько раз превосходит размеры в плане.

Фундаменты глубокого заложения устраивают не в открытом котловане, а на поверхности грунта. Их сооружение направленно на сохранность структуры грунтов в основании и передачу больших давлений на плотные грунты.

К фундаментам глубокого заложения относятся:

- опускные колодцы

- фундаменты из оболочек и оболочки, сваи-оболочки

- фундамента без оболочек

- опоры глубокого заложения (столбы)

- кессоны

Опускные колодцы

Идея опускного колодца заключается в следующем. На поверхности грунта вначале устраивают кладку колодца на некоторую высоту. Затем внутри начинают разрабатывать грунт, подкапывая его под стенками колодца и извлекая с помощью землеройных механизмов. Колодец, утрачивая опору, опускается под действием собственного веса, до тех пор, пока не будет пройдена вся толща слабых грунтов, и он не достигнет проектной отметки заложения опоры. В процессе опускания кладку стенок колодца непрерывно наращивают.

Опускной колодец– конструкция, которая в период погружения состоит из стен, а после погружения внутренняя часть заполняется бетонной смесью.

Рис 1.1

Опускные колодцы применяют для устройства фундаментов мостовых опор, ?дамб?? в причальных сооружениях, набережных, под доменные печи, при строительстве канализационных насосных станций, под оборудование в стесненных условиях.

Обычно применяют на местности, покрытой водой, при высоком уровне подземных вод и при наличии текучих грунтов.

По форме в планеопускные колодцы бывают круглые, квадратные, эллиптические, прямоугольные, ячеистые.

Рис 1.2

Наиболее целесообразной является круглая форма. В этом случае стенки колодца лучше воспринимают давление от окружающего грунта, и обеспечивается возможность равномерной подработки под стенками при опускании.

Квадратная или прямоугольная форма – в стенках возникают растягивающие напряжения, поэтому они выполняются из железобетона.

По форме продольного сечения:

- в стенке с постоянным сечением

Рис 1.3

Тиксотропия– способность глинистого раствора загустевать в спокойном состоянии и становится жидким при перемешивании.

Тиксотропная рубашка– щель, заполненная раствором бентонитовой глины.

Бентонит– коллоидная глина, состоящая в основном из минералов группы монтмориллонита. Используют для приготовления буровых растворов, как отбеливающую глину, как связующий материал.

Связность (прочность) грунта, зависящая от толщины слоя рыхлосвязанной воды может резко снижаться при нарушении определённого расположения молекул воды и частиц (например, при динамических воздействиях или перемятии). Со временем возможно восстановление прочности – явление тиксотропии.

Рис 1.4

Последовательность проектирования опускных колодцев:

1. Выбирается тип колодца – гравитационные (тяжелые) или облегченные (тонкостенные) и способ погружения.

Рис 1.5 – схема нагрузок, действующих на опускной колодец во время его погружения.

– давление грунта или раствора тиксотропной глины на данной глубине с учетом коэффициента надежности по ???.

–давление грунта на стенки колодца

–реактивное давление грунта на его нож

–собственный вес колодца

Вес колодца Qдолжен превышать сумму сил трения, развивающихся по его наружной боковой поверхности.

Напряжение сжатия у внутренней боковой поверхности находится по формуле Ляме:

Где Rиr– наружный и внутренний радиус опускного колодца.

2. Выбирается класс бетона и тип арматуры

3. Назначаются габаритные размеры колодца в плане и по высоте

4. Для гравитационных колодцев назначается толщина стен (для облегченных – рассчитывается). Если задаться величиной , то (для облегченных):

5. Выбирается марка вибропогружателей и их количество

6. Производится расчет днища колодца на реактивное давление грунта и гидростатическое давление воды

7. Проверяется прочность стенок колодца при его возможном зависании в процессе погружения. (Колодец армируют вертикальными стержнями из расчета зависания нижней трети колодца).

8. Проверяется ножевая часть колодца (Е_knдействует на нож колодца как консоль)

9. Проверяется достаточность толщины бетонной подушки, жб плиты днища с точки зрения прочности.

Если опускной колодец служит для понижения уровня подземных вод, то производится проверка на всплытие.

Если она не выполняется, разрабатываются меры по пригрузке, анкеровке колодца.

Лекция 2 – 11.10.12

Опускные колодцы погружаются под действием собственного веса, поэтому их стенки выполняют значительно толще, чем требуется по расчету на прочность. В связи с этим возникла идея принудительного погружения колодцев. Такие конструкции приобрели новое качество – тонкие стенки. Их называют оболочкамиили при наружном диаметре 0,8...1,6 м –сваями-оболочками.

Рис 2.1

- толщина стенок

Оболочка– это железобетонная труба диаметром от 0,8 до 3м.

Оболочки погружаются в грунт мощными вибромолотами, низкочастотными вибропогружателями, вдавливанием или ввинчиванием (в рыхлые или илистые грунты).

Под действием вибрации оболочка врезается в грунт, нижнее звено оболочки снабжается ножом. Из неё извлекают грунт. После погружения одного звена оболочку наращивают. Звенья оболочки, имеющие фланцы, соединяют на болтах или жестко на сварке. Армирование двойное из двух трубок, соединяемых болтовыми стержнями. Для изготовления оболочек используется бетон класса не ниже В40.

Рис 2.2

Фланец(Flansch– нем.) – соединительная часть труб, арматуры, резервуаров, валов, и др., представляющая собой обычно плоское кольцо или диск с равномерно расположенными отверстиями для прохода болтов или шпилек.

В трубах и резервуарах фланец с уплотнением обеспечивает герметичность внутри полостей.

При достижении скальной породы через оболочку в скале бурят скважину диаметром, равным внутреннему диаметру оболочки, затем скважину и оболочку заполняют бетоном в 2 этапа. Это позволяет заделывать фундамент в скальной породе.

Из забоя оболочки удаляют шлам (под забоем оставляют пробку из грунта высотой h≈2м) и методом подводного бетонирования в оболочку укладывают слой бетонной смеси толщиной 2..5м.

После того, как уложенный бетон наберет необходимую прочность, воду из оболочки откачивают и дальнейшую укладку бетонной смеси (по всему сечению или только у стен с целью их утолщения) выполняют насухо. Оболочки можно погружать на глубину от 30 м и более.

Глубокие опоры (набивные столбы)выполняются аналогично буронабивным сваям или методом«стена в грунте».Их обязательно доводят до плотных грунтов с той целью, чтобы они работали как стойки.

Набивные столбы изготавливают диаметром более 0,8м с извлекаемой оболочкой, или без неё. Иногда их делают с ?уширенной?? пятой, армируют только в верхней части.

Набивные столбы, выполняемые методом «стена в грунте», имеют следующие особенности: для их изготовления в грунте под защитой глинистого раствора устраивают несколько прорезей, образующих в плане крест, двутавр, трилистник, звезду, замкнутый прямоугольник и т.д.

Рис 2.3

Затем эти прорези с помощью бетонолитной вертикально перемещающейся трубы заполняют бетонной смесью. Такие опоры выдерживают нагрузку в тысячи кН, хорошо воспринимают горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.

Для лучшего сопротивления изгибу вертикальныеучастки глубоких опор армируют каркасами, которые выпускают для соединения с надземными конструкциями. Несущую способность глубоких опор оценивают как несущую способность свай, изготовленных соответствующим методом.

Сущность метода «стена в грунте»состоит в том, что в грунте отрывают участок глубокой траншеи шириной 0,5..0,8 м . Для поддержания вертикальности стен траншеи в процессе отрывки её заполняют раствором мелкодисперсной тиксотропной глины (обычно бентонитовой). В пределах полученного участка траншеи бетонируют стену-фундамент подводным способом при помощи бетонолитной вертикально перемещающейся трубы. Трубу поднимают по мере заполнения траншеи бетонной смесью до тех пор, пока участок траншеи полностью не будет забетонирован. В траншею перед бетонированием опускают арматурный каркас, выполненный из арматуры периодического профиля. Иногда стенку выполняют из опускаемых в траншею сборных железобетонных элементов, имеющих выпуски арматуры. Стыки этих элементов бетонируют также с помощью бетонолитной трубы.

Образующаяся «стена в грунте» одновременно может служить креплением стен котлована, стеной подземных этажей и фундаментом.

Если «стена в грунте» служит одновременно и фундаментом, то её доводят до слоя плотного грунта, воспринимающего давление, передаваемое её подошвой и боковыми поверхностями на основание.

В последнее время для изготовления глубоких траншей при устройстве «стены в грунте» стали применять водоструйную (струйную) технологию. Её сущность заключается в том, что горизонтально направленная струя воды под давлением до 10 МПа размывает грунт, образуя требуемую щель, которая затем заполняется бетоном.

Лекция 3 – 17.10.12

Сущность устройства фундаментов с помощью кессоназаключается в отжатии подземных вод от места разработки грунта сжатым воздухом. Для этого на месте устройства фундамента делают кессон – большой ящик, перевернутый вверх дном. Кессон образует рабочую камеру, в которую могут спускаться рабочие и инженерный персонал. В рабочей камере по мере её погружения в грунт до 0,2 МПа повышают давление воздуха. Это давление уравновешивает давление подземных вод на данной глубине.

Над рабочей (кессонной) камерой делают шахту, на которую сверху устанавливают шлюзовой аппарат. Все эти устройства герметизируют.

Рис 2.4

Через прикамерок рабочие входят в шлюз, где давление постепенно повышают до имеющегося в рабочей камере. Через 5-15 мин человеческий организм приспосабливается к условиям повышенного давления. Длительность пребывания людей, при повышенном давлении воздуха, строго ограничено требованиями техники безопасности. Выход через шлюз требует примерно в 3-3,5 раза больше времени, чем вход.

Из-за ограничения максимального давления кессон можно опустить на глубину не более 35-40 м. Работы по возведению фундаментов кессонным методом очень дорогие. Их применяют при наличии в грунте крупных включений или при необходимости опирания фундамента на неровную поверхность скалы.

Для разработки грунта применяют гидромониторы, а для удаления его на поверхность - эрлифты.

После опускания кессона на проектную глубину рабочую камеру заполняют бетоном.

На кессон, кроме нагрузок, действующих на опускные колодцы, оказывает воздействие вес кладки и давление сжатого воздуха.

Условные обозначения: