1Х.4. Проверка несущей способности фундаментов и перемещений опор

Проверка несущей способности свай по грунту. Полученная в ре­зультате расчета фундамента осевая сжимающая нагрузка на сваю, сваю-оболочку или сваю-столб должна удовлетворять условию

их Лпах + О < Ф= Р₀, (IX.46)

где Рв — расчетная допускаемая нагрузка на сваю, тс;

Ртах — наибольшая сжимающая нагрузка на сваю в уровне подошвы плиты фундамента, тс; О — вес сваи с учетом взвешивания в воде, тс;

Ф— несущая способность сваи по грунту (см. п. УШ.2, УШ.З), тс; к_в — коэффициент надежности; т — коэффициент условия работы.

Для мостов, если сваи опираются на нескальный грунт и плита фундамента не заглублена в грунт, коэффициент надежности к_в принимают в зависимости от числа свай в фундаменте:

Число свай в фундамен-

Кв

1—5 6—10 11—20 >20 1,75 1,65 1,6 1,4

При опирании свай на скальное основание, а также при плите, заглубленной в грунт в любых грунтовых условиях, коэффициент надежности к_н=1,4.

При расчетах фундамента на основные сочетания нагрузок ко­эффициент условия работы т—\. При расчетах на остальные со­четания нагрузок в сваях, опертых на нескальные грунты, коэффи­циент условия работы принимается по табл. 1Х.7 в зависимости от плоской схемы фундамента и отношения

Пщ = Рт\п '• *тах

где Р_т\п — усилие в наименее нагруженной свае фундамента (при растяжении со знаком минус); Ргая-% — усилия в наиболее нагруженной свае фундамента из числа свайных рядов п_г, расположенных в плоскости перпендикулярной к плоскости действия внешних сил.

Усилия Р_Шп и Ртах соответствуют одному и тому же сочетанию нагрузок.

Таблица 1Х.7

	Фундаменты с вертикальными сваями			Фундаменты с наклонными сваями
	Число рядов в фундаменте
N	4 5-7 >8 | 5-7				>ъ
	Коэффициент условия работы т
и,у<0,1 0,1<плг<0,3 Пдг>0,3	1,1 1.1 1,1	1,15 1,15 1,1	1,2 1,15 1,1	1,1 1,1 1,1	1,15 1,1 1,1

Примечания. 1. Плоскую схему фундамента получают, проектируя сваи на плос­кость действия внешних сил.

2. Для случаев, не охваченных таблицей, нужно принимать я»=1.

280

281

Если в свае (оболочке или столбе) возникают растягивающие усилия, то-сваю проверяют на выдергивание по формуле

т |Лпш| —С<—Ф_в. (IX. 47)

лг_н

где Ф_в — несущая способность сваи на выдергивание по формуле (УШ.Э);

к_ш — коэффициент надежности, принимаемый при любых грунтах и положе­ниях плиты фундамента в зависимости только от числа свай в фунда­менте согласно формуле (1Х.46), но не менее к_н=2 при расчетах на! основные сочетания нагрузок; т — коэффициент условия работы, принимаемый равным 1. При постоянных нагрузках работа свай на выдергивание не до­пускается.

Кроме проверки работы сваи на продольные осевые усилия не­обходимо проверить прочность (устойчивость) грунта, окружаю­щего сваю, на действие горизонтальных давлений, передаваемых' сваей. Эта проверка необходима для любых свай, за исключением' свай толщиной <^0,6 м, погруженных в грунт на глубину более, 10 й. Приближенно сопротивление грунта в горизонтальном направ­лении может быть принято равным разности в рассматриваемом уровне пассивного и активного давления грунта, определяемых по теории Кулона. Исходя из этого горизонтальное давление должно удовлетворять условию

4 °г < 1112 (VI* 18 Ч?1 + 5^С1> (IX.48)

С05 <?!

Л/_п + А4_вР

при 12= — —. (IX. 49)

пМ_п + Мвр

где г)1 — коэффициент, равный 0,7 для мостов с распорными пролетными строе­ниями (например, арочными) и равный 1, во всех остальных случаях;

г)2 — коэффициент, учитывающий долю постоянной нагрузки в суммарной;

\>1 — расчетное значение объемного веса грунта с учетом взвешивания в воде, тс/м³;

<Р1 — расчетное значение угла внутреннего трения грунта, град;

ст — расчетное значение сцепления грунта, тс/м²;

Е — коэффициент, равный при забивных сваях и сваях-оболочках 0,6, а при всех остальных видах свай равен 0,3;

Мп — момент от внешних постоянных нагрузок в уровне нижних концов свай, тс-м; -М_вг — то же, от внешних временны^ нагрузок, тс-м;

п — коэффициент, равный 4 при й^2,5 и равный 2,5 при й^5 (для про­межуточных значений к коэффициент п находят по линейной интер­поляции).

Давление а_г вычисляют по формуле (1Х.38а) для г, отсчитывае­мых от поверхности грунта при незаглубленной плите и от подош­вы плиты при заглубленной плите. Неравенство (1Х.48) нужно проверять: при /г=^2,5 на глубинах г — к]д> и г=Н, а при Н>2,5 на глубине г=0,85/а, где а находят по формуле (1Х.5а).

Расчеты показывают, что при /г^=2,5 для свай, опертых на сжи­маемый грунт и при /г5=4 и опирании на несжимаемый грунт мож-' но ограничиться проверкой по формуле (1Х.48) горизон-

282

тальных давлений на глубине 2₀=/го/3 (где /г₀=2,5/а), вычисляя горизонтальное давление на этой глубине по формуле

2(^0 + 500*0) -

где М₀, <Зо — момент и поперечная сила, возникающие в свае на уровне поверх­ности грунта (при 2=0); | — коэффициент, при Л^4 равный 0,7, а при 2,5<й^4 вычисляемый по формуле |=1»5—0,27г.

Если плита фундамента заглублена в грунт, то нужно проверить прочность (устойчивость) грунта, окружающего плиту, по фор­муле

4 а„=дКЙ„ <7_]1-г_{12 Сца<?}-Т^МеТр (IX.51)

где и — горизонтальное перемещение плиты в уровне ее подошвы, м;

К — коэффициент пропорциональности для плиты по табл. IX. 1, тс/м''; Ни — высота части плиты, заглубленной в грунт, м; чь 42 — те же, что в формуле (1Х.48).

При вычислении коэффициента _ч2 по формуле (1Х-49) коэффи­циент п принимают равным 2,5.

Если столб забурен в скалу, то прочность заделки проверяют по формуле (VIII.7), в которой расчетное сопротивление скальной породы

Д=^Ц-^+1,5Ц (1Х.52)

где к_е — коэффициент, учитывающий влияние момента Мн в уровне расчетной заделкн столба на прочность скальной породы. Остальные обозначения — см. формулу (УШ.б).

Коэффициент к_е принимают по графику рис. IX.18 в зависимо­сти от относительного эксцентриситета е\й_э. Эксцентриситет

где Мн, Рн, Ян — момент, продольная и поперечная силы в уровне расчетной заделки столба.

Проверка прочности (трещиностойкости) свай. В общем случае эпюры изгибающих моментов М_х и поперечных сил 0._ъ в сваях, необ­ходимые для расчета свай на прочность (трещиностойкость), на­ходят по формулам (1Х.306) и (1Х.30в). В фундаментах из гибких свай с плитой, расположенной над поверхностью грунта, наиболь­ший изгибающий момент в свае может быть найден по приближен­ной формуле (1Х.27).

Прочность (трещиностойкость) сваи на совместное действие продольной силы и изгибающего момента проверяют по правилам расчета конструкций.

283

3

Рис 1Х.18. График коэффи- Рис. IX.! 9. Расположение расчетных

циента к_е радиальных сечений оболочки

При проверке сваи на продольный изгиб сваю считают жестко, заделанной в сечении, расположенном от подошвы плиты фунда­мента на расстоянии

2

а

где 1о — длина сваи от поверхности грунта до подошвы плиты, м;

а — коэффициент деформации, вычисляемый по формуле (1Х.5а), м.

Если свая забурена в саклу и 2/а>1, где / — глубина погруже­ния сваи в грунт, то принимают и = 1₀+1.

Верхний конец может быть принят жестко заделанным, если перемещения подошвы плиты как вдоль, так и поперек оси моста ограничены сваями, наклонными в обоих направлениях. В этом случае свободная длина сваи при проверке на продольный изгиб. равна 0,5 1\. При отсутствии наклонных свай хотя бы в одном из указанных направлений, а также если перемещениям плиты не препятствуют пролетные строения моста (например, при Катковых опорных частях), верхний конец сваи нужно принять незакреплен­ным и тогда свободная длина сваи будет равна 2 1_Х.

В полых оболочках необходима проверка прочности и трещино-стойкости радиальных сечений. Если из оболочки на глубине г от поверхности грунта двумя горизонтальными сечениями вырезать элемент (кольцо), то действующее на оболочку одностороннее ре­активное горизонтальное давление грунта а_х будет уравновешено касательными силами, возникающими в торцах выделенного эле­мента. В результате стенки выделенного кольца оболочки будут испытывать изгиб и сжатие или растяжение. С точностью, доста­точной для практических целей, можно ограничиться проверкой радиальных сечений (рис. 1Х.19), усилия в которых, отнесенные к 1 м высоты оболочки, находятся по формулам, полученным Г. С. Шпиро:

в сечении 1—/

в сечении 2—2

М₂= ХуУ?сра₂*р> Л^2 = — Х/₂ч₂*р; 284

в сечении 3—3

Мз= — Мз^ср^р. #3 = Мз'г&р ■

Здесь М — изгибающие моменты (положительные моменты растягивают внутренние волокна оболочки), тс-м/м; Л' — нормальные силы (за положительные приняты сжимающие си­лы), тс/м; /, I — коэффициенты, определяемые по графику (рис. 1Х.20) в зависи­мости от параметра

»„ ^ы (Ля

% — коэффициент, учитывающий пространственные условия работы

оболочки; Ох — горизонтальное давление грунта иа глубине г; Ь_р — расчетная ширина оболочки, м; ^_ср — средний радиус поперечного сечения оболочки, м; Е — модуль упругости материала оболочки, тс/м²; А — наружный диаметр оболочки, м; б₀ — толщина стенки оболочки, м;

К — коэффициент пропорциональности коэффициента постели грунта в горизонтальном направлении. Коэффициент К принимают равным 0,75 для сечений, располо­женных выше уровня, где а₂=0, а также для всех сечений, если нижняя часть оболочки заполнена бетоном. Для остальных сечений принимается %—1.

Проверка давлений на грунт по подошве фундамента. Давления на грунт под отдельными сваями накладываются друг на друга и создают суммарное напряженное состояние грунта в уровне ниж­них концов свай — подошве фундамента. Если эти напряжения превзойдут несущую способность грунтов основания, то возможны недопустимые осадки и крены всего фундамента вместе с грунтом, заключенным между сваями. Давления по подошве принято опре^-делять, рассматривая свайный фундамент как условный массивный прямоугольный параллелепипед, очерченный (рис. 1Х.21) контуром аЬсй (аналогично очерчивают контур в плоскости, перпендикуляр­ной к чертежу).

Размеры подошвы условного фундамента будут:

А= а + Мц^; В=Ь-\-НХ^.

Обозначения А, а, К и я]) см. на рис. 1Х.21. Угол

, Уюр

но не более угла наклона к вертикали крайних свай. "Средний угол внутреннего трения

9,с_Р= I •

где <ри — расчетный угол внутреннего трения 1-го слоя грунта;

кх — мощность г-го слоя грунта (сумма распространяется на глубину к по­гружения свай).

285

^

т

Г"

1 ^^*&.

^--4тт

■Ц05 Ю,0Ч5 о,т ,0,035 0,03 0,025 о,ог 0,015 0,01 0,005 0

у

■V. /г

Юл

у1]

У

/,

./

г

У

У

/

-~-'

^

У

2

— "■

<■*

**'-

^

0,05 0,1 0,15 0,2 ,0,25

ю'о!

э с З' с

Л

--■ 1

■ 1

1 о,з 0,35 0,4 0 Ф>

Ч

и> '^

1 1

0 5

Л, 55 1

1 1

т

\

1

1

1 !

_х .

Рис. IX.20. Графики для расчета радиальных сечений оболочек

Фундамент рассматривают а) _с как абсолютно жесткий, трение между его гранями и окружаю­щим грунтом не учитывают. В этих предположениях несущую способность фундамента про­веряют по формулам ':

среднее напряжение на грунт

АВ

наибольшее напряжение на грунт

с_ср=-^_г<Л; (IX.54)

Рис. 1Х.2!. Схема условного свайного

массива:

_а _ при заглубленной плите; б — при плите,

расположенной вне грунта

N АВ

(1Х.55)

< 1,2/?.

+ ■

6А (ЗМ + 2ЯЛ)

^сшах =

В

■ Л4 + ЗА³

Здесь N — суммарное давление в уровне подошвы, включая вес свай и вес грунта в объеме условного фундамента;

Я, М горизонтальная составляющая внешней расчетной нагрузки и ее

момент в уровне расчетной поверхности грунта; /г — глубина заложения подошвы условного фундамента; ^ _ коэффициент пропорциональности горизонтального коэффициента постели грунта (принимается по табл. IX. 1 как для оболочек и столбов); гл.

С_осн _ коэффициент постели грунта в основании фундамента |.см. фор­ мулы (1Х.4)]; ц несущая способность грунтов основания, определяемая по услов­ ным сопротивлениям грунтов [см. формулу (11.9)].

Аналогично проверяют давление на грунт в плоскости, нормаль­ной к чертежу.

Проверка устойчивости на глубинный сдвиг. Свайные фундаме­нты рассчитывают на глубинный сдвиг, так же как и фундаменты мелкого заложения (см. п. 1У.З), по круглоцилиндрическим по­верхностям.

Если цилиндрическая поверхность скольжения пересекает сваи, то запас устойчивости сопротивление свай глубинному сдвигу не

учитывают-

Проверка перемещений фундаментов и опор. Осадки свайных фундаментов находятся по общей методике расчета осадок (см. п. Н.З), рассматривая фундамент как условный массив (см. рис. 1Х.21). Крены фундаментов ограничивают допустимыми горизон­тальными перемещениями подферменных площадок опор.

¹ Формулы получают простыми преобразованиями формул расчета массив­ных фундаментов (см. п. Х.4).

287

/

При фундаментах из гибких свай горизонтальные перемещения . верха опоры

А_г=ы + рА_0П + В_0П. (IX.56)

где и, (3 — горизонтальное и угловое перемещение плиты фундамента; Лоп — расстояние от подошвы плиты до верха опоры;

б₀п — горизонтальные перемещения верха опоры вследствие деформации ее , фундаментной части.

Перемещение боп находят, рассматривая надфундаментную I часть опоры как консоль, заделанную в плиту фундамента.

В фундаментах из свай конечной жесткости (оболочек, стол­бов) с плитой, расположенной выше грунта, нужно к деформациям ' у₀ и ф₀ части сваи, расположенной в грунте, добавлять деформации сваи, накапливающиеся на участке выше поверхности грунта.

1Х.5. НАЗНАЧЕНИЕ СХЕМЫ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

В свайных фундаментах перемещения плиты (а следовательно, и всей опоры) и усилия в сваях в большой степени зависят от распо­ложения свай, их жесткости и углов наклона. Выбирая схему фун­дамента, необходимо обеспечить наиболее экономичную конструк­цию, обладающую достаточной прочностью и жесткостью и удоб­ную в производственном отношении. Для фундаментов- опор мостов эта задача осложняется тем, что на опоры внешние нагрузки дей­ствуют в различных сочетаниях, отличающихся как величиной и направлением сил, так и точками их приложения; при проектиро­вании же необходимо найти такое решение, при котором фунда­мент обеспечивал бы надежность опоры при любых сочетаниях на­грузок.

Выбор наиболее рациональной схемы фундамента решают пу­тем составления ряда вариантов, их сопоставления и анализа. Большое облегчение в этой работе приносят ЭВМ, с помощью которых выполняют весьма трудоемкие арифметические вычи­сления.

При назначении схем фундамента прежде всего необходимо выбрать высотное расположение плиты. В руслах рек, при глубине воды во время производства работ свыше 2—3 м, плиту обычно не заглубляют в грунт. При таком расположении плиты отпадает необходимость в разработке котлована, что значительно упрощает строительные работы.

При глубинах воды более 5 м повышенное расположение плиты нужно считать неизбежным.

На поймах рек и при мелководье плиту, как правило, полностью • или частично заглубляют в грунт, располагая обрез фундамента в зависимости от уровня ледостава, толщины льда и других требо­ваний.

288

При постройке эстакад, путепроводов и других аналогичных сооружений, а также устоев мостов, часто плиты заменяют риге­лем опоры рамной конструкции, стойками которых служат сваи. При небольших пролетах эстакад такое решение наиболее эконо­мично. В городских условиях по архитектурным соображениям пли­ту обычно располагают в грунте.

Следует заметить, что плита, заглубленная в грунт, в значитель­ной степени увеличивает жесткость фундамента и уменьшает уси­лия в сваях от горизонтальных сил и моментов, так как значитель­ную долю этих воздействий плита своими лобовыми гранями непо­средственно передает грунту. Поэтому в фундаментах с заглублен­ной плитой во многих случаях оказывается возможным использо­вать сваи небольшого поперечного сечения. При глубоких размывах дна это достоинство заглубленной плиты, очевидно, теряется.

Анализ вариантов с различным расположением и размерами свай и выбор оптимального решения наиболее просто решается для симметричных плоских схем. С известной осторожностью его можно распространить и на несимметричные и пространственные схемы.

В первом приближении, задаваясь видом свай, число их в фун­даменте мостовой опоры можно определить по формуле

N

п = I,

Ро

где ^ — коэффициент, равный 1,3—1,6;

N — наименьшее вертикальное давление в уровне подошвы плиты;

т. Ро — допускаемая нагрузка на сваю по грунту, равная 0>.

Вид свай и их размеры необходимо согласовывать с напласто­ванием грунтов. Длину свай нужно назначать такой, чтобы они опи­рались по возможности на плотные грунты. Размеры поперечного сечения ствола свай зависят главным образом от уровня располо­жения плиты и плотности верхних слоев грунта: чем больше сво­бодная длина свай и чем меньше плотность грунтов, тем более же­сткими должны быть сваи.

Разместив в плане по подошве плиты полученное число свай и соблюдая при этом нормативные требования, нужно проверить возможность осуществления простейшей схемы с вертикальными сваями. Во многих случаях в опорах автодорожных мостов фунда­менты с вертикальными сваями оказываются вполне приемлемы­ми. Однако когда по условию обеспечения горизонтальной жестко­сти опоры или обеспечения прочности (трещиностойкости) свай на изгиб требуется увеличить число свай, то целесообразно все или часть свай дать наклонными-

Применением наклонных свай можно достичь значительного повышения горизонтальной жесткости опоры и уменьшения изги­бающих моментов в поперечных сечениях свай без увеличения их числа и размеров.

289

т ^г: тш клЛ\:1.:ъ?.г

Рис. 1Х.22. Характерные схемы (/—VI) расположения свай

Фундаменты с наклонными сваями могут иметь разнообразные схемы (рис. 1Х.22). На схемах под каждой из четырех свай следует подразумевать группу свай, оси которых на соответствующую ко­ординатную плоскость проектируются в одну линию. Наметив не­сколько схем, можно определить усилия в сваях по следующим формулам, полученным в предположении шарнирного закрепления концов свай:

положение упругого центра

2*; Б1П В; СОК² В/

с =

2 8Ш2 В; СОБ В;

продольные усилия в сваях

Р1 =

+

N сов В/

М_у9_Р.

2р²

Н_х Б1П В/

Р1

2соб³В_; 2⁸1^п28/^с°5 8/

где М_у' — момент внешних сил относительно упругого центра;

ррг — плечо продольной силы в свае относительно упругого центра.

Схемы должны по возможности обеспечивать простоту произ­водства работ. Исходя из этого нужно иметь возможно меньшее число наклонных свай и минимальное число различных углов их наклона. Оптимальными в этом отношении будут схемы, в которых все сваи погружены с одинаковым уклоном, т. е. схемы I и IV (см. рис. 1Х.22). Достаточно удобна часто применяющаяся схема ТУ с вертикальными и наклонными сваями, расположенными дальше от оси симметрии. Схема ///, в которой вертикальные сваи удалены от оси симметрии ростверка, менее удобна; она возможна только при расположении вертикальных и наклонных свай в разных ря­дах. Наибольшие осложнения при погружении свай могут вызвать схема V, в которой меняются углы наклона, и козловая схема VI; разные углы требуют изменения наклонов стрелы копра, а для погружения свай с наклоном под плиту возникают затруднения в размещении копрового оборудования.

Наклон свай нужно назначать в пределах 3 : 1—8 : 1; в практи­ке освоено погружение свай не положе 3:1. При крутом располо­жении свай (более 8: 1) незначительные отклонения свай от про-

290

ектного положения могут резко отразиться на усилиях в сваях и перемещениях фундамента. Поэтому наклон круга 8 : 1 применять не рекомендуется.

Для анализа статической работы фундаментов с плитой вне грунта А. А. Царьков рекомендует пользоваться так называемыми характерными центрами. Одним из характерных центров является упругий, положение которого определяется выражением (1Х.19). Другим характерным центром служит точка О «нулевых перемеще­ний», расположенная по оси симметрии на расстоянии ф от подош­вы плиты:

^Г«Р

Точка нулевых перемещений обладает тем свойством, что при^-горизонтальной силе, действующей в уровне подошвы плиты, точка О не перемещается и плита поворачивается вокруг оси, проходя­щей через эту точку; если же горизонтальная сила приложена в точке нулевых перемещений, то плита поворачивается вокруг оси, проходящей через центр подошвы плиты.

На основе проведенного исследования А. А. Царьков пришел к выводу, что схемы рациональны, для которых удовлетворяется неравенство 1,1<<7<0,9 #. В этом неравенстве д—М_у1Н_х — расстоя­ние от подошвы плиты до силы Н_х.

На положение упругого центра и точки нулевых перемещений влияют углы наклона свай, взаимное расположение свай с разными наклонами, длины сжатия и изгиба и размеры поперечных сечений свай. Не останавливаясь подробно на влиянии каждого из этих факторов, рассмотрим в общих чертах особенность и область при­менения схем ', приведенных на рис. 1Х.22.

1. Ростверки с вертикальными сваями (схема /) геометрически неизменяемы только за счет жесткости свай и окружающего грун­та. Если бы сваи на концах имели шарниры, а грунт отсутствовал, то система была бы изменяемой при действии горизонтальных сил. Следовательно, область применения этой схемы ограничивается небольшой длиной изгиба свай при значительном развитии их по­перечных сечений.

2. Жесткость фундамента значительно возрастет при наклонных сваях. Однако если оси свай пересекаются в одной точке (схема V), то при шарнирных закреплениях концов свай система также геометрически изменяема. Если сваи заделаны в плите и в грун­те, то такие схемы неизменяемы только благодаря жесткости свай, т. е. их способности воспринимать изгиб. Так как в производствен­ном отношении схема V неудачна, применять ее не рекомендуется; она может быть оправдана только в случаях, когда плоская схема имеет две или три сваи. Схема IV, в которой сваи имеют одинако-

¹ Детальный анализ схем можно найти в работах А. А. Царькова, И. Я. Те* на, К. С. Завриева и др.

291

выи наклон, обладают значительной жесткостью. Еще большей жесткостью обладает козловая схема IV.

Схемы // и /// с наклонными и вертикальными сваями во мно­гих случаях способны обеспечить необходимую жесткость, причем ростверк по схеме /// лучше сопротивляется внешним моментам, и потому эта схема, как правило, является более рациональной по сравнению со схемой //.

3. Продольные усилия в сваях от вертикальных сил распреде­ ляются между сваями во всех схемах более или менее равномерно. При увеличении наклона продольные усилия в схемах IV и VI воз­ растают, в схемах же // и /// усилия в наклонных сваях уменьша­ ются за счет увеличения усилий в вертикальных сваях.

При действии на фундамент горизонтальной силы увеличение угла наклона свай приводит к уменьшению продольных усилий и изгибающих моментов в сваях.

4. Изменение длины изгиба свай в наибольшей степени отра­ жается на результатах расчета с одними вертикальными сваями и в наименьшей степени на результатах расчета со схемами козло­ вого типа. Изменение же длины свай на сжатие, наоборот, в не­ большей степени отражается на результатах расчета со схемами козлового типа и в наименьшей — на результатах расчета с одни­ ми вертикальными сваями.

Главах ФУНДАМЕНТЫ ИЗ ОПУСКНЫХ

КОЛОДЦЕВ

Х.1. КОНСТРУКЦИЯ КОЛОДЦЕВ

Опускной колодец представляет собой погружаемую в грунт замк­нутую в плане оболочку, открытую сверху и снизу, под защитой которой разрабатывают грунт и выдают его наружу. После опу­скания до прочных слоев грунта внутренние полости колодцев полностью или частично 'заполняют бетоном и затем сверху воз­водят надфундаментную часть сооружения (см. рис. 1.4). Колодцы могут быть выполнены из дерева, каменной кладки, бетона, желе­зобетона и стали. В настоящее время преимущественно применяют бетонные и железобетонные колодцы, наиболее дешевые и удобные в производственном отношении.

Если силы трения, возникающие при погружении колодца меж­ду его поверхностью и грунтом, должны быть преодолены весом колодца, то его конструкция делается массивной, преимуществен­но из слабоармированной бетонной кладки. Такие колодцы носят названия массивных.

Опускные колодцы применяют при залегании прочных грунтов на глубине больше 5—8 м, когда устройство фундамента в откры­том котловане становится трудновыполнимым из-за сложности его крепления, а применение свай не обеспечивает надлежащей проч­ности и жесткости фундамента.

Фундамент из опускного колодца выгодно отличается от фунда­мента в открытом котловане еще и тем, что при погружении ко­лодца на глубину, превышающую в 1,5—2 раза размеры его в пла­не, исключается возможность потери устойчивости грунтов основа­ния с выпиранием их на поверхность, что значительно повышает сопротивление грунтов основания. Кроме этого, в процессе погру­жения удается сохранить прилегание грунта к колодцу по высоте; это обеспечивает заделку фундамента и возможность передачи им значительных горизонтальных сил. По сравнению со сваями колод­цы имеют значительно большие поперечные сечения и, следова­тельно, большую жесткость, что особенно важно при глубоких раз­мывах дна реки, а также при слабых верхних слоях грунта, не обеспечивающих заделку свай при работе их на горизонтальные силы.

Техника опускания колодцев позволяет погружать их на глуби­ны в несколько десятков метров. Есть примеры опускания колод­цев на 70—80 м ниже рабочего уровня воды, причем эта глубина не может считаться предельной.

При легко проходимых (без твердых включений) грунтах про­цесс опускания колодцев прост и не требует сложного оборудова-

293

Рис. Х.1. Очертание колодцев:

/ — иадфундаментиая часть; 2 —плита; 3 — опускной колодец; 4 — заполнение шахт колод­ца; 5 — томпонажная подушка; 6 — шахта

ния. Применение колодцев оказывается особенно выгодным при небольшом числе однотипных опор моста, когда использование-сложного технологического оборудования — вибропогружателей, буровых станков и прочего — экономически не оправдано, а также когда доставка материалов и оборудования затруднительна из-за удаленности строительного объекта.

Однако опускание колодцев вызывает значительные осложне­ния, если встречаются препятствия в виде прослоек скальных по­род или плотных грунтов, крупных валунов, погребенных стволов деревьев и т. д. Аналогичные затруднения возникают при посадке колодца на скальные породы. Обычно скала не залегает строго горизонтально и равномерно опереть колодец на скалу по всему периметру не. всегда удается; кроме этого, верхние слои скальных грунтов часто разрушены и подлежат удалению. В этих условиях применение опускных колодцев сопряжено со специальными слож­ными работами, а в ряде случаев с переоборудованием колодца в кессон. К недостаткам массивных опускных колодцев нужно от­нести также большой объем бетонной кладки, необходимый для их погружения под действием собственного веса и как следствие не­доиспользование прочностных свойств материала фундамента при. его работе в составе сооружения. Кроме этого, возведение фунда­ментов из опускных колодцев обычно требует большой затраты времени.

Массивные колодцы (рис. Х.1) состоят из наружных и внутрен­них стен, образующих шахты, внутри которых разрабатывают грунт в процессе погружения колодца. После опускания колодца шахты на полную высоту или только в нижней части заполняют

294

■

бетоном, что создает сплошную площадь описания фундамента на грунты основания.

Размеры колодца поверху определяются размерами надфунда-ментной части опоры.

Для того чтобы при случайных отклонениях колодца от про­ектного положения можно было верхнюю часть опоры располо­жить точно по проекту, обрезы фундамента на массивных колод­цах принимают равными не менее '/бо глубины погружения и не менее 40 см. Максимальная величина обрезов не ограничивается, так как в верхней части колодца обычно располагают мощную распределительную железобетонную плиту, на которую опирает­ся надфундаментная часть.

В уровне подошвы размеры определяются давлениями на грун­ты основания. Эти давления не должны превышать расчетных со­противлений грунтов (см. гл. II). В плане очертание колодца дела­ют симметричным. Всякая асимметрия осложняет погружение ко­лодца, ведет к перекосам и смещениям его осей с проектного положения. В этом отношении наилучшим очертанием является круговое, которое к тому же обладает при заданной площади осно­вания Наименьшим наружным периметром, что уменьшает силы трения по боковой поверхности колодца, возникающие при его по­гружении. Круглые колодцы, диаметр которых может достигать 20—30 м, применяют главным образом в промышленном строи­тельстве под отдельные тяжелые конструкции и оборудование (сильно нагруженные колонны, тяжелые машины и пр.), а также для подземных сооружений, например насосных станций, глубоких резервуаров, хранилищ и т. д.

В мостостроении круглые массивные колодцы применяют редко, так как они плохо вписываются в вытянутую в плане форму опор. Возможно погрузить под опору несколько круглых колодцев не­большого диаметра (рис. Х.1, а). Это может оказаться целесообраз­ным при опирании на наклонно залегающие скальные породы, ко­гда небольшие колодцы легче опереть на скалу всей площадью основания с небольшим объемом дорогих работ по разработке скальных грунтов. Однако опускание нескольких мелких колодцев вместо одного колодца большего диаметра сопряжено с рядом за­труднений и всегда приводит к увеличению сроков возведения фун­дамента; кроме этого, круглые колодцы относительно небольших размеров значительно выгоднее делать тонкостенными и погружать их вибропогружателями.

Под опоры мостов наиболее часто применяют массивные колод­цы вытянутого очертания в плане: прямоугольные (рис. Х.1, б), с короткими сторонами, очерченными по полуокружностям (рис. Х.1, в), с закругленными углами (рис. Х.1, г). Отношение сторон колодца не следует принимать более 3:1, так как сильно вытяну­тые колодцы при погружении легко кренятся и уходят с проектных осей; обычно отношение сторон составляет от 2,5: 1 до 1,5 : 1.

Прямоугольные колодцы более просты в изготовлении, но опус­кание их труднее; поэтому прямоугольное очертание назначают

295

8=1 От 12

при опускании колодца в легкопроходимых грунтах на небольшую глубину, порядка 8—10 м. Колодцы глубиной 15 м и более реко­мендуется делать с закругленными углами, а еще лучше с очер­танием коротких сторон по полуокружностям.

В наружных стенах колодца возникают значительные по вели­чине изгибающие моменты от горизонтального давления грунта. Для уменьшения этих моментов ставят внутренние стены. Рассто­яния между стенами — размеры шахт — должны быть достаточны для нормальной работы применяемых землеройных снарядов. При разработке грунта грейферами наименьшие размеры шахт должны быть больше размера грейфера в раскрытом виде (по диагонали) по крайней мере на 0,5 м. Обычно шахты делают размером не ме- . нее 2—2,5 м и не более 4—5 м.

Толщину стен колодца назначают из расчета преодоления сил трения собственным весом и принимают равным для наружных ₁ стен 1—2 м и для внутренних 0,8—1,5 м. В сильно армированных (железобетонных) колодцах толщина стен может быть уменьшена.

Очертание наружной поверхности колодца в вертикальной плос­кости назначают в зависимости от величины сил трения, возника­ющих в процессе опускания. При глубине опускания до 8—10 м" силы трения невелики и легко преодолеваются собственным весом колодца с вертикальными гранями (см. рис. Х.1, б). При большей глубине опускания для уменьшения сил трения боковые грани де­лают наклонными или ступенчатыми (см. рис. Х.1, в, г). Наклон боковых граней не следует назначать более 7юо; при больших ук­лонах колодец при опускании недостаточно устойчив и легко кре­нится и смещается с проектных осей. Для защемления колодца в грунте и придания ему устойчивости нижнюю его часть на высо­ту не менее 3—4 м всегда делают вертикальной. Ступенчатое очер­тание желательно также вписывать в уклон '/то-

Наличие наклонных или ступенчатых граней, снижая силы тре­ния при погружении колодца, значительно ухудшает условия за­делки фундамента в грунте, уменьшая его несущую способность при действии вертикальных и особенно горизонтальных сил. По­этому в опорах мостов независимо от глубины опускания рекомен­дуется делать колодцы с вертикальными гранями, в особенности при погружении в плотные и связаные грунты, а для снижения сил трения применять специальные меры.

Нижнюю часть наружных стен, называемую консолью, делают переменного сечения (рис. Х.2, а). Наклон внутренней грани кон­соли к вертикальной плоскости принимают в пределах 50—30°. В рыхлых грунтах при толщине стен более 1 м внутреннюю грань консоли иногда делают ломаного очертания (рис. Х.2, б)."

Консоль обычно заканчивается горизонтальной площадкой-бан- I кеткой. Ширина банкетки в зависимости от плотности проходимых грунтов назначается равной 10—30 см. Для предохранения от по- I вреждений банкетку укрепляют стальными уголками или швелле­рами. При грунтах средней плотности по наружному контуру кон- I соли располагают нож, сваренный или склепанный из стальных |

296

Рис. Х.2. Очертание консолей и ножей колодца

листов и уголков. В колодцах, погружаемых в плотные грунты, рекомендуются остроконечные ножи (рис. Х.2, в). Конструкцию ножей нужно надежно закреплять анкерами из арматурной стали диаметром 20—25 мм.

Внутренние стены также заканчивают заострением (рис. Х.З). Чтобы не допустить опирания колодца на грунт по внутренним стенам, их располагают выше низа наружных стен не менее чем на 0,5 м. Для сообщения между шахтами во внутренних стенах остав­ляют сквозные проемы. Выше консоли, на расстоянии не менее 2,2 м от банкетки, в стенах устраивают штрабы глубиной 30—25 см и высотой 0,8—1 м. Штрабы необходимы для лучшего сцепления между кладкой заполнения шахт и стенами, а также для устрой­ства перекрытия шахт (потолка), когда колодец приходится пере­делывать в кессон для разработ­ки труднопроходимых грунтов под сжатым воздухом. Чтобы по­толок кессона можно было бы за­бетонировать выше уровня воды в шахтах, штрабы иногда распо­лагают не только в низу колодца, но и в верхних его участках.

Стены массивных колодцев армируют вертикальной и гори­зонтальной арматурой в соответ­ствии с расчетом колодца на уси­лия, возникающие в нем при по­гружении.

После опускания колодца шахты заполняют бетонной клад­кой на всю высоту или частично (только в нижней части). При не­большой глубине опускания, КО- _Рис. _Х.3. Конструкция нижней часта гда объем шахт мал, их заполня- стен колодца

297

11—2644

ют кладкой полностью. Так как напряжения в теле фундамента обычно невелики, то заполняют бетоном марки не выше 150 с до­бавлением бутового камня. Если откачать воду из шахт не удается, то предварительно укладывают слой подводного бетона толщиной не менее высоты консоли и не менее 0,8—1,3 наименьшего размера шахты. В верхней части колодца на высоту возможного промер­зания кладки заполнение делают из прочного морозостойкого бетона.

В высоких колодцах шахты не заполняют кладкой, ограничи­ваясь устройством только нижней подушки из бетона марки 200— 250, которая создает сплошную подошву фундамента. В этом слу­чае остальной объем шахт оставляют пустым или заполняют пес­ком. Для предупреждения фильтрации грунтовых вод через стены колодца рекомендуется песок смешивать с мазутом или битумом. Сверху стены колодца перекрывают распределительной плитой; низ плиты должен быть расположен ниже глубины промерзания кладки не менее чем на 0,25 м.

Массивные колодцы могут быть монолитными и сборными.

Монолитные колодцы делают из бетона марки не ниже 200. Бетонируют их секциями в процессе опускания. Высоту первой сек­ции принимают равной не более 0,8—1 Ь, где Ъ — меньший размер кол@дца в плане; остальные секции назначают высотой 3—5 м.

Конструкция монолитного колодца высотой 30,76 м приведена на рис. Х.4. В плане меньшие стороны колодца очерчены по полу­окружности; наружная поверхность колодца принята вертикальной ' с одним уступом, расположенным на высоте 8 м от банкетки. Тол­щина наружных стен равна 1,6 м, а выше уступа— 1,35 м. В верх­ней части стен с внутренней стороны предусмотрены горизонталь­ные площадки, на которые опирается верхняя распределительная плита.. Внутренняя грань консоли расположена наклонно под уг­лом 30° к вертикали. Высота консоли — 2,5 м. Банкетта шириной 17 см усилена ножом из уголка и приваренного к нему листа тол­щиной 20 мм (см. деталь ножа). Нож надежно закреплен в клад­ке консоли стальными полосами сечением 200X6 мм и анкерами из арматурной стали диаметром 16 мм. По периметру консоли по­лосы расположены через 50 см.

Внутренними стенами толщиной 1 м колодец разбит на шесть шахт. Для сообщения между шахтами во внутренних стенах ос­тавлены проемы шириной 1,4 м.

Колодец сооружали наращиванием секций высотой от 3,6 до 4,2 м. Несмотря на значительную толщину стен, колодец сильно армирован. Вертикальная арматура диаметром 16 мм, предохра­няющая колодец от разрыва при опускании, поставлена по пери­метру внутренних стен через 30 см, наружных через 20 см. Количе­ство горизонтальной арматуры в наружных стенах по высоте меня­ется: внизу, где горизонтальные давления грунта на стены наибольшие, поставлены стержни диаметром 25 мм через 20 см, далее расстояние между стержнями увеличено до 25 см, а верхняя часть армирована стержнями 20 мм, поставленными тоже через

298

Рис. Х.4. Армирование массивного колодца:

/ — полосовая сталь 200X6 мм длиной 1350 мм через 50 см; 2 — анкеры 0 16 мм

25 см. Внутренние стены по высоте армированы равномерно стер­жнями диаметром 16 мм, расположенными через 30 см.

Особенно сильно армирована консоль: с внутренней стороны поставлено по 10 стержней, с наружной — по 5 стержней диаметром 25 мм на 1 пог. м периметра консоли. Арматура консоли связана хомутами диаметром 8 мм.

После опускания колодца нижняя часть шахт на высоту 3 м была заполнена подводным бетоном; после откачки воды уклады­валась еще бетонная подушка толщиной 4,2 м. Остальная часть шахт оставлена без заполнения.

Существенный недостаток монолитных колодцев, снижающий темп их погружения, заключается в необходимости выдержки оче-

редной забетонированной секции до приобретения бетоном проч­ности, близкой к проектной; на это непроизводительно расходуется до 10—15 сут и более, в течение которых колодец не опускают. Этот недостаток устранен в сборных конструкциях массивных ко­лодцев.

Пример сборного железобетонного колодца размером 3,2Х Х7,62 м высотой 5,04 м приведен на рис. Х.5. Колодец разбит на десять монтажных блоков трех марок. Высота всех блоков одина­кова и равна 1 м. Толщина наружных стен верхних блоков приня-

УБ 0,00

1Ы&

А-А

1.30

_I

Ж

р пек А/Ч

3,15

17

_*Й)*

08

да

>/

₁

ЬлВкА!°1

ФП

/р; ?^

_Ег

1Г

Блок А'⁰?.

08

е

Фш

_ш

Блок №3 §;

10

30

К

101

12

\

/' • Ь 1 ' 1 » ■ • «*?

Б-Б

НО

3 о кпп дна часть

т. I

ФП

<Г

№

• • ■ * *~~*.^/*

—1

08

380

380

1а

Рис. Х.5. Конструкция сборного колодца:

/ — уголок 100X100X16 мм; 2 — накладка 2О0ХЮ0ХЮ мм; 3 —закладной лист 200X200X10 мм; 4 — песок; 5 — бурый уголь; 6 — песок с гравием; 7 — трещиноватый разборный известняк

300

та равной 30 см, двух нижних —40 см, толщина внутренних стен блоков—15 см. Наружные стены нижних блоков имеют консоль с банкеткой шириной 10 см, усиленной прокатным уголком 100Х X100X16 мм. Блоки армированы арматурными сетками из стер­жней диаметром 8 и 12 мм. Консоль армирована вертикальными стрежнями диаметром 18 мм из стали марки Ст.5 и горизонталь­ной распределительной арматурой диаметром 12 мм. Марка бетона

блоков — 200. Наибольшая масса монтажного элемента (блока)

11,3 т.

Соединение блоков предусмотрено на сварке закладных сталь­ных частей с перекрытием стыков накладками. Горизонтальные и вертикальные швы между блоками заполняют цементным рас­твором в процессе установки блоков. После погружения колодец полностью заполняют бетоном марки 150; в нижней части уклады­вают подушку высотой 1,5 м из подводного бетона.

В приведенном примере членение колодца на монтажные бло­ки принято горизонтальным, что характерно для фундаментов опор мостов, имеющих небольшие размеры в плане. В промышлен­ном строительстве опускных сооружений больших размеров (емко­стей для хранения жидкого топлива, насосных станций и пр.) часто применяют вертикальное членение. В этом случае колодец собира­ют из железобетонных плит, объединяемых бетонированием верти* кальных швов. Нижнюю консольную часть делают монолитной-

Х.2. ПОСТРОЙКА ФУНДАМЕНТОВ ИЗ МАССИВНЫХ КОЛОДЦЕВ

Устройство 'фундамента из массивного колодца состоит из изготов­ления колодца, погружения его в грунт и заполнения шахт.

Монолитные колодцы обычно изготовляют непосредственно над местом^ их погружения на предварительно подготовленной строи­тельной площадке, удобной для производства всех работ. На мест­ности, свободной от воды, например на пойме реки, в районе по­гружения колодца убирают растительный покров, планируют по­верхность земли и .обеспечивают надежное основание для изготов­ления первой секции колодца. Основание должно быть прочным выдерживать давление не менее 1,5—2 кгс/см² и не давать неравно­мерных осадок при ■бетонировании колодца.

Верхние слабые слои грунта удаляют и заменяют песчаной по­душкой толщиной 0,3—0,6 м с тщательным уплотнением песка Для уменьшения глубины опускания колодца может оказаться вы­годным предварительно разработать открытый без креплений кот­лован, на дне которого и начать возведение первой секции Глуби­на котлована ограничивается уровнем грунтовых вод —дно котло­вана должно быть выше грунтовых вод на 0,5—1 м. На местности покрытой водой, под колодец отсыпают искусственные островки из песчаного или гравелистого грунта (рис. Х.6). При глубине воды до 1,5—2 м островки могут быть отсыпаны с естественными отко-

301

Рис. Х.6. Схемы островков для опускного колодца:

1 „ первая секция колодца; 2 — островок; 3 — струенаправляющие щиты; 4 — шпунт; 5 •—

маячные сваи; 6 — подкосы; 7 — горизонтальные схватки; В — стальной шпунт

сами, если скорость течения воды в реке не превышает следующих значений:

Для островков из мелкого песка - 0,3 м/с

» » » крупного » 0,8 »

» » » среднего гравия 1,2 »

» » » крупного » 1,5 »

Если скорости течения превышают указанные, откосы островков могут быть укреплены каменной наброской, деревянными щитами с пригрузкой камнем, фашинными тюфяками и пр. Защита остров­ка от размыва в необходимых случаях достигается ограждением

302

его с верховой стороны легкими струенаправляющими козловыми перемычками (рис. Х.6, а). Верх островка должен возвышаться над наивысшим (за время работ) уровнем воды минимум на 0,5 м. Раз-меры островка в плане назначают такими, чтобы между колодцем и бровкой оставалась свободная берма шириной не менее 2 м-

Островки с естественными откосами требуют большого объема песка и сильно стесняют русло реки, что увеличивает скорость тече­ния и опасность размыва. Поэтому при глубине воды более 2 м островки отсыпают в ограждениях.

При глубинах до 5—6 м ограждения делают из деревянного шпунта, усиленного наружными маячными сваями и подкосами (рис. X. 6, б). Глубина забивки шпунта принимается равной 0,6— 0,9 высоты островка, но не менее 2 м. Шпунт делают плотным с треугольным или прямоугольным гребнем и пазом, надежно предо­храняющим островок от вымывания песка. Толщина шпунта (в см) может быть определена по формуле

8= (14 -ь 16) У ту : а,

где Н — высота островка, м;

у — объемный вес грунта островка с учетом взвешивания в воде, тс/м³; а — расчетное сопротивление древесины, примерно равное 150 кгс/см².

Маячные сваи диаметром не менее 22 см забивают по перимет­ру островка через 2—2,5 м. Размеры островка поверху принимают такими, чтобы колодец располагался вне призмы обрушения грун­та засыпки. Исходя из этого расстояние от колодца до шпунта (ширина свободной бермы) должно удовлетворять неравенству

а > Я 12(45°— 0,5?).

Учитывая полное насыщение песка водой, угол внутреннего трения ф песчаного заполнения принимают равным 15—20°.

Для удобства производства работ между шпунтом и колодцем оставляют свободную берму шириной не менее 1,5 м.

Если глубина воды превышает 6 м, то островки ограждают ря­жами или стальным, шпунтом. При стальном шпунте островки вы­годно делать цилиндрическими (рис. Х.6, в). Такие шпунтовые ог­раждения не требуют креплений и позволяют применять мелкие профили шпунта, например плоские, замки которых могут работать на растяжение. Наибольшие растягивающие усилия в шпунтовой цилиндрической стенке, возникающие на уровне дна реки,

ЛГ = 0,5/>Г>. Давление р определяется по формуле

Здесь р — горизонтальное давление засыпки островка, тс/м²; Г) — диаметр островка, м; (2 — вес первой секции колодца, тс.

303

Рис. Х.7. Разработка грунта в шахтах: а — грейфером; Ь — эрлифтом;

/ — грейфер; 2—пульповод; 3 — воздуходувная труба; 4 — компрессор; 5 —эрлифт

Сила N не должна превышать расчетное сопротивление замков на разрыв, принимаемое равным 100 тс/м (при коэффициенте за­паса, равном 2).

Стальной шпунт забивают на глубину, при которой он не мо­жет быть подмытым при размыве дна реки. Если грунты ложа ре­ки слабые с углом внутреннего трения ф'<30°, то глубину I забив­ки проверяют на выпирание грунта из-под островка по формуле

_{=15Л-. ¹-

' V" 2[1_&4(45° + 0,59')—1] '

где <7 — давление от веса островка и колодца на уровне дна реки, тс/м²; ■у" — объемный вес грунта дна реки, тс/м³.

Цилиндрические островки в стальном шпунте применяют при глубине воды до 10—15 м.

Для обслуживания работ по изготовлению и опусканию колод­ца применяют стационарные или самоходные краны грузоподъем­ностью от 6 до 12 т. Краны располагают на специальных подкра­новых подмостях (рис. Х.7) или при достаточной глубине воды на плавучих средствах. Краны должны иметь длину стрелы, обеспе~ чивающую работу на всей площади колодца. Кроме стреловых, возможно также применение плавучих (козловых) кранов; их удобно использовать не только для возведения фундамента, но и надфундаментной части опоры-

При погружении колодца вокруг него на поверхности земли обычно наблюдаются просадки. При неблагоприятных грунтовых условиях и неудачном способе работ размеры просадок могут быть весьма значительными. Проф. К. Сечи (Венгрия) описывает случай, когда при опускании колодца образовалась воронка диа­метром 30 м с глубиной 4,5 м. При расположении вблизи колодца

строительного оборудования нужно учитывать возможность таких просадок грунта (в частности, стационарные краны надо распо­лагать на надежных свайных подмостях). Монолитные колодцы бетонируют секциями. Опалубку первой секции устанавливают на горизонтальные лежни-подкладки, которые укладывают строго по уровню на подготовленное песчаное основание. Подкладки распо­лагают под стенками колодца на взаимном расстоянии 0,5—1 м с таким расчетом, чтобы давление под ними на грунт от веса забе­тонированной конструкции не превышало 1 кгс/см².

Особенно тщательно нужно укладывать подкладки под наруж­ными стенами, так как эти подкладки удаляют в последнюю оче­редь. Подкладки втапливают в грунт наполовину своей высоты и плотно подбивают песком.

Опалубку делают обычно деревянной, сборно-разборной конст­рукции из отдельных щитов. Для уменьшения сил трения, возника­ющих при опускании колодца, его наружная поверхность должна быть ровной и гладкой. Для этого внешнюю опалубку наружных стен делают плотной и прочной; обшивку рекомендуется выполнять из вертикальных досок со строганой поверхностью, обращенной к бетону, или же обшить ее с этой стороны фанерой или кровель­ной сталью.

При большом числе одинаковых колодцев опалубку выгодно де­лать металлической. Возможно также бетонировать в скользящей опалубке, особенно при простом очертании колодца в плане с не­большим числом внутренних стен.

Бетонную смесь укладывают в опалубку обычным способом с применением вибрации. Чтобы избежать местных просадок осно­вания, бетонирование ведут по всей площади колодца равномерны­ми слоями, не допуская отставания в бетонировании отдельных участков стен.

После приобретения бетоном необходимой прочности опалубку разбирают и колодец снимают с подкладок. Снятие с подкладок — ответственная операция, так как при удалении подкладок без оп­ределенной заранее разработанной последовательности колодец может разрушиться. В первую очередь убирают подкладки из-под внутренних стен. После этого удаляют подкладки из-под наружных стен: сначала из-под торцовых (коротких) и затем продольных (длинных). Подкладки из-под продольных стен сначала удаляют через одну, а затем остальные, симметрично относительно послед­них четырех (двух под каждой продольной стеной). Последние подкладки называются фиксированными.

Положение фиксированных подкладок определяют расчетом ко­лодца на изгиб. По мере удаления подкладок под консоли стен плотно подбивают песок.

Колодец по высоте наращивают секциями после погружения в грунт предыдущих. Основанием для изготовления очередной сек­ции служит нижняя, уже погруженная. На время наращивания погружение монолитного колодца прекращают. Этой непроизводи^ тельной потери времени удается избежать в сборных конструкциях

304

305

колодцев, в которых стены из заранее изготовленных блоков можно монтировать без длительных перерывов опускания колодца.

Массивные колодцы погружают в грунт по мере разработки грунта в шахтах.

В большинстве случаев приходится грунт разрабатывать без откачки воды из шахт колодца, так как интенсивный водоотлив разрыхляет грунт и снижает его несущую способность. Кроме это-. го, рыхлые мелкозернистые грунты, особенно илистые и плавунные, прорываются внутрь шахт, что приводит к значительному увеличе­нию объема земляных работ. Для предупреждения прорыва необ­ходимо шахты затапливать, искусственно поддерживая уровень воды в них на 3—4 м выше уровня воды в реке. Опускание с водо-. отливом можно только в устойчивых грунтах, исключающих воз­можность их разуплотнения и при поступлении воды не более 0,75—1 м³/ч на 1 м² площади колодца.

В мелкозернистые и пылеватые пески на местности, непокрытой водой, колодцы можно погружать, понижая уровень грунтовых вод иглофильтрами или глубинными насосами, располагая их по на­ружному периметру колодцев. При таком способе все работы внут­ри шахт могут быть выполнены насухо, без опасного разрыхления грунта в основаниях колодцев.

Связные, а также крупнозернистые пески, галечник, гравий и тому подобные грунты разрабатывают обычно грейфером. Вес грейфера и форму его челюстей выбирают в соответствии с видом грунта; в отечественном мостостроении наиболее распространены двух- и трехчелюстные грейферы емкостью 0,75 и 1 м³, приспособ­ленные для разработки тяжелых грунтов и захвата крупных пред­метов (камней и пр.).

Несвязные мелкозернистые грунты рекомендуется разрабаты­вать с помощью гидроэлеваторов или эрлифтов, разрыхляя грунт в необходимых случаях струей воды.

Грунт из шахт удаляют равномерно по всей площади колодца, не допуская разности уровней грунта в отдельных шахтах более 0,5 м. В мягких и слабых породах грунт не выбирают ниже банкет­ки; в грунтах связных допускается углубление дна выработки ни­же ножа, но не более чем яа 0,5 м.

Встречаемые препятствия (валуны, стволы деревьев и т. п.) при опускании колодца без водоотлива подмывают струей воды и сдвигают внутрь шахты и затем извлекают грейфером. Если таким способом устранить препятствие не удается, то его подрывают или разрушают водолазы. .

Вертикальность погружения колодца и положение его осей проверяют геодезическими инструментами систематически через каждый метр- Если обнаруживают крены или смещения осей, то принимают меры по исправлению положения колодца. Положение ■колодца выправляют более интенсивной подборкой грунта из-под стен, погрузившихся на меньшую глубину, оттяжкой колодца тро­сами, односторонней пригружой грунтом с поверхности земли и другими аналогичными приемами.

306

При опускании в плотные грунты колодец может быть затерт в грунте и его веса не хватит для дальнейшего погружения. В этих случаях увеличивают вес колодца или уменьшают силы трения. Увеличение веса может быть достигнуто наращиванием следуй ющей очередной секции или дополнительной пригрузкой камнем, бетонными массивами и пр., которые укладывают на платформы, подвешенные к стенам колодца.

Для снижения сил трения существует несколько способов. Одной из радикальных мер, облегчающих погружение, служит применение подмывных устройств. Подмывное устройство состоит из системы вертикальных и горизонтальных труб, закладываемых в штрабах наружных стен, от которых отходят отвод с наконечни­ками, подающими воду для размыва грунта и смачивания поверх­ности колодца (рис. Х.8). Водоподводящая сеть в плане и по вы­соте делится на самостоятельно дейстующие секции (/ — /V), что позволяет производить односторонний подмыв и легко исправлять положение колодца при его отклонениях от проектного. Воду по­дают от насосной станции в кольцевую магистраль, которая гиб­кими шлангами соединена с вертикальными стояками. Внизу к стоякам присоединяют горизонтальные трубы, от которых через каждый 1—2 м отходят подмывные трубки с наконечниками. Ниж­ний ярус служит для размыва грунта внутри колодца под ножом; его подмывные трубки выходят на внутреннюю поверхность консо­ли на расстоянии 50—100 см от банкетки. Остальные ярусы рас­полагают на высоте через 3—6 м с выводом подмывных трубок на наружную поверхность колодца.

Расчет подмывного устройства (расход и напор воды, диаметр труб и пр.) может быть произведен по аналогии с расчетом подмы­ва свай. Одновременно с водой в зону размыва грунта рекоменду­ется подавать сжатый воздух. Подмыв грунта уменьшает силы трения на 20—40%.

За последние годы с успехом используется предложение канд. техн. наук Н. В. Озерова (1945 г.) применять при погружении колодцев рубашку из глинистого раствора (тиксотропную рубаш­ку). В этом случае в зазор между колодцем и грунтом, образуемый в нижней части наружных стен уступом шириной до 15 см, пода­ется глинистый раствор, который полностью уничтожает трение. После погружения колодца зазор может быть заполнен гравием, щебнем или тощим цементным раствором. Этим способом в Женеве успешно был опущен на глубину 28 м уникальный колодец диамет­ром 57 м под автомобильный гараж.

Для тиксотропных рубашек опускных колодцев применяют гли­нистые растворы плотностью 1,1—1,25 г/см³, вязкостью 20—50 с, содержанием песка не более 1—4% и другими показателями¹ в зависимости от вида проходимых колодцем грунтов. Для подачи раствора вокруг колодца устанавливают стальную форшахту на бетонном основании (рис. Х.9), за которую самотеком подают

¹ Строительство мостов и труб. М., Транспорт, 1975. 599 с. (Справочник).

307

Рис. Х.8. Подмывное устройство:

/ — кольцевая водопроводная сеть; 2 — гибкие шланги; 4 — стояки; 3 — подмывные трубки; 5, 6, 7— разводящие трубы соответствеиио 1, 2 и 3-го ярусов; /—IV — разобщенные секции

раствор. При глубине опускания колодца более 20 м раствор по­дают под давлением 2—5 кгс/см² через трубки диаметром 4—5 см, расположенные равномерно по периметру колодца на взаимном расстоянии 3—5 м.

Рис. Х.9. Тиксотропная. рубашка ко­лодца:

/ — бетонное основание; 2—анкер; 3— крепежный угблок; 4 — листовая резина; 5 — форшахта; #—глинистый раствор; 7 — наружная стена- колодца

Чтобы глинистый раствор не вытекал в шахты, рекомендуется консоли колодца делать остроко­нечными, глубоко проникающими в грунт, а также искусственно повышать гидростатическое дав­ление внутри колодца, заполняя его водой. Для этой же цели на уступе колодца устанавливают манжеты из резины толщиной 10—15 мм. Для уменьшения воз­можности вытекания раствора за­зор между грунтом и колодцем можно делить на изолированные секторы, делая вертикальные реб­ра, толщиной, равной ширине за­зора. Если все же вытекание рас­твора избежать не удается, то следует изменить состав раство­ра, увеличив его вязкость. Ис­пользование тиксотропных руба­шек открывает широкие возмож­ности применения дешевых тон­костенных колодцев.

После опускания колодца на проектную глубину в шахтах ук­ладывают нижнюю бетонную подушку. При работах без водоотли­ва бетонную смесь укладывают способом ВПТ; толщина слоя под­водного бетона должна быть в 1,5 раза больше наименьшего раз­мера шахт. Остальные работы по заполнению шахт ведут после откачки воды.

Так как обрез фундамента опускного колодца, как правило, располагают ниже уровня меженных вод минимум на 0,5 м, верх­нюю распределительную плиту приходится бетонировать под за­щитой временной перемычки. Конструкция деревянной перемычки высотой 2,4 м, показанная на рис. Х.Ю, состоит из вертикальных стоек размером 18x20 см и обшивки из досок толщиной 4 см. Для водонепроницаемости ограждения кромки досок шпунтуют и тща­тельно конопатят, после чего покрывают горячим битумом.

При глубине воды более 6—10 м, когда по тем или иным при­чинам устройство островка оказывается дорогим или трудно осу­ществимым, первая секция опускного колодца может быть изго­товлена или на подмостях над местом опускания, или же на бере-

309

Рис. Х.Ю. Конструкция перемычки:

/ — брусья 18X20 см; г — анкеры 0 .16; 3 *• шайбы

гу и доставлена по воде. На подмостях изготовляют только легкие железобетонные колодцы. Опускают их на дно с помощью тяжей и винтов. Колодец, изготовленный на берегу, подвешивают к об­стройке понтонов и на плаву доставляют к месту опускания; на понтонах же располагают грузоподъемные средства для погру­жения колодца на дно реки (рис. Х.11).

При значительной глубине во­ ды (15 м и более) иногда оказы­ вается экономически выгодным применить наплавной колодец, который представляет собой кон­ струкцию, способную самостоя­ тельно держаться на воде.. После изготовления и спуска на воду его буксируют к месту опускания, закрепляют на якорях и баллас­ тируя, постепенно сажают на дно реки. Затем опускают в грунт обычным способом, наращивая стены. •

щ^щ^ШШ^

Рис. Х.11. Стадии (/, //) погружения колодца с плавучих подмостей: / — плашкоут; 2 — основание; 3 — вышка; 4 — грузовые балки; 5—полиспаст; В — пе­ремычка; 7 — колодец

Плавучесть первой секции на­плавного колодца может быть обеспечена одним, из следующих способов.

Рис. Х.12. Схемы наплавных колодцев:

/ — колодец; 2 — перемычка; 3 — временный пол; 4 — стеиы колодца; 5 — бетон заполне­ния; 6 — массивная часть стен; 7 — заполнение шахт; 8 — стальные перемычки; 9 — съемные колпаки; 10 — вода

Шахты первой секции снизу закрывают временным водоне­проницаемым днищем (рис. Х.12, а). Высоту наружных стен назна­чают такой, чтобы колодец бы остойчив и при кренах не заливал­ся водой; в необходимых случаях стены могут быть наращены водо­непроницаемой перемычкой (деревянной или стальной). Погружа­ют колодец на дно постепенным затоплением шахт с одновремен­ным наращиванием стен. Когда колодец станет на грунт, днище удаляют (разбирают или подрывают). Колодцы такого вида не рекомендуются при слабых грунтах дна реки. Стены первой секции иногда делают пустотелыми из железобетона или стали и этим обеспечивают ее плавучесть (рис. Х.12, б). В этом случае погруже-

310

311

ние на дно достигается балластировкой пустот водой с последую­щим заполнением их бетоном.

Плавучесть может быть обеспечена сжатым воздухом, который нагнетают в шахты, закрытые сверху герметическими колпаками (рис. Х.12, в). Такой способ был применен при постройке опор Оклендского моста в Сан-Франциско (1933—1934 гг.), где потре­бовалось опустить колодец на 72,6 м ниже уровня воды при глуби­не залива 32 м. Колодец состоял из 28 стальных цилиндров диа­метром 4,57 м, соединенных системой балок и связей. Простран­ство между цилиндрами и между цилиндрами и наружной обшив­кой заполняли бетонной смесью. Бетонное заполнение образовало ножевую часть колодца и его внутренние стены, стальные же ци­линдры использовали в качестве шахт. На время, необходимое для буксировки колодца, погружения его^; на дно и частичного опуска­ния в грунт, цилиндры сверху были закрыты сферическими колпа­ками. В образовавшиеся замкнутые полости подавали сжатый воз­дух с давлением до 2,8 кгс/см², который, вытесняя воду, обеспечи­вал плавучесть конструкции. По мере опускания цилиндры поочередно наращивали и колпаки переставляли выше.

а) . Гьгс/м Б			5\
	0\^-
		Л_

^б) 2

			1
	К
	""хГ

!

10 15 20 25 30 Ь,М 10 15 20 25 30 Ь,М

Рис. Х.13. Графики удельных сил трения /ч:

а — песчаных грунтов; 6 — глинистых грунтов;

/ — пески гравелистые, крупные и средней крупности при е<0,55; 2 — то же, при 0,55 <е<0.7; 3 — то же, при е>0,7, пески мелкие при 0,6<е<0,75, пески пылеватые при 0,6<е<0,8; 4 — пески мелкие при е>0,75, пески пылеаатые при е>0,8; 5 — глины при

1^ <С0,5, суглинки при /^<0,25; 6 —супеси и суглинки при 0,25</^ <0,75, глины при

I^ >0.5; 7 — илы, суглинки прн / д >0,75

При определении силы Т колодец по высоте делят на участки, границами которых служат границы слоев разных грунтов и места, в которых меняется сечение колодца. Сила

Х.З. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ

На колодец при погружении в грунт действуют усилия, на которые его конструкция должна быть рассчитана. Нагрузки, вызывающие эти усилия, относят к строительным и при проверке прочности ко­лодца на эти нагрузки расчетные сопротивления материалов — бе­тона и арматурной стали — могут быть повышены на 10%.

Усилия, действующие на колодец в процессе его опускания, за­висят от ряда случайных причин и не поддаются точному учету. Это вынуждает принимать условные расчетные схемы, выработан­ные практикой проектирования и проверенные опытом возведения колодцев. Во многом эти расчеты идут в запас прочности. Однако некоторый запас в данном случае необходим, так как исправления, ремонт и усиление колодца во время его погружения крайне за­труднительны, а иногда и невозможны.

Расчет колодца состоит из ряда проверок.

Проверка веса колодца, необходимого для преодоления сил трения при погружении. Вес колодца должен превышать силы тре­ния не менее чем на 15%, т. е.

<Э>1,157\ (Х.1)

где (2 — вес колодца, вычисленный с коэффициентом перегрузки п=1,1; Т — сила трения грунта о наружную поверхность колодца.

При опускании без водоотлива вес колодца принимают с уче­том взвешивания в воде. В этом случае объемный вес кладки, по­груженной в воду, равен -уб—у^, (где ус — объемный вес бетона; Ук, — объемный вес воды = 1 тс/м³).

где А,-, и,-

- высота и наружный периметр г'-й части колодца; ■ удельная сила трения на глубине Ы.

Знак суммы распространяется на полную глубину опускания, считая от верха островка. Удельные силы трения Д-, зависящие от вида грунта и глубины Н_г середины рассматриваемого участка, оп­ределяют по графику (рис. Х.13). При опускании колодца с под­мывом силы трения уменьшают на 25%.

Проверка колодца на разрыв при затирании в грунте. На раз­рыв по горизонтальным сечениям колодец проверяют тогда, когда верхняя его часть может оказаться зажатой в грунте и колодец после удаления грунта из-под банкетки повиснет. Предположим, что колодец зажат верхним слоем грунта толщиной х (рис. Х.14, а). Это будет возможно, если

д {к_х + х) — и/₂х < и/^,

где <? — вес 1 пог. м колодца по высоте;

Л — удельная сила трения верхнего слоя грунта; И — удельная сила трения нижележащего грунта.

Наибольшее значение х₀ глубины х, при которой верхняя часть колодца может быть зажатой в грунте, определяется равенством

д (Й1 + х₀) — и/₂х₀ = и/фг. Из этого равенства следует

к%,

х₀ =

и/1 — д <1 — и/2

V

312

313

Рис. Х.15. Схемы к рас­чету консолей и стен

а наибольшее растягивающее усилие в сечении колодца на грани­це двух слоев грунта будет

5 = (д — и/₂) х₀ = (и/1 — 9) Аь

Вес ц колодца нужно исчислять с коэффициентом перегрузки л=0,9 и учитывать потери веса в воде при опускании без водоот­лива.

По усилию 5 подбирают вертикальную арматуру, устанавливав емую равномерно по периметру стен. При этом сопротивление бе­тона разрыву не учитывают, так как в швах между секциями (ра­бочие швы бетонирования) прочность бетона на растяжение мала.

Рис. Х.14. Схемы к расчету колодца 314

Проверка прочности стен на изгиб в вертикальной плоскости. На изгиб в вертикальной плоскости проверяют наружные стены первой секции, высоту к которой обычно назначают равной 0,8 Ъ, где Ь меньшая сторона колодца (рис. Х.14, б). Если колодец опус­кают с водоотливом и имеется возможность следить за опиранием его на грунт, то ограничиваются расчетом первой секции как двух-консольной балки, опертой на фиксированные подкладки. Стены колодца работают на изгиб от собственного веса. Вес продольных

стен учитывают как равномерно распределенную нагрузку, попе­речных стен как сосредоточенные силы. Вес колодца принимают с коэффициентом перегрузки п=1,1. Расстояние между фиксиро­ванными подкладками подбирают таким, чтобы изгибающие мо­менты над опорами и в середине пролета были равны друг другу. Если отношение сторон колодца а:; 6:^=1,5, то это достигается при расстоянии между фиксированными подкладками, примерно рав­ном 0,7 а.

При опускании колодца без водоотлива дополнительно рассмат­ривают наиболее невыгодные возможные случаи опирания первой секции колодца: колодец оперт по торцовым стенам (рис. Х.14, в) и колодец оперт по середине продольных стен (рис. Х.14, г). Изги­бающие моменты в обоих случаях опирания определяют с коэффи­циентом перегрузки и =1,1 и с учетом взвешивания в воде.

АГ„

<Я„

По наибольшему значению изгибающего момента М_тах прове­ряют прочность наружных продольных стен:

тхг

(Х.З)

при V? = 2 —.

где № — момент сопротивления наружных стен; 6 — толщина наружной стены; Яр — расчетное сопротивление бетона растяжению, соответствующее той марке бетона, которую ои имеет к моменту опускания первой секции.

Если растягивающие напряжения в бетоне превышают расчет» ное сопротивление на растяжение, то необходимо поставить в верху и в низу продольных стен горизонтальную арматуру или увеличить высоту секции.

315

Проверка прочности консоли. Расчет консоли колодца на проч-. ность производят для двух случаев ее работы. В первом с л у-^ чае колодец опущен на проектную глубину, грунт из-под банкетки' выбран и под действием наружного давления грунта и воды кон­соль изгибается внутрь колодца (рис. Х.15, б).

Горизонтальное давление на консоль зависит от условий погру­жения колодца. Если колодец опускают с водоотливом, то давле­ние воды в водопроницаемых грунтах учитывают полностью, а в водонепроницаемых грунтах — в размере 70% гидростатического. При погружении колодца без водотлива давление воды снаружи учитывают полностью, а изнутри колодца в размере 50% гидро­статического.

Таким образом, горизонтальное давление на 1 пог. м периметра колодца на глубине у (рис. X. 15, а) от рабочего уровня воды бу­дет:

при опускании с водоотливом в водонасыщенных грунтах

Ру = Р_Гр.у + Рш.у = V^р.взв У Ч² (45° - 0,5т) + уу«; (Х.4а)

при опускании с водоотливом в водонепроницаемых грунтах

Ру = Ргр.у + ° - ⁷Рв.у = VгрЯ *Е² (45° - 0,59) + 0, 7уу_т; (X. 46)

I

при опускании без водоотлива

Ру = Р_гР.у + 0,&Р_В._У = Vг_Р.взв# *Е (45° - 0,5₉) + 0,%^. (Х.4в)

Здесь р_у

Ртр.у, Ръ.у

V Увзв

Ую

Ф

давление на глубине у;

давление грунта и воды на той же глубине;

объемный вес грунта;

объемный вес грунта с учетом взвешивания в воде;

удельный вес воды, равный 1 тс/м³;

угол внутреннего трения грунта, град.

Для получения наибольшего горизонтального давления нужно вес грунта принимать с коэффициентом перегрузки п=1,2, а угол внутреннего трения грунта — равным нормативному значению ф^н.

Полагая в выражениях (Х.4) глубину у равной проектной глу­бине погружения колодца Н и Н—Н_к (где Н_к — высота консоли), получим давления на консоль р\ и р₂ (см. рис. Х.15, б).

Кроме горизонтального давления, по наружной поверхности консоли будет действовать сила трения. Так как колодец при по­добранном грунте из-под банкетки удерживается только трением, то на консоль приходится сила

где С — вес всего колодца с коэффициентом перегрузки п=0,9 и с учетом взве­шивания в воде (при погружении без водоотлива).

Во втором случае работы консоли колодец опущен напо­ловину проектной глубины, наращен очередной секцией высотой 4—6 м и консоль врезана в грунт на 1 м (рис. Х.15, в). В этих ус­ловиях консоль изгибается наружу.

316

Горизонтальное давление на консоль с наружной стороны опре­деляют тоже по формулам (Х.4), но с коэффициентами перегрузки веса грунта п=0,9. При этом горизонтальное давление снаружи не должно быть более 70% гидростатического. Таким образом, под­ставляя в формулы (Х.4) вместо у величину 0,5 Н и 0,5 Н—Н_к, получим давление р\" и р₂", которые не должны превышать соот­ветственно 0,5-0,7 /7'у_ш= 0,-35 Нуу, и 0,7(0,5 Н—Н_к) у_т. С внутрен­ней стороны на консоль, погруженную в грунт на 1 м, будут дейст­вовать следующие силы.

От веса колодца будет передаваться вертикальная сила

У=0'-Т₂,

где О' —вес кладки, приходящийся на 1 пог. м периметра колодца, высота ко­торого равна сумме половины проектной глубины и высоты очередной секции (вес вычисляют с коэффициентом перегрузки я=1,1, а при опус­кании без водоотлива с учетом взвешивания в воде); Т₂ — силы трения по боковой поверхности.

Силы трения учитывают в минимальном размере, принимая их не более 50% активного горизонтального давления грунта и не бо­лее величин, приведенных выше для проверки веса колодца. Таким образом,

Т₂ = 0,25\_трИ²_г (_Е2 (45° — 0,5?) < /Я_х (X. 5)

при #1=0,5 Н.

При вычислении Т₂ объемный вес грунта принимают с коэффи­циентом перегрузки п=0,9 и учитывают взвешивающее действие воды (в водонасыщенных грунтах).

Давление V распределится между банкеткой и наклонной по­верхностью консоли.

На наклонную поверхность реактивное давление грунта дейст­вует в виде нормальной силы Я и силы трения, равной 7? {§ р (где р— угол трения между кладкой и грунтом). Эти силы дадут рав­нодействующую Я' (см. многоугольник силы на рис. Х.15, в), кото­рая, в свою очередь, можно разложить на вертикальную силу У% и горизонтальную Н„, причем

Нъ= И₂*8(а-Р),

где а — угол наклона внутренней поверхности консоли к горизонту.

Угол трения р принимают равным углу внутреннего трения грунта <р^н. Сила #„ считается приложенной на высоте '/з м от бан­кетки. Вертикальные силы VI и У₂, действующие на банкетку и на­клонную поверхность консоли, в сумме равны

VI + У_% = V.

Полагая, что сила VI распределяется по прямоугольной эпюре* а сила У₂ — по треугольной, можно написать, что

^1 2У₂

— = при т = 1р а,

с т ^к

31?

где с — ширина банкетки;

т ■— проекция наклонной поверхности консоли высотой 1 м.

Решая последние два уравнения, найдем:

у₁₌у—^—, (Х.ба)

2с + т

у₂=У—^ . (Х.бб)

2с + т

Кроме перечисленных сил, на консоль с наружной стороны бу­дет действовать сила трения

Т_2к=Т₂~- = -7Г^Г2-

При определении внутренних усилий считают, что консоль в верхнем сечении /—/ заделана в наружные стены (см. рис. Х.15). Если низ внутренних стен расположен на высоте не более 0,5 м от банкетки или они имеют вертикальные вуты, усилия в сечениях консоли определяют с учетом того, что последние вместе с внутрен-ними стенами колодца образуют горизонтальную раму.

Для упрощения расчета можно рассматривать консоль отдель­но как балку, заделанную в верхнем сечении, и как элемент го­ризонтальной рамы. Совместная работа конструкций при этом учитывается коэффициентом К\ и к₂, которые вводятся к горизон­тальным нагрузкам.

Понижающий коэффициент к_л используют при расчете консоли как заделанной балки и вычисляют по формуле

0,1/,

К_Х Г^_<1* <^Х-^7а>

Л^ + О.Об/⁴

а коэффициент к₂ используют при расчете рамы и вычисляют по формуле

й⁴ ко—г —2—. (Х.76)

где Л — наибольшее расстояние между внутренними стенками; 1₂ — то же, наименьшее.

Если внутренние стены от банкетки расположены выше 0,5 м, то консоль рассчитывают только как заделанную балку и тогда Й!=1. При расчете консоли как заделанной балки усилия в сече­нии 1 — 1 на 1 пог. м консоли в плане находят по следующим формулам.

В первом случае работы консоли (см. рис. Х.15, б): изгибающий момент

н1

М' = —— ФА + й) «1 —Т\ —_;(Х.8а)

6 2

сжимающая сила 7/' = 2^р₁,- (Х.86)

поперечная сила <3= 0,5 (р\ + р"₂) Н^К\. (Х.8в)

Во втором случае работы консоли (см. рис. Х.15, в): изгиба­ ющий момент

М"= ~(2р1 + р;)-яА_к-у)1к1-

В — с I Ь т\ В

-ъ—-ъ(т—тг^Т*т- ^(Х-^9а)

сжимающая сила И" = У_г + У₂ + Т_2к; (Х.96)

поперечная сила <3" = 0,5(р\ + р"₂) Н_кк_х — Н„. (Х.9в)

По моменту М' находят арматуру, устанавливаемую с наруж­ной стороны консоли, по моменту М" — с внутренней стороны.

Расчет консоли на горизонтальные нагрузки (с коэффициентом к₂) как замкнутой рамы производится так же, как и стен на изгиб в горизонтальной плоскости.

Проверка прочности стен на сжатие и изгиб в горизонтальной плоскости. В горизонтальной плоскости стены колодца испытывают равномерно распределенные давления со стороны грунта, опреде­ляемые по формулам (Х.4). При определении наибольших давле­ний принимают объемный вес грунта с коэффициентом перегруз­ки п=1,2.

Для расчета стен условно выделяют двумя горизонтальными сечениями / —/ и // — II участок высотой б (рис. Х.15, г) и на­грузку на участок стены собирают с высоты Л_к+б.. При этом давле­ния, действующие на консоль, вводят с коэффициентом /с_ь В ре­зультате на стены будет действовать горизонтальная уравновешен­ная нагрузка интенсивностью

р'ч. + Рз Р2 + Р\ Р= ^ »Н " Ак«1. (Х.10)

В плане стены образуют замкнутые рамы, которые рассчитыва­ют по общим правилам строительной механики. Формулы узловых моментов и продольных сил для наиболее часто встречающихся схем опускных колодцев приведены в табл. Х.1.

Для приближенных расчетов рам с несколькими внутренними стенами величину моментов на опорах и посередине пролетов на­ружных стен можно вычислять по формуле

М ^ О.ОвЗр/з, где / — расстояние между осями стен.

Продольные сжимающие силы определяют как реакции в си­стеме с шарнирными узлами.

318

319

Продолжение табл. Х.1

Таблица Х.1 ■

Формулы для расчета стен опускного колодца (равномерно распределенная нагрузка, нормальная 17 стенам)

Схема колодца

Формулы для расчета стен опускного колодца (равномерно распределенная нагрузка, нормальная к стенам)

Схема колодца

Изгибающие моменты

Продольные силы

Изгибающие моменты

Продольные силы

а-

^МВА= -Р

8 =

А	в
\'	в	1
.	а — *■

/ В /
'и	В А	/ 1
а	а -*—=*-

рь² „

~ 12~^{(а а+1) =}

'АА

ВА — "¹ВВ

р№

X

12

М_Ав =

2 + аЗ

АА

Х-г- = М

М

2 + а

ВА-

рЬ2 _аз ₊ 3а2—1 12 2 + а '

М_вв = 0

N

АВ

рЬ

2 * ра

*АА= ₂

рЪ

ра Т

^л=-^ +

N

^МВА~^МАВ

_вв = ра

_СЕН

г а а г

а (а? + 2га2л + " 4 («2 + гап + 2л-2) ""*

+ 12/-2Д + 2/-Зя) ' 4 (а2 + гая + 2л-2) '

4дЗ + ЪгаЫ + 6 («2 + _гап + 2л-2) ~

+ 24/-2д + 3/-3я 6 (я2 + лая + 2л-2) ' 2аЗ + Зга2я + 12л-2а

6 (2а + гп) д2 + гап + 2/-2 2а + л-я

аВ — \>Р Р-»

^МАВ=^МВА +

+ р(а + г)-

■ ра

_(тЧ

М_вв = 2р

^ВЛ = РП

N

АВ'

р(а + г)-а — у

рЬ2

12

М_Ав =

(а2__а + 1) =

ра

^лс =

^вл-^лв

Примечание. В таблице за положительные принятые моменты, растягивающие внутренние волокна, и продольные силы сжимающие. Индексы у моментов и продольных сил указывают, к какому элементу относятся усилия, причем первая буква индекса у мо­мента указывает узел, в котором действует момент.

N

РВА
Р Ь о	А
А ]в А	-\
««Л»*.-.

!-"

. ,8
>-|1,	ГП IV
|^|	^	\В\А
	г

ЛС>

= ^ЛЬо

М_ВА =

24

—-^—(2а2 + а—1);

Л*сд = -

р№ 24

(2 + а —а2);

М_ВО=Л1_СО = 0

М_ВА =

р& 2 + Зяа + 12а2 24 2 + ая '

^ЕАВ=^МВА~

-*(т")

ЛГд„ = /«г;

рЬ

*АВ =

^МСА-^МАС

Я_сс> = рЬ

*?_ВА=рг;

АВ

_-'(тН

Толщину стен цилиндрического кольца проверяют по формуле Ляме

(Х.11)

_4/^4

где г — внутренний радиус колодца;

#о — расчетное сопротивление материала колодца на центральное сжатие.

Аналогично рассчитывают остальные секции колодца.

По расчету стен на сжатие и изгиб в горизонтальных плоскос­тях назначают горизонтальную арматуру колодца.

Проверка колодца на всплытие. При погружении колодца в во-донасыщенные грунты после устройства нижней подушки и осуше­ния шахт, на подошву его будет действовать гидростатическое дав­ление воды, направленное снизу вверх. От всплытия колодец удер­живают его вес и силы трения по наружной поверхности. При про-

321

320

верке на всплытие силы трения учитывают в половинном размере. Колодец будет гарантирован от всплытия, если

Х.4. РАСЧЕТ МАССИВНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ИЗ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ

> 1,25,

где (} — вес колодца с нижней подушкой с коэффициентом перегрузки 0,9 (без учета взвешивания в воде); Т — силы трения по наружной поверхности колодца; Н_а — расстояние от уровня поверхностных или грунтовых вод до низа иожа; Р —■ площадь колодца, ограниченная наружным периметром иожа.

Особенности расчета колодцев, погружаемых в тиксотропных рубашках. На возможность погружения колодца под действием собственного веса проверяют по формуле (Х.1), в которой силы трения учитывают только по поверхности консоли (трение в пре­делах рубашки принимают равным нулю). Схемы действия сил трения в зависимости от вида грунтов и глубины погружения низа консоли приведены на рис. Х.15.

Стены и консоль колодца должны быть рассчитаны на горизон­тальное давление грунта и гидростатическое давление глинистого раствора. Консоль и стены ниже тиксотропной рубашки с наруж­ной стороны испытывают горизонтальное давление грунта, кото­рое принимают равным давлению грунта в состоянии покоя:

Ру=пЬуу, (Х.12)

где у — объемный вес грунта, тс/м³;

у — расстояние от поверхности грунта до рассматриваемого сечеиия колод­ца, м;

5 — коэффициент бокового давления грунта в состоянии покоя, равный для крупнообломочных грунтов 0,3, песков и супесей 0,4, суглинков 0,5 и глин 0,7;

п — коэффициент перегрузки, равный 1,1 или 0,9.

В водонасыщенных грунтах объемный вес грунта определяют с учетом взвешивания грунта в воде. В этом случае отдельно учи­тывают еще горизонтальное давление воды.

Стены в пределах тиксотропной рубашки до замены ее цементе-песчанным раствором (или другим материалом) испытывают гид­ростатическое давление глинистого раствора

Ргу=п\гУ.

где ■уг — удельный вес глинистого раствора, тс/м³;

п — коэффициент перегрузки, равный 1,2 или 0,9.

После вытеснения глинистого раствора цементопесчаным стены испытывают давление грунта, определяемое по формуле (Х.4).

При расчете на всплытие необходимо учитывать последова­тельность ведения работ. Если шахты осушают до вытеснения гли­нистого раствора, то силы трения, учитываемые в половинном раз­мере, возникают только по высоте от низа колодца до тиксотроп­ной рубашки. Если шахты осушают после замены рубашки цементопесчаным раствором, то силы трения учитывают также и по поверхности раствора в размере 2 тс/м². На всплытие проверка производится по формуле (Х.12).

322

При расчете массивных фундаментов глубокого заложения учиты­вают, что внешние силовые воздействия передаются грунту не толь­ко подошвой, но и их боковыми гранями.

При действии силы N. приложенной в центре тяжести подошвы фундамента, давление на грунт основания

И — Т °о = —= <*. (Х.13)

•■оси

В силу N входит вес фундамента и грунта на его уступах с уче­том взвешивания в воде. Силу трения Т учитывают только при опирании фундамента на сжимаемые грунты. Ее величина нахо­дится по формуле

7-=0,5и2/*А1. • (Х.14)

Здесь Т — сопротивление грунта по боковым граням фундамента (силы ■ трения), тс; Роев — площадь подошвы, м²;

Я — расчетная несущая способность грунтов основания, тс/м² (см.

п. П.2); и — внешний периметр поперечного сечения фундамента, м; ^ — нормативная сила трения для середины 1-го слоя грунта (при­нимают по табл. ШИЗ с Ш)=\); кг — мощность 1-го слоя грунта, м.

При определении сил трения середину 1-го слоя нужно отсчи­тывать от поверхности грунта после его местного размыва у опоры.

На действие горизонтальных сил и моментов массивные фунда­менты рассчитывают, учитывая сопротивление грунта горизонталь­ным перемещениям фундамента. Так же, как и в свайных фунда­ментах, грунт рассматривают как линейно-деформируемую среду с коэффициентом постели, возрастающим с глубиной по линейно­му закону-

Если _при этом приведенная глубина погружения фун­дамента к=аН^2,5, то при определении давлений на грунт фун­дамент можно считать абсолютно жестким (Е1=оо) и пренебре­гать его собственными деформациями-

Коэффициент а находят по формуле (1Х.5а), а значения коэф­фициента пропорциональности К — по формулам (1Х.З). Расчетная ширина для колодцев

6_р=Кф(/) + 1),

где Б — размер фундамента (у поверхности грунта) в направлении, нормаль­ном к действию внешних сил, м; Гсф — коэффициент формы, учитывающий очертание фундамента в плане (рис. Х.16).

Расчет бесконечно жесткого фундамента в уп­ругой среде — грунте производится следующим образом. Горизон-

323

й 2	-™4 а
	I	>
п «* »■

кф=0,9

К₉= 1,0

&

М₀

Рис. Х.16. Характерные сечения ко­лодца и их коэффициенты формы

Й1

тальные силы и моменты, дей­ствующие на фундамент, могут быть приведены к силе Н (рис. Х.17), расположенной на вы­соте Н_х от поверхности грунта. Высота

н

Под действием силы Н фун­дамент повернется как твердое . тело вокруг некоторой точки 0_{ на угол со. Горизонтальное перемещение на глубине г от поверхности грунта будет

Здесь М_а — момент внешних сил относительно сече­ния колодца в уров­не поверхности грун­та; 2₀ — ордината точки О_ь

При повороте фундамента возникнут реактивные давле­ния грунта по его боковой по­верхности:

а также реактивные давления по подошве

Рис. Х.17. Расчетная схема абсолют­но жесткого столба

Для определения неизвестных величин г₀ и 1р; со составим урав­нения равновесия, выражающие равенства нулю действующих го­ризонтальных нагрузок и их моментов относительно точки О:

н п

И = Г <з_гЬ_раг = Ь_рК Щ ^ш \ г (г₀ — г)йг= (г₀/2 — А/3) Ь^КЬР- 4§ со;

л НН_Х= — ^ а_гЬ_ргаг+ | <ад^осн =

Решая совместно эти уравнения, получим:

РУг2 (ЗА — 4Й1) + 12/_осн

^г°" 2Р6_РА(2А + ЗЛ₁) "' ^{: (ХЛ5а)}

1еш=- = (л.156)

⁶ Д'Л (Рй_рлз ₊ 36/_0С„) А'АЛ

(Х.16а)

при Р=—

_{и л}_ РМ³ + 36/_0СН

45 ^{: 1}=^—. (Х.166)

12р (2А + ЗЛО

Зная г₀ и гд со, находим давления на грунт: горизонтальные

а_г= —г(г₀-г), (Х.17а)

вертикальные

«»~~*. (Х-176)

Суммарные краевые давления по подошве фундамента

Я

°тах=«0±—#. (Х.17в)

где Со — давления на грунт от действующих на столб вертикальных осевых на­грузок;

1/1 — расстояние от центральной оси подошвы столба до наиболее (или наи­менее) напряженной точки подошвы.

При действии на столб внешнего момента М₀ расчетные форму­лы получим, если в приведенных выше выражениях положим #=0, Л1=оо. и НИ.1=М₀. Тогда будем иметь:

2 , г₀=—^ (Х.18а)

рАГ₀

Щ₀г

НВ

в

о,=

°У⁼~В~У (Х.196)

(г₀ — г); (Х.19а)

где /осв-324

= — Ь_РК *Е " | г² (г₀ — г)йг + С_осн 1& "> | г/2й/?_осн =

= — Ь_РКЬ? (го/3 — А/4) (§ ю + С_оск/_ос„ (§ со, • момент инерции подошвы.

лри Я=—-Ь_ркЩ + 1_0СЯ

3(Г "^р "^Р "*" * ^осн' (X. 20)

Суммарные краевые давления на грунт по подошве

°тах = °0 ± ~^- © • (X. 19в)

т1п с

325

Таблица Х.2

			й+й,
	Обозначение коэффициента			й
ОЙ
		1	2	3	5	СО
1.6	«1 «2	1 1	1 1,1	1 1,1	1 1,1	1 1,1
1.8	«1 «2	1 1,1	1,1 1,2	1,1 1,2	1,1 1,2	1,1 1,3
2	«I К2	1,1 1,2	1,1 1,3	1,1 1,4	1,1 1,4	1,2 1,4
2,2	«1 К2	1.1 1.2	1,2 1,5	1,2 1,6	1,2 1,6	1,2 1,7
2.4	«1 «2	1.1 1.3	1,2 1,8	1,3 1.9	1,3 1,9	1,3 2
2,5	«1 К2	1,2 1,4	1,3 1,9	1,4 2.1	1,4 2,2 -	1,4 2,3

Максимальные давления а_тах должны быть не более ^ или 1,2/? (см. п. 11.2).

Горизонтальные давления на глубинах 2=Л/3 и г=Н должны удовлетворять условиям:

4 / у.П \

^п1^л сов <р \ з /

(Х.21>*

-(Ч\М8

ой < адг"

<р, + сХ

сов <р

Обозначения см. в п. 1Х.4.

Изгибающий момент в сечении фундамента на глубине г от по­верхности грунта при действии силы Я

_']}•

(Х.22)

(2г₀ — г)

М_г= И(к_у + г)— ^ Ь_ро_г1(г— 21) аг_г = я|л₁ + г|1

12АЯ

УШ

Ш7/

тт

N

При определении перемещений фундамента выше поверхности грунта можно считать его абсолютно жестким лишь при Б=а/г<1,6. Из сопоставления результатов расчетов абсолют­но жестких и конечной жесткости столбов по­лучена следующая приближенная формула, по которой определяют горизонтальное переме­щение верха опоры при 1,6«5аЛ«52,5:

х¹

А=(к1г₀ + к₂1.)1ё^и> + Ь, (Х.23)

\\ у\\

1_Щ

_I

^

где т — коэффициент, учитывающий влияние когечиой жесткости фундамента иа горизонтальное пе­ремещение в уровне поверхности грунта; к₂ — то же, иа угол поворота того же сечения; й — расстояние от поверхности грунта до верха

Рис. Х.18. Схема к расчету осадок массивного фун­дамента

/

опоры; б — горизонтальное перемещение верха опоры от деформаций, накапливаемых по высоте Ь (как в балке длирой I, с заделанным нижним кон­цом) .

Значения 'коэффициентов К\ и к₂ в зависимости от параметров

аН и —-— приведены в табл. Х.2.

Вертикальные перемещения — осадки находят методом послой­ного суммирования (см. п. И.З). Вертикальное давление на грунт при этом считают равномерно распределенным на условной подо­шве, размеры которой находят в предположении распределения сил трения под углом 0,25<Рс_Р, где <р"_р— средневзвешенное значе­ние углов внутреннего трения грунтов, пройденных фундаментом только в пределах его вертикальных граней от подошвы до перво­го уступа (рис. Х.18).

Наибольший момент возникает на глубине г_ы, которую можно, найти из уравнения

:0.

ам,

аг

В результате подстановки найденного (путем подбора) значен', ния г_м в формулу (Х.22) можно получить максимальный момент. Мгтах, по которому совместно с нормальной силой нужно прове­рять фундамент на прочность.

326

струкция его должна обеспечивать полную герметичность. Масса аппарата примерно 12 т.

Процесс шлюзования и вышлюзования рабочих происходит сле­дующим образом. В центральной камере давление воздуха, рав­ное давлению воздуха в рабочей камере кессона, всегда выше ат­мосферного. Чтобы войти в центральную камеру, давление воздуха в пассажирском прикамерке снижают до нормального, после чего наружная дверь прикамерка легко открывается, а дверь между центральной камерой и прикамерком плотно прижимается к сте­нам внутренним давлением. Войдя в прикамерок и закрыв за со­бой наружнюю дверь, рабочие, открывая воздухопроводный кран, постепенно увеличивают давление и, когда оно сравняется с дав­лением в центральной камере, открывают промежуточную дверь и проходят внутрь шлюзового аппарата. Вышлюзовывание протекает в обратном порядке.

Переход от нормального давления в повышенное и обратно тре­бует определенного времени, необходимого для приспособления организма к новым условиям. Это время, регламентируемое сани­тарными правилами ведения кессонных работ, и составляет от 5 до 60 мин в зависимости от давления в кессоне.

Работа материального прикамерка протекает так же, как и пассажирского, но без ограничения времени на шлюзование и вы­шлюзовывание грузов.

Снизу к центральной камере присоединена шахтная труба. Шахтную трубу собирают из звеньев высотой 2—1,5 м на фланце­вых болтовых соединениях с прокладкой в стыках резины. По вер~ тикали труба разделена на пассажирский и материальный лазы. В пассажирском лазе расположены лестницы со ступенями из круглой стали; к стенкам материального лаза прикреплены на­правляющие планки для движения бадьи с грунтом и строитель­ными материалами. Подъем и опускание бадьи происходят подъ­емником, расположенным на потолке центральной камеры. В по­толке кессона оставлено отверстие для шахтной трубы. При нара­щивании трубы это отверстие герметически закрывают специальной крышкой, называемой декелем. Шахтную трубу прочно прикрепля­ют к потолку кессона, рассчитывая крепление на отрыв трубы дав­лением воздуха. Первое звено шахтной трубы присоединяют ан­керными болтами, забетонированными в потолке кессона.

В надкессонной кладке для шахтных труб оставляют шахтные колодцы. Свободный просвет между трубой и кладкой должен быть не менее 10 см.

Число шлюзовых аппаратов зависит от площади кессона; при постройке мостов на каждые 100 м² площади кессона устанавлива­ют не менее одного аппарата.

Установка для снабжения кессона сжатым воздухом состоит из компрессорной станции, воздухосборников и воздухопроводных труб и шлангов (см. рис. Х1.1).

Компрессорная станция может быть стационарной, расположен­ной на берегу, или передвижной на плавучих средствах (понтонах,

334

баржах); плавучие станции применяют при опускании кессонов в русле широких и глубоких рек. Компрессоры применяют с рабо­чим давлением, не превышающим 4—6 кгс/см², но с большой произ­водительностью; их обеспечивают двумя независимыми источника­ми энергии (электродвигателями или паросиловыми установками), один из которых является запасным — аварийным. Воздух посту­пает в компрессор через фильтр, где он очищается от пыли, копоти и пр. Из компрессора воздух проходит в воздухосборники — стальные цилиндрические резервуары. Воздухосборники предна­значены для хранения сжатого воздуха, отделения от него машин­ного масла и смягчения пневмоударов, неизбежных при работе компрессоров. На воздухосборниках устанавливают манометры и предохранительные клапаны для автоматического выпуска лишне­го воздуха. Объем воздухосборников должен быть не менее 20-се-кундной производительности компрессоров и не менее 3 м³.

Из воздухосборников воздух, пройдя специальный маслоотде­литель, поступает в воздухопроводные стальные трубы диаметром 75—100 мм. Трубы прокладывают в две дублирующие линии на случай порчи одной из них. Укладывают их с уклоном; в понижен­ных местах устанавливают краны для выпуска воды и масла, от­делившихся от воздуха. Зимой трубы утепляют.

У кессона трубы разветвляют на две линии: по одной воздух подается в шлюзовой аппарат, по другой — в камеру кессона че­рез вертикальные стояки. Соединяют воздухопроводные трубы со шлюзовым аппаратом и стояками Гибкими шлангами. Трубы дол­жны иметь обратные клапаны, препятствующие выходу воздуха из кессона при случайных остановках компрессоров.

Для выпуска испорченного воздуха, резкого снижения давления в кессоне и для удаления воды, если ее не удается отжать в грунт (например, в плотных глинах), устанавливают сифонные трубы. Сифонную трубу снабжают запорным вентилем, расположенным в рабочей камере.

Для обеспечения нормальных условий работы рабочая камера и шлюзовые аппараты обеспечивают электроосвещением, телефон­ной связью и звуковыми и световыми сигналами.

Снабжение кессона сжатым воздухом рассчитывают по следу­ющим формулам.

Избыточное давление в камере кессона (в кгс/см²)

Я+ 2.,

^Р~ 10,33 *

Расчетный объем воздуха, подаваемый по правилам техники безопасности, должен составлять (в м³/ч)

У_г = 25 п.

Производственный расход воздуха (в м³/ч)

У₂= с (аГ + $и).

335

Здесь Н — гидростатический напор воды на уровне ножа нессоиа, м;

п — число людей, одновременно работающих под повышенным дав­лением в рабочей камере и шлюзовых аппаратах (в зависимости от категории грунтов состав рабочей бригады на один шлюзовой аппарат составляет от 7 до 17 чел.); с — коэффициент, учитывающий потери воздуха иа шлюзование грун­та и равный 1,25;

а — часовая потеря воздуха через 1 м² потолка и стен кессона, при­нимаемая равной 0,67—0,35 м³/ч;

Р — площадь внутренней поверхности кессона (потолка и стен), м²;

Р — часовая потеря воздуха через 1 пог. м, иожа, принимаемая для иескальных грунтов 1—3 м³/ч, для скальных — 4—6 м³/ч;

и — периметр кессона (по ножу), м.

По наибольшему расходу воздуха и давлению в камере кессона назначают число компрессоров и их марку; один компрессор ста­вят запасным.

Как и массивные опускные колодцы, кессоны бетонируют или над местом их погружения, или в стороне, на берегу, с последу­ющей доставкой к месту погружения по воде. В первом случае для изготовления кессона на поверхности земли подготавливают осно­вание, а при наличии воды глубиной до 6—8 м отсыпают островки (см. рис. Х.6). Далее устанавливают опалубку, арматуру и укла­дывают бетонную смесь. После приобретения бетоном необходимой прочности опалубку разбирают и кессон снимают с подкладок. Эту операцию производят осторожно, в заранее продуманной по­следовательности по аналогии с опускными колодцами.

Монтируют шлюзовые аппараты и шахтные трубы с помощью кранов грузоподъемностью 12—15 т. Для этой цели могут быть ис­пользованы как стреловые самоходные или стационарные краны, так и козловые. При размещении кранов нужно иметь в виду, что вокруг кессона обычно наблюдаются просадки грунта, которые могут нарушить нормальную работу крана. При отсутствии кранов промышленного изготовления можно, как это часто делалось при опускании кессонов под опоры мостов, собрать деревянный пор­тальный кран на потолке кессона.

Смонтированное оборудование для подачи сжатого воздуха — воздухосборники, воздухопроводные трубы, шахтные трубы, шлю­зовой аппарат — перед началом работ проверяют (впрессовыва­ют) давлением, в 2 раза превышающим наибольшее давление, не­обходимое для погружения кессона до проектной отметки.

Грунты в камере кессона разрабатывают ручным механизиро­ванным инструментом с применением в необходимых случаях взрывных работ (при скальных грунтах). Грунт выдают бадьями, которые в грузовом прикамерке опоражнивают в вагонетку для вы­дачи его наружу. При разработке грунта следят за равномерным погружением кессона.

Если наблюдаются перекосы и крены, то замедляют подборку грунта с одной стороны кессона и усиливают с противоположной; в необходимых случаях под потолок подводят шпальные клетки. По мере опускания кессон может быть зажат грунтом настоль­ко, что удаление грунта из-под банкетки перестанет обеспечивать

336

погружение кессона. В этом случае прибегают к форсированной посадке, достигаемой снижением давления воздуха в рабо­чей камере, который вы­пускают через сифонные трубы. Величина каждой 5 форсированной посадки '* не должна превышать 50 см; снижать давление воздуха не нужно более чем на 50%. Пребывание людей в кессоне при фор­сированных посадках за­прещается.

3 к' 3

Рис. Х1.6. Гидромеханизация кессонных работ:

/ — шлюзовой аппарат; 2 — пульповод; 3 — гидро­монитор; 4 — гндроэлеватор

Гидромониторы размывают грунт и

Грунты, поддающиеся размыву, разрабатывают способами гидромехани­зации. Для этого в рабо­чей камере кессона поме­щают гидромониторы а гидроэлеваторы, снабжае­мые напорной водой от насосной станции (рис. Х1.6) направляют его к всасывающему патрубку гидроэлеваторов. Пуль­па гидроэлеваторами выдается наружу по пульповодным трубам. Предельный радиус действия гидромонитора составляет для пес­чаных грунтов 10—12 ,м, для глинистых — 6—7 м.

Обычно одним гидромонитором обслуживают участок пло­щадью 150—250 м² при сыпучих легко размываемых грунтах и 100—150 м² при глинах и супесях.

Количество гидроэлеваторов определяется их производитель­ностью; как правило, на каждый шлюзовой аппарат нужно иметь один гидроэлеватор.

Размыв грунта гидромониторами ведут от середины кессона к ножу, обеспечивая уклон, необходимый для стока пульпы к зумп­фу. Из зумпфа пульпа засасывается гидроэлеватором. Глубина зумпфа должна быть не менее чем на 20 см больше высоты всасы­вающей части гидроэлеватора.

Расход воды при гидромеханизации кессонных работ составля­ет от 4 до 20 м³ на 1 м³ грунта при давлении от 1 до 15 кгс/см².

Впервые гидромеханизация кессонных работ была осуществле­на в 1930 г. в Германии. В СССР этот метод был освоен при по­стройке москворецких мостов в Москве (1938 г.). Впервые в мос­тостроении при постройке моста через р. Днепр в Киеве было осу­ществлено «слепое» опускание кессонов в песчаных грунтах, при котором все управление гидромеханизацией было сосредоточено вне камеры кессона и грунт разрабатывали без рабочих в рабочей

337