Глава V. Постройка фундаментов

МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

УЛ. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Фундаменты мелкого заложения сооружают в котлованах. Построй­ка таких фундаментов состоит из следующих работ: геодезические работы; земляные работы; крепление котлована; ограждение кот­лована от поверхностных вод; водоотлив; кладка тела фундамента. Выбор способа производства этих работ и необходимость в некото­рых из них зависят главным образом от свойств грунтов, а также от того, возводят ли фундамент на сухой местности или на мест­ности, покрытой водой.

При наличии грунтовой воды, а тем более поверхностной работы по сооружению фундаментов в котлованах значительно усложня­ются и стоимость их возрастает.

Для закрепления на местности проектных осей и размеров фундаментов производят геодезические разбивочные работы. Про­дольные и поперечные оси фундаментов переносят на местность при разбивке осей моста.

Размеры котлована в плане назначают в соответствии с проект­ными размерами фундамента с запасом, необходимым для устрой­ства креплений котлована, установки опалубки и пр. Очертание котлована должно быть простым, без входящих углов.

На местности, не покрытой водой, очертание котлована и фун­дамента закрепляют с помощью обноски (рис. У.1), состоящей из сваек диаметром 14—16 см и досок, верхние кромки которых рас­полагают в одной горизонтальной плоскости. Обноску делают па­раллельно сторонам будущего фундамента на расстоянии 1,5—2 м от бровки котлована. На кромках досок размечают положение граней котлована и фундамента, закрепляя их пропилами или гвоздями. Через соответствующие пропилы натягивают шнуры, и места их пересечения (угловые точки) сносят отвесом на поверх­ность земли.

Обноску нужно сохранять на все время постройки фундамента. Однако часто она мешает работам, и тогда разбивку приходится возобновлять по мере надобности.

На местности, покрытой водой, геодезические работы осложня­ются. В этом случае их удобно вести зимой со льда. Летом оси опор закрепляют сваями, которые забивают с плавучих средств, устанавливаемых в проектное положение с помощью теодолитов, пользуясь общей разбивкой осей моста (триангуляционной сетью). Окончательную разбивку фундамента производят после отрытия котлована на его дне.

4—2644

97

^

1 1

С=.

и

О

Таблица У.1

	Отношение высоты откоса Н к его заложению Ь, при глубине котлована, м
Грунт		1
	1,5	1,5—3	3—5
Насыпной естественной влажности Песчаный и гравийный влажный.	1:0,25 1:0,5	1:1 Ы	1:1,25 1:1
ио не насыщенный Глинистый естественной влажно-
сти: супесь суглинок глина лёссовидный сухой	1:0,25 1:0 1:0 1:0	1:0,67 1:0,5 1:0,25 1:0,5	1:0,85 1:0,75 1:0,5 1:0,5

Рис. У.1. Схема обноски фун­дамента:

=0—: О

/ — очертание подошвы фундамен­та; 2—очертание котлована; 3— свайки; 4 — доски; 5 — шнур; 6 — отвес; 7 — груз

Высотные размеры — отметки подошвы и обрезов фундамента — ^; проверяют нивелированием в процессе ведения работ, пользуясь реперами, закрепленными на строительной площадке.

У.2. КОТЛОВАНЫ В СУХИХ И МАЛОВЛАЖНЫХ ГРУНТАХ

В сухих и маловлажных устойчивых грунтах разработку котлова­на можно вести без креплений боковых граней (рис. У.2), прида­вая им уклон в соответствии с табл. УЛ.

При отсутствии креплений земляные работы и кладку фунда­мента нужно производить возможно быстрее, не допуская намока­ния откосов и их сползания. От притока поверхностных дождевых вод котлован защищают с нагорной стороны канавами или кюве­тами. Для сохранения устойчивости откосов строительные матери­алы, механизмы и прочие временные нагрузки располагают не ближе 1 м от бровок котлована. Котлованы без креплений наиболее просты. Однако за счет откосов боковых граней увеличивается

>%Вм

Рис. У.2. Котлован без креплений:

""Ш

/ — нагорная канава; 2 — очертание фун­дамента; 3 — вынутый грунт

объем земляных работ, что при глубоких фундаментах с неболь­шими размерами подошвы может привести к излишним неоправ­данным затратам. Кроме этого, в стесненных условиях строитель­ной площадки, например при близко расположенных зданиях или сооружениях, разработка котлована с естественными откосами ча­сто оказывается невозможной.

Котлованы с вертикальными гранями разрабатывают с приме­нением «реплений, предохраняющих грунт от обрушения.

В сухих грунтах применяют простейшее крепление, называемое закладным. Закладное крепление (рис. У.З) состоит из стоек, рас­порок и горизонтальных досок или горбылей, называемых «забир-кой». Применяют его при ширине котлована до 4 м. Доски забирки заводят за стойки снизу по мере углубления котлована; стойки постепенно заменяют на более длинные, тщательно раскрепляя их распорками.

Более прочным и удобным является крепление,, состоящее из предварительно забитых в грунт двутавровых стальных балок (рис. У.4), за полки которых постепенно закладывают забирку из досок.

По мере углубления котлована устанавливают деревянные или стальные инвентарные распорки. В широких котлованах в ме­стах пересечения распорок ставят стойки. После кладки фундамен­та и засыпки пазух двутавры извлекают из грунта для повторного использования.

Так как закладное крепление применяют в грунтах естествен­ной влажности, боковое давление грунта для их расчета опре­деляют по формуле случаев № 1, 3 или 4 по табл. У.З (см. п. У.4). Расчетная схема крепления приведена на рис. У.5. Доски крепле­ния работают на изгиб, как балки пролетом /. Нагрузка на ниж­нюю, наиболее нагруженную доску

р = Ьр_кп\-

98

4*

99

30-50			150-200		150-200
-Т	—1 —	!		1		ф щ
							—
Ль		1 1		т 1
к~)		щ 1 1
-Ы	/	\ А—1
р				_и
			\

Рис. У.З. Конструкция закладного крепления:

/ — распорка диаметром 14—16 см; 2 — бобышка; 3 —стойка диаметром 12—16 см; 4— за-бирки из досок (или горбылей) толщиной 4—8 см.

Изгибающий момент с учетом неразрезности доски

Из этого выражения обычно определяют расстояние / между стойками, задаваясь толщиной доски:

I <Ъ

1 Г ^5/?и

V Зри '

Стойку рассчитывают, как не­разрезную балку, опорами ко­торой служат распорки; нагрузка на стойку равна р^1п\.

Расстояния 5 между распор­ками желательно принимать та­кими, при которых изгибающие моменты в опасных сечениях стойки равны ее расчетному со­поставлению на изгиб:

м=яж_с

| Г '| Ч 1 ' т ' !» м ]■ :,( '!']			.!
	1 1 1 •* ы	'. «	1

Рис. У.5. Расчетная схема закладио-иого крепления

10

М^-

Если Яи — расчетное сопротивление дерева при изгибе, то

М 3/7*2

Здесь Ь — ширина доски;

рк — горизонтальное давление на уровне середины нижней доски; п\ — коэффициент перегрузки (см. табл. У.4); 6 — толщина доски.

Я-Я

Рис. УЛ. Закладное крепление с стальными стойками:

/-упорные коротыши из швеллеров; 2-распорки; 3-забирка; 4-стойки из двутавров; 5 — бруски; 6 — клин

100

Распорки проверяют на продольный изгиб по формуле

N

чг

<Яс

Здесь и^с — момент сопротивления сечения стойки;

N — сила сжатия в распорке, равная давлению, передаваемому стой­кой; Р — площадь сечения распорки; Ф — коэффициент продольного изгиба; Веж —расчетное сопротивление дерева на сжатие.

У.З. КОНСТРУКЦИЯ ШПУНТОВЫХ ОГРАЖДЕНИЙ

При разработке котлована в акватории, а также в грунтах, насы­щенных водой, необходимо не только укрепить стены котлована, но и защитить его от затопления водой. Для этого применяют шпунтовые ограждения. Шпунтовые ограждения (рис. У.6) состо­ят из шпунтин (шпунтовых свай), погружаемых в грунт до разра­ботки котлована сваебойными механизмами (см. п. VII. 1) и обра­зующих шпунтовые водонепроницаемые стенки, маячных свай и направляющих схваток, обеспечивающих проектное положение шпунта, а также креплений, удерживающих шпунтовые стены от обрушения.

Глубина погружения шпунтовых стенок (стен) определяется грунтовыми условиями. Если водонепроницаемый грунт — водо-

101

упор — залегает неглубоко, то шпунт погружают до этого слоя (рис. У.6, а), чем достигается защита котлована от притока воды,-через его дно. Если водоупор расположен глубоко, то шпунт погру-»-жают ниже дна котлована на глубину, при которой не будет выно-ситься грунт в котлован при осушении. В этом случае глубина I (рис. У.6, б) погружения шпунта ниже дна котлована определится по формуле

г>

(У.1а>

тлу_ьзъ

где #б — напор на уровне дна котлована, м;

Увзв — объемный вес взвешенного водой грунта, тс/м³; т — коэффициент, равный для гравелистого и крупнозернистого песка и супеси — 0,7, для среднезернистого и мелкого песка — 0,5 и для пыле-в этого — 0,4; у-иг —объемный вес воды, равный 1 тс/м³.

В рыхлых, легко подвижных грунтах (пылеватых и мелких пес­ках, текучепластичных и текучих глинистых грунтах и т. п.) воз­можно выпирание грунта в котлован из-под шпунта. Для преду­преждения выпирания шпунт должен быть погружен ниже дна котлована на глубину

1,5 (Ну + д)

Ь>

(У.16)

а)

у'[2!р;4(45⁰ — 0,5?) —1

3 Ч

777777А

7777? УГБ

■77777,

⁷7"" ^

?7%7хУ7>С777> ХХХХХХХХХХ?

⁷7777/7/7'/-

3

_{.1 .}

План

В)

			1	,/
	в	с •	т
/7777,	//7777///		'///////■/	7)77*
		7//////////	в

Рис. У.6. Схемы шпунтовых ограждений:

/ _ водоупор; 2 — уровень грунтовых вод; 3 — направляющие схватки; 4 — шпунтовая стен­ка; 5 —• распорка; 6 — обвязка; 7 — маячиые сван; 8 — анкерная свая; 9 — стяжка

где Н — глубина котлована, считая от уровня грунта вне котлована, м; V — нормативный объемный вес грунта выше дна котлована, тс/м³; <? — нагрузка на поверхности грунта у шпунтового ограждения, тс/м²; у' — нормативный объемный вес грунта, расположенного ниже дна котло­вана, тс/м³; <р — то же, угол внутреннего трения грунта.

Во всех случаях шпунтовые стенки должны быть погружены ниже дна котлована на глубину I, обеспечивающую их прочность и устойчивость, но не менее 1 м при связных, крупнопесчаных и гравелистых грунтах и 2 м при текучих и текучепластичных связ­ных мелкопесчаных и плывунных грунтах.

Отметка верха шпунтовых стенок определяется уровнем воды. Если уровень грунтовых вод расположен на некоторой глубине от дневной поверхности, то для уменьшения длины шпунта целесо­образно верхнюю часть «отлована разработать без креплений (см. рис. У.6, а). В русле рек верх шпунтовых стенок необходимо рас­полагать выше рабочего уровня воды с учетом подпора и высоты волн не менее чем на 0,7 м. За рабочий уровень воды принимается уровень с 10%-ной повторяемостью; подпор, учитываемый при сред­ней скорости течения воды у^2 м/с,

1/2

где § — ускорение силы тяжести (9,81 м/с²).

Шпунтовые стенки могут быть деревянными, стальными и же­лезобетонными. По способу крепления различают стенки без креп­лений, с распорным креплением и с анкерным креплением.

Стенки без креплений (см. рис. У.6, а) применяют при относи­тельно неглубоких котлованах, ограждаемых преимущественно стальным шпунтом; достоинство такого крепления — отсутствие •конструкций, загромождающих котлован, что облегчает земляные работы, дозволяя широко применять различные землеройные меха­низмы. Однако такой шпунт испытывает значительные изгибаю­щие моменты от давления грунта и должен иметь достаточно мощ­еное поперечное сечение. Для обеспечения устойчивости этот шпунт дриходится погружать ниже дна котлована на большую глубину.

Стенки с распорным креплением (см. рис. У.6, б) испытывают •меньшие изгибающие моменты и могут быть сделаны более лег­кими. Крепление состоит из обвязок и системы распорок, которые ■ставят по мере углубления котлована. Расстояние между распор-•ками по высоте определяется расчетом, но исходя из удобства раз­работки грунта должно быть не менее 1—1,5 м. Распорное крепле­ние применяют наиболее часто.

При широких котлованах возможно устройство анкерного креп­ления, состоящего из анкерных свай (рис. У.6, в), забитых за пре­делами котлована, и деревянных схваток или стальных тяжей, ко­торыми закрепляют верх шпунта.

- Деревянное шпунтовое ограждение. Деревянные шпунты дела-йот из досок толщиной до 8 см или брусьев толщиной от 10 до 20—

102

103

Рис. У.7. Конструкция деревянных шпунтин:

/ — паз; 2 — гребень; 3 — скоба диаметром 12—14 мм; 4 — бугель; 5 — гвозди; 6 — болты диаметром 10—16 мм впотай

24 см. Длина шпунтин определяется глубиной их погружения и ред­ко превышает 8 м, так как более длинный лес дорог и дефицитен. Толщину шпунта назначают по расчету на прочность. Из условия забивки гибкость шпунтины не должна превышать 150; примерно такую гибкость имеет шпунт, толщина которого (в см) равна удво­енной длине его (в м).

Для обеспечения водонепроницаемости ограждения шпунтины снабжают гребнем и пазом. Шпунтины из отдельных досок толщи­ной от 4 до 8 см делают с треугольной формой гребня и паза (рис. У.7, а). При отсутствии необходимого размера досок шпун-тину составляют из трех досок толщиной не менее 2,5 см каждая, сплачиваемых по длине гвоздями и болтами (рис. У.7, б). Состав­ные шпунтины имеют прямоугольный гребень и паз, получаемые смещением средней доски относительно крайних.

Брусчатые шпунтовые сваи делают с прямоугольным гребнем и пазом (рис. У.7, в) шириной, равной Уз толщины бруса, и высотой не более 5 см. Нижний конец шпунтины заостряют. Высота за­острения составляет 1—3 толщины шпунтины (чем плотнее грунт, тем угол заострения меньше). С боков заострение симметричное, с фасадной стороны одностороннее — только со стороны гребня.

104

-V

+ /

Одностороннее заострение спо­собствует получению плотной, во­донепроницаемой стенки, так как при забивке шпунтины горизон­тальная составляющая реактив­ного сопротивления грунта при­жимает ее к ранее забитым. Шпунт всегда забивают гребнем вперед, так как в противном слу­чае гребню пришлось бы вытес­нять грунт из паза предыдущей шпунтины.

Рис. У.8. Конструкция башмака:

/ — шпунтина; 2 — башмак

Для большей плотности шпун­та и ускорения его забивки при­меняют пакетные шпунтовые сваи (рис. У.7, г), состоящие из двух-трех брусчатых шпунтин, соеди­ненных скобами. Скобы забива­ют в противоположных направле­ниях под углом 45° через 100—150 см; по концам пакета две-три скобы ставят через 50 см. Скобы втапливают в древесину заподли­цо с поверхностью, чтобы не сбить их при погружении шпунта. За­острение пакетных шпунтовых свай делают общим на весь пакет.

При забивке шпунта в плотные грунты, а также при наличии в грунте твердых прослоек острие шпунтины защищают от повреж­дений металлическими башмаками (рис. У.8). На шпунтинах их закрепляют коваными гвоздями.

Верх шпунтин (голову) обрезают перпендикулярно к продоль­ной оси и для предохранения от размочаливания при забивке

\

-7 /

Рис. У9. Детали деревянных шпунтовых ограждений:

/ — шпунтина; 2 — обвязка; 3 — подкос; 4 — скоба; 5 — болт; 6 — прируб (упор); 7 -порка, 8 — столик; 9 —ерши

• рас-

I

105

укрепляют бугелем из полосовой' стали толщиной 18—14 мм (см. рис. У.7, г). Бугель насаживают! на голову в нагретом состоянии^ чтобы при остывании он плотно сжал древесину.

Детали узлов распорного кре­пления показаны на рис. У.9. Уг­ловые подкосы (узел /) присоеди­няют к обвязкам с помощью упо­ров, врубленных в обвязки на глубину не менее 3 см. Упоры за­крепляют болтами с потайными головками. Для крепления распо­рок предусматривают стальные «столики» (узел //). Столики при­бивают к шпунту коваными за-ершенными штырями.

Рис. У.Ю. Маячные сваи и направ­ляющие схватки:

/ — угловая маячная свая; 2—направляю­щая схватка; 3 — шпунтнны

Для погружения шпунта вдоль шпунтовых стен через 2—2,5 м за­бивают маячные сваи диаметром 18—26 см. Глубина забивки их должна превышать глубину за­бивки шпунта на 0,75—1,5 м. К маячным сваям болтами прикреп­ляют направляющие схватки из пластин диаметром не менее 22 см или из брусьев сечением не менее 14X14 см (рис. У.Ю); между схватками через 1,5—2 м ставят колодки, которые постепенно за­меняют шпунтинами. В углах ограждения концы внутренних схва­ток приходится вырезать, так как они мешают забивке шпунта. Устройство шпунтовых стен начинают с забивки маячных свай. Маячные сваи должны быть забиты возможно точнее по линии ограждения. После установки направляющих схваток приступают к погружению шпунта. Деревянные шпунтины до забивки реко­мендуется вымачивать в воде в течение 10—15 сут; в противном

а)

В)			\	'
		/•
[с	ч	7	^	\ Л	их
	л	и	1 1		и'
	г-^—

Рис. У.11. Профили прокатных стальных шпунтов (см. табл. У.2) 106

случае при набухании древесины шпунтовая стенка может дефор­мироваться.

Основное достоинство деревянных шпунтовых ограждений — простота изготовления. К недостаткам в первую очередь нужно от­нести невозможность забивки шпунтин в плотные грунты, огра­ниченную длину шпунтин (6—8 м) и относительно малую проч­ность.

Стальное шпунтовое ограждение. В современном мостостроении наиболее часто применяют стальные шпунтовые ограждения. Оте­чественные заводы прокатывают стальные шпунтины плоского и корытного профиля (рис. У.11) длиной от 8 до 22 м. Шпунтины можно наращивать, перекрывая стыки накладками на сварке или заклепках, и доводить их длину до 35—40 м. Геометрические ха­рактеристики профилей приведены в табл. У.2.

Замки, которыми шпунтины соединяют при забивке, обеспечи­вают работу шпунтового ряда на растяжение, что позволяет при­менять стальной шпунт в самых разнообразных условиях. Водоне-проницамость стального шпунта обеспечивается заиливанием зам­ков, а также конопаткой их по мере удаления грунта и воды из котлована. Угловые шпунтовые сваи составляют из разрезанных вдоль шпунтин, соединяемых уголковыми накладками. Распорное крепление стальных шпунтов может быть выполнено из дерева или из металла. Деревянное крепление делают аналогично показанно­му на рис. У.9.

Схемы металлических креплений весьма разнообразны. При прямоугольных в плане котлованах они могут состоять из плоских конструкций или из пространственных каркасов. Пример двухъ­ярусного плоского крепления показан на рис. У.12. Крепления вы­полнены из швеллеров с болтовыми соединениями в виде статиче­ски определимых плоских рам. Пространственные каркасы (рис. У.13) применяют при глубокой воде (4—5 м и более), а также при необходимости располагать строительное оборудование на креп­лении; каркасы состоят из двух или более плоских ферм, соединен­ных в плоскостях распорок раскосами и стойками.

Таблица У.2

	Условное обозначение профиля	Размеры профиля, мм					Площадь по­перечного сечения, см2		Масса 1 пог.м, кг	Момент инер­ции относи­тельно оси X—X, см*		° 3 с ^ «
Профиль		ъ	н	й	1	Момен тивлен носите оси X/
Плоский (рис. У.П, а) Корытый (рис. У.П, б) Типа «Ларсен» (рис. У.П, в)	ШП-1 ШП-2 ШК-1 ШК-2 Л.1У Л.У	400 200 400 400 400 420	103 71 75 125 204,5 196	10 10 14,8 21	10 8 10 10 12 15	82 39 64 74 94,3 127,6		64 30 50 58 74 100		332 80 730 2 243 39600 50 943	73 28 114 260 2202 2960

Примечание. Момент инерции и момент сопротивления шпунта типа «Ларсен» даны для 1 пог. м шпунтовой стенки.

107

гя&к

Рис. У.12. Конструкция стального шпунтового ограждения:

/ — шпунт Ларсен IV; 2 — обвязка из швеллеров № 30; 3 — направляющая схватка, швел-' лер № 30; 4 — распорка, швеллер № 30; 5 — угловой подкос, швеллер № 30; 6 — стальные прокладки; 7 — столик; 8 — деревянные клинья; 9 — маячная свая, сваренная из шпунтин

Кроме прямоугольных, иногда делают цилиндрические ограж­дения, располагая шпунт по окружности (рис. У.14). После удале­ния из котлована воды шпунт будет сжат наружным давлением, замки шпунта уплотнятся и водонепроницаемость их возрастет. По­казанное на рис. У.14 крепление сделано из швеллеров, соединен­ных плавками. Кольца закреплены на столиках, поставленных че­рез 3,75 м; столики препятствуют потери устойчивости швеллеров при работе их на сжатие. По сравнению с распорным кольцевое крепление требует меньшего расхода металла и не загромождает котлован, что значительно облегчает земляные работы и кладку фундамента.

Ч План /		\	/		\
/	\		\	/	\
\			N		/

77

~я\

V?

//////у

У///////////////////Л

_и

Рис. У.13. Схема пространственного каркаса

На суше, а также при небольшой глубине воды в русле реки стальной шпунт забивают в направляющих схватках, прнболченных

	Б-Б
	\\/
'/////. 7777/
	У//7///у77

Рис. У.14. Цилиндрическое шпунтовое ограждение

Рис. У.15. Стальной шпунт с направляющими схватками и маячными сваями: / — маячные сван; 2 — направляющие схватки; 3 —угловая шпуитина; 4—уголковая на­кладка; 5 — стальной шпунт; 6 — прокладка

108

*" —-¹" му контуру деревянными или

Рис. У.16. Сечение железобетонных стальными направляющими схват- шпунтин ками. Затем собранные крепле-

ния доставляют на плавучих средствах (понтонах, баржах, плашкоутах) к месту возведения фундамента. Забивают маячные сваи, за которые закрепляют креп­ления, опустив их с плавучих средств. После этого погружают шпунтины, предварительно выставляя из них стенку между маяч­ными сваями. В процессе погружения следят за правильным поло­жением шпунтин. Отклонения шпунтин из плоскости стенки вы­правляют, оттягивая их лебедками. Веерность, т. е. отклонение от вертикали в плоскости стенки, исправляют распорными домкрата­ми, оттяжками и т. д. Если все же не удается избежать веерности, то при замыкании ряда забивают клиновидные шпунтовые сваи, вырезая их из нормальных шпунтин и склепывая или сваривая.

Для облегчения погружения зам'ки шпунтин рекомендуется сма­зывать тавотом. Перед забивкой прямолинейность шпунтин и от­сутствие пороков в замках проверяют, протаскивая через замки отрезок шпунтины длиной 1,5—2 м. В передние по ходу забивки замки снизу забивают стальные пробки, предохраняющие замки от заполнения их грунтом.

Крепления шпунтовых ограждений разбирают по мере кладки фундамента. Стальной шпунт должен быть извлечен из грунта для дальнейшего использования. Его применяют при глубокой воде, а также при плотных, труднопроходимых грунтах.

Железобетонные шпунтовые ограждения. Железобетонные шпунты находят применение преимущественно в гидротехническом строительстве, при постройке набережных, причалов и других со­оружений. На рис. У.16 приведены некоторые типы поперечных се­чений шпунтин. Шпунтины могут быть выполнены с напрягаемой арматурой, что уменьшает их вес и увеличивает трещиностойкость.

В отличие от стальных и деревянных шпунтов, железобетонные шпунтивные ограждения включают в конструкцию фундамента и используют в качестве несущих элементов.

по

У.4. РАСЧЕТ ШПУНТОВЫХ ОГРАЖДЕНИЙ

Шпунтовые ограждения рассчитывают на прочность и устойчивость положения (первая группа предельных состояний). Глубина забив­ки шпунтовых стен в несвязные грунты должна быть проверена по формулам (У.1) на устойчивость грунта против его выпора в кот­лован.

При расчете шпунтовых ограждений необходимо проверять их устойчивость и прочность не только в полностью вырытом кот­ловане, но и в промежуточных .производственных стадиях. Так, рас­чет ограждения, показанного на рис. У.17, необходимо выполнить на следующие случаи:

1. вода удалена ниже крепления / на 0,75—1 м;

2. поставлено крепление /, вода и грунт удалены ниже крепле­ния // на 0,75—1 м;

3. поставлены крепления / и II, грунт и вода удалены ниже крепления /// на 0,75—1 м;

4. поставлены крепления I, II и III, грунт и вода удалены до проектной отметки дна котлована.

Основная нагрузка, действующая на крепления — боковое дав­ление грунта. Так как крепление рассчитывают в предельном со­стоянии, когда оно может иметь достаточно большие перемещения, то давления грунта могут быть найдены исходя из теории Кулона при плоских поверхностях скольжения призм обрушения. На ограж­дающие конструкции грунт развивает два вида давлений — актив­ное и пассивное.

Активное давление возникает, когда ограждение перемещается от грунта. При этом поверхность грунта проседает. Пассивное дав­ление развивается при перемещении ограждения в сторону грунта и сопровождается его выпором.

Боковое давление грунта создается его весом и вертикальной нагрузкой, расположенной на призме обрушения.

При откачке воды из котлована возникает также горизонталь­ное давление воды.

В табл. У.З приведены формулы актив­ного и пассивного давлений для наиболее простых случаев' расчета ограждений.

— —			2
			Л
/„'У7/л:					■■'.".-./Ч!
			Ш
	V/.	УА	*ш	:'7К>;

Если грунты разнородны, но у, ц> и с раз­личаются не более чем на 20%, то грунт можно считать однородным с характеристи­ками:

где уг, фг, с_г- — характеристики 1-го слоя;

кг — МОЩНОСТЬ 1-ГО СЛОЯ.

Рис. У.17. Схема к расче­ту шпунтового крепления с тремя (/—///) распор­ками

111

¹ Более сложные схемы нагрузок приведены в справочнике «Строительство мостов и труб»/Под ред. В. С. Кириллова. М., Транспорт, 1975, с. 110—121.

&т.

Если это условие не соблюдено, то давление на ограждение огь ределяется для каждого слоя грунта отдельно, рассматривая выше расположенные слои как вертикальную нагрузку.

Нагрузка д на призме обрушения от складирования материа­лов, возможной отсыпки грунта и пр. принимается не менее 1 тс/м². Нагрузку от строительного оборудования', расположен-ного на призме обрушения, условно можно заменить равномерно р астр едел енной интенсивностью

О

где О — вес оборудования;

Р — площадь, ограниченная контуром оборудования в плане.

При расчете распорных креплений, кроме горизонтальных дав­лений, нужно учитывать вертикальные давления от собственного веса креплений и веса расположенного на них оборудования. По­следнее принимается не менее 50 кгс/м² для верхнего яруса креп­ления .и 25 кгс/м² для нижних ярусов.

Перечисленные нагрузки учитывают в расчетах с коэффициен­тами перегрузок, приведенными в табл. У.4. Коэффициент пере­грузки для пассивного давления грунта во всех случаях «2=0,8. В основные сочетания входят нагрузки, возникающие после удале­ния грунта и воды до проектной отметки дна котлована. Дополни­тельные сочетания соответствуют промежуточным стадиям работ: установке распорных креплений при разработке котлована и ча­стичной откачке воды, а также удалении креплений в процессе кладки фундамента.

Расчет шпунтовых стенок на устойчивость положения в общем виде производится по формуле

Л*опр < тМ_уд.

Коэффициент условия работы т зависит от типа ограждения и гидрогеологических условий. Для свободно стоящих стенок во всех случаях т=0,95.

Для стенок с одним и более ярусом креплений, погруженных в несвязные грунты, коэффициент т принимается по графику (рис. У.18) в зависимости от параметров

Игр = —гг ^или 1*в=-7Г. И л

При погружении шпунта в несвязные грунты и при частичной откачке воды на глубину не более 0,25 Н в акватории и 0,25 Я_в на местности, не покрытой водой, коэффициент т=0,95.

¹ Более точно давление на грунт от расположенных на нем строительных ма­шин — см. в справочнике «Строительство мостов и труб»/Под ред. В. С. Кирил­лова. М, Транспорт, 1975, с. 115—116.

112

Номер расчет­ного случая

Характеристика расчетного случая

Активное давление

Несвязный грунт влажный (V, ?)

Несвязный грунт водонасы-щенный (Увзв. <р)

На глубину А несвязный грунт влажный (V', у'), ниже водо-насыщенный

СУвзв> Ч")

Связный грунт (у, <у, с)

На глубину А несвязный водо-насыщенный грунт (у_взв, ?'), ниже связный грунт (V",?", с)

\

у*

I '

Схема и эпюра давлений

	\
; /—
А
г
/
/
/
/

	/
		Рг-
_

Ш~	Т'Ь				&,
	/		\	*
•^
■ -				/
		"ч	р:4
/
			1+г
			У
		/	/
>
		/	/
/			/
				. ^ ,

I

X

\ ~*~Рг

Й

р{'

Таблица У.З

Формула давлений на единицу площади ограждения

Рд = дК\ Рг=Угу1₁₁

Рд = ЯК< Рг — Увзв^а + гу_т

Если 0 < г < А, то р = ц\'^, Рг = гу'_г К-

Если 0 < г', то р" = (д + у'к)Х^;

Рг' = У™^г'^1 + ^г'Ч™

2с

К — —\ Рд — «''•а;

Рг=У{г—к_с)1_а

Если 0 < г < А, то р_д = д^-а»

Рг= Ував^ + гуто.

2с

Если 0 < г', то к_с-

у" УК'

р_г,= У'(г'-Ь_с)К

113

Продолжение табл. У.З

Продолжение табл. У.З

Номер расчет­ного случая

Характеристика расчетного случая

Схема и эпюра давлений

Формула давлений на единицу площади ограждения

Номер расчет­ного случая

X арактеристика расчетного случая

Схема и эпюра давлений

Формула давлений на единицу площади ограждения

На глубину Л связный грунт (V', ?', с), ниже несвязный водо-насыщенный ^ГРУНТ (у_взь, <?")

Несвязный водонасыщен-

НЫЙ ГруНТ (Увзв,

у), сверху слой воды толщиной

^Г	ч
■$			N	'РгП
		м		{!^-А
/
			//
			1
/		/

2с Если 0 < г < й, то Л_с = —;

у УК

Рд = 9К' Р* = V (г — к_с) 1'_а у'. Если 0 < г', то р"_д = (д + Ну') Х^';

Если 0 < г < Л„, то р_г —. к_ву_т. Если 0 < г', то р_х, = у_пзв-г'А_а +

Пассивное

давление

Несвязный водонасыщен-

НЫЙ грунт (Увзв,

Связный грунт (у, ?, с)

>
«'•■■""I > 5±3
<] "| Рт.^1
о ? 1/
Я /
^1 /
у /
Я /
у /
	&,

Рг = Увзв-^п + *Уъ

р_с=2сУ~к_п; р_г= гу_г1„

Связный грунт (у, % с), сверху слой во­ды толщиной 1г_в

Если 0 < г < Н_в, то /7_г= Л„у_а

2с Если 0 < г', то к_с =

/V = ЛвУаУда Р_г, = У (2' — Н_с) 1_а

На глубину к_и вода, на глуби­ну к несвязный водонасыщен-ный грунт (у_взв,

у'), ниже связ­ный грунт (у", Г, с)

Если 0 < г < А_в, то р_г= гу_ш. Если 0 < г' < А, то р_г, = у_взв -гА_п+

+ (-г' +К)У-ш-Если 0 < г", то р_с=2с ]/{*";

/V = (Увзв ^Л + *?» + ЛвУш) О

На глубину к несвязный водо-насыщенный грунт (у_взв, ?'), ниже связный грунт (у",?", с), сверху слой во­ды толщиной к_в

■&УВ

Если 0 < г < Л_в, то р_г = г-уи,. Если 0 < г' < Л, то

Рг' = У'_взв²'К + (Ь_В + 2')Уи,-

2с Если 0 < г", то Л_с = —;

V у а;

Л? = Су_вЗВ А + ЛУш + АпУи,) Х_а; ■ /^ = \-"(*"-А_с)Х;

Примечания: 1. В пассивном давлении при связном грунте сцепление с учиты­вается полностью только с глубины 1 м от его поверхности.

2. В таблице приняты следующие обозначения: д—равномерно распределенная на­ грузка на призме обрушения, тс/м²; V — нормативный объемный вес грунта, тс/м³; ■у_вЗВ^— то же, взвешенного водой, тс/м³; ф — нормативный угол внутреннего трения грунта, град; с — нормативное удельное сцепление грунта, тс/м²; Ь_& — коэффициент активного давления Х_а =18² (45°—0,5ф); ?ь_п— коэффициент пассивного давления ?ь_п=1е² (45°+0,5ф); » —длина

призмы обрушения для глубины г от поверхности грунта 1=г1д (45°—0,5ф).

3. Объемный вес воды У_ш~1 тс/м³.

114

115

Таблица V.'

	Обозначение коэффициента	Коэффициент перегрузки п 1 при сочетаниях нагрузок
Нагрузка		основных	дополнитель­ных
Давление воды Горизонтальное (активное) давле­ние грунта Вес крепления Нагрузка на креплениях	«3	1,0 1,2 1,2 1,3	1,0 1,0 1,2 1,3

Здесь Л4опр — опрокидывающий момент; ■Муд — удерживающий момент; т — коэффициент условия работы; Н — глубина котлована; Я_гр — расстояние от дна котлована до поверхности дна акватории; Н_в — то же, до уровня грунтовых вод на местности не покрытой водой.

При погружении шпунта в водоупор или в связные грунты т=0,95.

Шпунтовые ограждения на прочность рассчитывают по общим правилам сопротивления материалов с делением расчетных сопро­тивлений на коэффициент надежности к„:

При расчете ограждений на акватории к_н=1,1

щ т 1,1 1,0 0,3 0,8 0,7 0, В 0,5 Рис. \М8. Графики коэффициента т для ограждений: а — на местности, покрытой водой; б — то же, непокрытой водой. Пунктирной ли­нией дана т для стенок с двумя и более ярусами креплений, сплошной — с одним ярусом 5) т 1,05 1,00 035

При расчете в остальных случаях к_н=1

ч	ч
	^ч.	\	^	™=/
			ч ч		ч
\						N
Мгр^О^		ч
ч						О

25

0,1 0,4 0,6 0,8 р.$

15 10

30 35 %

Расчетные сопротивления материалов назначают по нормам на временные сооружения.

При расчете шпунтин типа ШК и Ларсен, погруженных в сла­бые грунты, момент сопротивления их поперечных сечений прини­мается: с коэффициентом 0,7 при обвязках, неприкрепленных к шпунтинам, и коэффициентом 0,8 при обвязках, прикрепленных к шпунтинам (этим учитывают возможность смещения шпунтин в замках).

Б расчетном отношении шпунтовые ограждения представляют собой достаточно сложные конструкции. Взаимодействие шпунтов с грунтом, во многом зависящее от схемы ограждения и ряда дру­гих факторов, теоретически изучено еще недостаточно. Поэтому при проектировании фундаментов находят применение различные приближенные методы.

Б транспортном строительстве приняты следующие способы расчета.

В зависимости от конструкции крепления стенки могут быть без креплений, с одним, двумя и более ярусами креплений. Кроме этого, шпунтовое ограждение может быть расположено на сухой местности, например на пойме реки- и на акватории — в русле ре­ки. Весьма часто (см. п. У.9) на дно вырытого котлована уклады­вают водозащитную бетонную подушку — тампонажный слой, из­меняющий условия работы шпунта. Все эти схемы имеют свои осо­бенности расчета.

Расчет шпунтовой стенки без креплений. Стенка без креплений (рис. У.19, а) под действием левых активных сил стремится повер­нуться вокруг точки О, расположенной на расстоянии А) от дна котлована. От вращения стенка удерживается пассивным сопро­тивлением грунта. Величину и определяют из уравнения устойчи­вости на опрокидывание относительно точки О. При этом в расчете условно учитывают только силы, расположенные выше О. Величи­на М находится по формуле

при Е° + 2# = 0, р'_и = р„— р_а, где Е_а — пассивное давление грунта, расположенного ниже точки О;

НЕ — алгебраическая сумма всех горизонтальных сил, расположенных выше

точки О; Рп — разность ординат эпюр пассивного р_п и активного р_а давлений грун­та на уровне точки О. В приближенных расчетах можно принимать Д^=15-=-20% от г₀. Полная глубина I забивки шпунта ниже дна котлована будет

В качестве примера рассмотрим расчет стенки в несвязных грунтах без креплений (см. рис. У.19, а). Имеем: давление воды

е'_в= 0,5//^; К = Н^₀у_ш;

117

.1

Рис. У.19. Схемы к расчету стенки без креплений

1 у					Т
' 1		0			|\
1 1	Рп	-*1	-^	Ра	1

активные давления грунта:

Е'_а = 0,5 (я- //_в)2_ух_а„_ь е_& = (я_Е + г₀) (Я- я_в) уиЛл;

Е_а = 0,5(Я_в + *₀)²

Е₉= _ч (Я +.адХ_ая₁; пассивное давление грунта

Е„=0,5^у_взвХ„Л₂

(коэффициенты перегрузки— «1 и п₂ — см. табл. У.4). Уравнение устойчивости на опрокидывание

ЬЯ_В-М₀ +

(^) ₊ ^ + <(-^ + ».₊<о)

» Я_в + ^о - Я_в + ^о _Л[±<о. _д ±

^а 2 ^а 3 ^д 2 3

где т — коэффициент условия работы.

Это уравнение будет третьей степени относительно ^о, его проще всего решать графически или методом последовательных прибли­жений.

118

Величину Е_п находят из уравнения

^Е° + К + К + К + К + К + ^Еч - ^Е« = о •

а величину р„ из выражения

р'„ = Рп~ Ра = [д + V {И — Я_в) + Увзв (Я_в + *₀)] ^Хп«2 — Увзв*0^Ха"1 ■

При связных грунтах активные и пассивные давления вычисля­ются с учетом сил сцепления с. Расчет ведется по двум схемам:

Схема 1. Стенка сместилась в сторону котлована, и вода про­никла до глубины 0,8(#_гр-Ио). В этом случае вместо активного давления связного грунта действует давление воды (см. рис.. У.19, б).

Сх е м а 2. Смещение стенки отсутствует. При вычислении ак­тивного давления связного грунта вышележащий грунт и вода слу­жат вертикальной нагрузкой на его кровлю (рис. У.19, в). В обоих случаях расчет ведется по формулам, аналогичным приведенным выше.

Если при несвязных грунтах на дно котлована уложена тампо-нажная подушка, то нужно рассмотреть две стадии производства работ.

1. Котлован вырыт до низа подушки, и уровень воды в котло­ване понижен, но не более чем на 25% глубины до откачки. Расчет ведется аналогично рассмотренному примеру.

2. Вода из котлована удалена полностью и шпунт стремится повернуться вокруг точки О, расположенной на 0,5 м ниже верха подушки (рис. У.20). В этой стадии расчет ведется следующим образом.

Силы, действующие на стенку:

<= 0,5Н2\_ш; Е_в = ту^;Е1= 0,5у_вз_вЯ²_рХ_ащ; Ё'_а = (а + 0,5) ({— а) у_{п В}зв>-_а«1;

^3 = 0,5 (^ — *02у_взвХ_аЛ1.;

^Е„= ^гр^Увзв^пВД

е; =0,5^3^2

при Упвзв= Уб — Уш>

где у га — объемный вес воды, равный 1;

Упвзв — объемный вес подушки за вычетом гидростатического давления воды; уе — объемный вес бетона подушки.

Уравнение устойчивости на опрокидывание

^в 3 ^{+ а} 3 ^{+ а} 2 ^{+ а} 3 ~

119

& УВ

а)

Из этого уравнения определи*

"У ют величину I.

Изгибающие моменты для расчета прочности шпунтин нахо-дят, рассматривая последователь­но равновесие верхних отсекае­мых частей стенки. Прочность ~: проверяют по наибольшему изги­бающему моменту.

Расчет шпунтовой стенки с од-

_:: ним ярусом креплений. Стенка с

одним ярусом креплений стремит-

Рис. У.20. Схема к расчету стенки СЯ повернуться вокруг ТОЧКИ О

при тампонажной подушке (рис. У.21, а). Заглубление I

шпунта ниже дна котлована на­ходят из уравнения устойчивости относительно точки О. Для несвязного грунта имеем:

Е;=о,5(Я-Я_в)2уХ_ащ; Е\ = (Я + Яр - Я_в) (Я_в + 0 уХ.щ;

<=о,5(я_в + о²Увзв^_ап1;

Е_в = О ,5Я* у_ш; Е"_в = 0,5<Л_ву.;

Е"_п = 0,5*2у_вЗВХ_пП₂.

(пассивное давление ь'_п учитывают в размере не более 60%). Уравнение устойчивости

^{.)+<(„+*=*)+}

/2 я ( 2 — Я_р

Е'_а — (Я - Я_в) + Е_а (Н + —^-^в

+ Е1

ЗЯ—Я

Аналогично определяют глубину I забивки шпунта до укладки тампонажной подушки в затопленном котловане. При этом для установки крепления уровень воды в котловане снижают на глу­бину не менее 1 м.

В связных грунтах так же, как 'и в стенке без креплений, рас­сматривают два случая: 1) вода проникла на глубину 0,51 ниже дна котлована; 2) смещение стенки отсутствует.

Изгибающие моменты и усилия в элементах крепления опреде­ляют, рассматривая стенку как однопролетную балку, свободно опертую вверху на крепление, а внизу на условную опору, распо­ложенную на глубине 0,5/ от дна котлована. При тампонажной по­душке нижнюю опору располагают на глубине 0,5 м от верха по-

Рис. У.21. К расчету стенки с креплениями

душки. Расчетными нагрузками в этих расчетах являются только активное давление грунта и воды, причем нагрузки, действующие ниже нижней опоры, не учитываются.

Расчет шпунтовой стенки с многоярусным креплением. Опро­кидывание стенки возможно только тогда, когда распорные креп­ления не способны воспринимать растягивающих усилий и стенка вращается вокруг нижнего яруса креплений (рис. У.21,б). Силы, действующие на стенку:

Е'_в = 0,буи, (Я — Я_р)2; [Е"_в = (Я- Я_р) Яру,,;

Е_в=0,5И1у_ш; Е™= Н(у_ш;

Е'_а = (Я_гр — Яр) ({ + Яр) у_взвХ_аП1; Е"_а = 0,5 (* + Я_р)2 у_взвХ_ащ.

_Е;= 0,6-0,5 (Я_гр— Я_р)2у_взвХ_пп₂; <= 0,5^у_в3вх_пп₂

(пассивное давление грунта Е'_п, действующее выше точки О, учи­тывают в размере 60%).

Глубину I забивки шпунта находят из уравнения устойчивости стенки

+ Е_п—Н_р + Е_а- ₂

2~⁺ " 3

я,

я—я_с

_-[*

+к

+ Е„

_{«(т'+"»)]-•}

я,

Прочность шпунта при этом должна быть достаточной для вос­приятия изгибающих моментов от сил, действующих выше нижней распорки, т. е.

+к

Яп

гр-

<Я₀№,

,, Я — Я_р

в з 3

где #0 — расчетное сопротивление шпунта, кгс/см². У? — момент сопротивления шпунта, см³/м.

121

120

Распорные крепления и шпунт должны быть проверены на прочность по двум расчетным схемам.

Схема 1. Стенку рассматривают как неразрезную балку, опираюш.уюся на крепления и имеющую консоль длиной 1+Н_р. В этой схеме учитывают все силы, показанные на рис. У.21,б.

Схема 2. Стенку рассматривают как неразрезную балку, опирающуюся на крепления и нижнюю (крайнюю) условную опо­ру, расположенную в грунте на глубине 0,5^ от дна котлована. В этой схеме учитывают только активные силы, расположенные выше нижней опоры (пассивное давление грунта со стороны кот­лована не учитывают).

Расчет цилиндрического крепления. Кольцевое шпунтовое креп­ление (см. рис. У.14) должно быть проверено на общую устойчи­вость при сжатии. На каждый ярус крепления действует радиаль­ное давление, передаваемое шпунтом, интенсивностью д. Сжимаю­щая сила в кольце

Устойчивость обеспечена, если

«= -=— < /?о.

Здесь ^_к — радиус осевой линии кольца;

^о — расчетное сопротивление стали; ^бр — площадь сечения кольца брутто; <р — коэффициент продольного изгиба.

Коэффициент ф находят по общим правилам расчета стальных конструкций, причем расчетную свободную длину 1₀ кольца прини­мают равной 1,82 7?_к.

У.5. ЗАЩИТА КОТЛОВАНОВ ОТ ГРУНТОВЫХ ВОД ЗАМОРАЖИВАНИЕМ И БИТУМИЗАЦИЕЙ ГРУНТОВ

Свойство влажных грунтов переходить в твердое состояние при замерзании может быть с упехом использовано для защиты кот­лованов от грунтовых вод. Замораживание может быть естествен­ным и искусственным.

Естественное замораживание осуществимо в районах Крайнего Севера и Дальнего Востока, характерных продолжительными зи­мами со значительными отрицательными температурами. В этих условиях котлован вскрывают до уровня грунтовых вод в период до наступления морозов. Затем с наступлением отрицательных тем­ператур и промерзания грунта на глубину 20—30 см снимают верх­ний слой, оставляя нетронутыми 10—15 см мерзлого грунта. После того как грунт вновь промерзнет на 20—30 см, опять снимают верх­ний слой и т. д. Одновременно с дном котлована промораживают и его стены. В результате котлован со всех сторон оказывается защищенным от воды слоем прочного мерзлого грунта.

122

Искусственное замораживание применяют, в водонасыщенных грунтах (в том числе и в плывунах) при разработке значительных по объему котлованов. Этот способ состоит в создании по перимет­ру котлована стенки из мерзлого грунта, заглубленной на 2—3 м в водоупор. При соответствующей толщине замороженного грун­та такая стенка не только водонепроницаема, но и достаточно прочна, чтобы заменить собой шпунт. Грунт замораживают, погру­жая в него трубы, в которых циркулирует охлаждающий раствор хлористого натрия (ЫаС1) или хлористого кальция (СаСЬ), назы­ваемый рассолом.

Вокруг труб образуются цилиндры мерзлого грунта, которые, смыкаясь между собой в процессе замораживания, создают сплош­ную стенку.

При аммиачной замораживающей установке (рис. У.22) охлаж­дение рассола до минус 20—25° С происходит в сосуде-испарите­ле 4, откуда он через распределительный коллектор 9 подается насосом 7 в замораживающие колонки 10 и затем через коллек­тор 8 засасывается опять в сосуд-испаритель для последующего охлаждения и т. д. Рассол циркулирует непрерывно и, проходя че­рез замораживающие колонки, постепенно охлаждает грунт до температуры минус 16—18° С. Для охлаждения рассола в змеевик, расположенный в сосуде-испарителе, подается жидкий аммиак, сжатый до 8—12 кгс/см². В змеевике с помощью вентиля 6 давле­ние аммиака снижают до 1,5 кгс/см², вследствие чего аммиак пе­реходит в газообразное состояние и температура его снижается примерно до —25° С.

Пары аммиака всасываются компрессором 3, где они вновь сжи­маются до 8—12 кгс/см² и затем в конденсаторе 2 переходят в жид­кое состояние с температурой минус 15—20° С. Пройдя вторичный конденсатор /, жидкий аммиак по трубопроводу 5 вновь поступает в змеевик сосуда-испарителя.

Колонки располагают по периметру котлована через 0,9—1,5 м; ври очертании котлована, близком к квадратному, колонки реко­мендуется располагать по описанной окружности с тем, чтобы за-

123

мороженная грунтовая стенка образовала цилиндр. Толщина стен­ки замороженного грунта зависит от ее назначения: если она слу­жит только для защиты от притока грунтовых вод, то достаточно] иметь толщину 10—15 см, если же она одновременно выполняет роль ограждения котлована, то толщину устанавливают расчетом на прочность.

Режим работы замораживающей установки состоит из двух этапов: на первом этапе, называемом активным замораживанием, замораживают грунт, на втором — пассивном замораживании — поддерживают отрицательные температуры грунта в течение всего! времени производства работ в котловане.

В скальных трещиноватых 'породах с большим притоком воды через дно котлована иногда приходится прибегать к устройству водонепроницаемых экранов, нагнетая в породу битум марок БН-Ш или БН-У

Разогретый до жидкого состояния битум подают насосом в инъекторы, которые располагают в скважинах диаметром 100 мм, пробуренных в породе ниже дна котлована. Инъектор де­лают из толстостенных труб диаметром 40—50 мм. В пределах трещиноватой породы трубы имеют отверстия, через которые битум проникает в трещины и, остывая, заполняет их.

Для подогрева жидкого битума в инъекторе применяют элек­троток. Ток напряжением 12 В подают от источника по проводам, подключенным к корпусу инъектора и к железному стержню-про­воднику, опущенному внутрь инъектора и прикрепленному к его нижнему концу. Во избежание короткого замыкания проводник по длине крепят на изоляторах, а верхний конец натягивают пружи­ной или грузом, перекинутым через блок. Расстояние между инъ-екторами определяют пробной битумизацией. Обычно оно равно 0,75—1 м.

В песчаных грунтах битумизируют нагнетанием битумной эмульсии, состоящей из 60—65% битума, 35—40% воды и доба­вок: эмульгатора, обеспечивающего распад битума на мельчайшие частицы, и коагулятора, необходимого для осаждения взвешенных в воде частиц битума после его нагнетания в грунт.

У.6. ПЕРЕМЫЧКИ

При постройке фундаментов на местности, покрытой водой, напри­мер в русле реки, котлованы защищают от затопления специаль­ными ограждениями, называемыми перемычками (рис. У.23). В плане перемычкам придают простейшее очертание. Если котло­ван омывается водой со всех сторон, то его ограждают замкнутой четырехсторонней перемычкой (рис. У.23, а); вблизи берега при соответствующих отметках земли перемычка может быть трехсто­ронней (рис. У.23, б). Учитывая возможные колебания уровня во­ды, подпор, высоту волн и прочее, верх перемычек располагают выше уровня воды не менее чем на 0,7 м.

124

Рис. У.23. Схема перемычек: 1 — перемычка; 2 — котлован

Основные требования к конструкциям перемычек:

перемычки должны быть прочны и устойчивы при действии на них внешних сил — давления воды, льда, случайного навала судов и т. д.;

перемычки не должны размываться проточной водой и вол­нами;

стеснение перемычками живого сечения реки должно быть ми­нимальным. Допустимую величину стеснения определяют из расчетов возможного размыва дна реки и скорости течения воды. По условиям судоходства стеснение русла не должно превышать 30%;

перемычки должны быть достаточно водонепроницаемыми и надежно защищать котлован от притока воды.

В зависимости от глубины воды, грунтов дна реки и других местных условий перемычки могут быть грунтовыми, деревянны­ми, стальными и железобетонными; весьма- распространены сме­шанные конструкции, преимущественно дерево-грунтовые.

Грунтовые перемычки. Наиболее просты грунтовые перемычки (рис. У.24, а). Они могут быть отсыпаны из любого грунта, кроме глины и тяжелых суглинков, так как последние пучатся при за­мерзании, плохо уплотняются, размокают при увлажнении и легко размываются водой. Лучшие грунты для грунтовых перемычек — супеси и легкие суглинки. Грунтовые перемычки обычно устраи-

125

1-2м. вают на сухих поймах для защи-.

ты котлована от паводковых вод при глубине последних не более

2 м.

';;/;777^У/У////У//У//уУу/;^/77?77,_л

Рис. У.24. Грунтовые перемычки:

/ — кривая депрессии; 2 — ядро из глины; 3 — водоупор

В поперечном сечении пере­мычки имеют форму трапеции а шириной поверху от 1 до 2 м, в" зависимости от водопроницаемо­сти грунтов, из которых они воз-] водятся, глубины воды, а также" необходимости размещения на! них различных строительных ме-^ ханизмов (насосов, кранов и пр.).» Ширина понизу определяется крутизной боковых откосов; со стороны котлована им придают уклон не круче 1:1, а со стороны воды 2 : 1—3: 1. При скорости те­чения воды до 0,1 м/с наружные откосы оставляют без крепления. При больших скоростях откосы укрепляют от размыва каменной наброской, мощением, хворостя­ной выстилкой и т. д. Перемычки нужно располагать на некотором удалении от бровки котлована, желательно за пределами призм обрушения его стен; в противном случае стены должны иметь крепления, рассчитанные на вес перемычек.

Для лучшей водонепроницаемости в теле перемычки может быть выложено ядро из мятой глины (рис. У.24, б). Если верхний слой грунта водоносный, то его прорезают глиняным ядром до во-доупора. На реках с песчаным руслом перемычки могут быть от­сыпаны из местного песка (рис. У.24, в). При скорости течения воды до 0,5—0,7 м/с песок не уносится водой при отсыпке его не­посредственно в воду, а в результате заиливания мелкими части­цами, взвешенными в речной воде, даже крупнозернистые пески становятся водонепроницаемыми.

Песчаные перемычки применяют при глубине воды до 4 м, а иногда и до 6—8 м. Ширину поверху назначают не менее 2— 3 м. Крутизна откосов, определяемая углом естественного откоса песка, насыщенного водой, составляет для наружных откосов 3: 1—5: 1 и для внутренних 3: 1. Для удержания внутренних от­косов от сползания и уменьшения объема песка со стороны котло­вана ставят деревянную стенку из козел и щитов. Козлы опуска­ют на дно, пригружая их камнем, затем укладывают щиты, после чего отсыпают песок.

Откачивать воду из-за песчаной перемычки нужно осторожно, так как при быстром понижении уровня воды и резко возрастаю­щем напоре песок не будет достаточно заилен и перемычка легко

может быть размыта. Песчаные перемычки имеют значительный объем; возводить их целесообразно средствами гидромеханизации (намывом).

Грунтовые перемычки рассчитывают на устойчивость против сдвига и на фильтрацию воды.

Вес 1 пог. м перемычки (см. рис. V. 24, а)

О=0,5(5 + *)Л'у_взв.

Сдвигающими силами будут: статическое давление воды

1ГС =	= 0,5А^ у»;
динамическое давление воды
1ГЯ =	е.

Проверку на сдвиг производят по формуле

^С/ >1,5.

Количество воды (в м³/с), поступающей через 1 пог. м пере-

мычки

2Ь

9 =

Здесь В, Ь — ширина понизу и поверху, м; Н — высота перемычки, м; ■увзв — нормативный объемный вес грунта перемычки с учетом взве­шивания в воде, тс/м³; Н_в — глубина воды, м; V — скорость течения воды, м/с; § — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с²; / — коэффициент трения, принимаемый равным 0,5—0,3; Кф — коэффициент фильтрации грунта перемычки, м/с; Ь — проекция на горизонталь кривой депрессии, м.

По величине ^ находят приток воды, по которому подбирают необходимую производительность насосов для откачки воды из котлована.

Смешанные перемычки. Смешанные перемычки состоят из де­ревянных шпунтовых рядов, водонепроницаемость которых повы­шается грунтом или в редких случаях бетоном. Такие перемычки применяют при водопроницаемых грунтах для защиты котлована не только от поверхностных, но и от грунтовых вод.

Однорядная шпунтовая перемычка, состоящая из шпунтовой стенки, обсыпанной с одной стороны грунтом (рис. У.25, а), может быть одновременно использована для ограждения стен котлована; в этом случае ее укрепляют распорным креплением. Однорядные шпунтовые перемычки применяют при глубине воды до 2—3 м.

126

127

рядной перемычки рассчи­тывают на усилия, которым они подвергаются при раз­ных стадиях ее сооружения ^> (рис. У.25, е). До откачки -^-~ воды из котлована стенки испытывают: изнутри давле­ние грунта заполнения, на­сыщенного водой, и снаружи >я?й^^^ давление воды. Каждую стенку рассчитывают от­дельно, считая верхний ко­нец ее свободно опертым (закрепленным схватками). После удаления воды из котлована внешняя стенка снаружи испытывает давле­ние воды; обе стенки изнут­ри испытывают давление грунта заполнения и воды, которое условно принимают в половинном размере:

Рис. У.26. Ряжевая перемычка:

/ — водонепроницаемый экран; 2 — сжимы; 3 ■ хомуты; 4 — кули с глиной

М-А

'^Ж^Ч.Х\Ч^^ЛЧЧХ\УаЧ\>а^«^\Ч><\<»5'

V

Ж

Рис. У.27. Деревянный бездонный ящик: Тб — тампонажный бетон

129

**К

> ^у/Ау^лууа-у/;

7^5^^^^^^^Ж^^^^^?7^^^?^5

б)

В)

7"

—7"

I—~—^!—"1

2

1

УЛМКУ/А

Г

% ч>/а&у;иш

Рис. У.25. Смешанные перемычки:

/ — шпунт; 2 —распорное крепление; 3 —схватки; 4 — грунтовое заполнение

При постройке фундаментов мостовых опор, расположенных в русле рек, часто применяют двухрядные шпунтовые перемычки. Они (рис. У.25, б) состоят из двух деревянных (в редких случаях стальных) шпунтовых рядов, пространство между которыми за­полнено водонепроницаемым грунтом. Внутренний шпунтовый ряд одновременно служит для защиты котлована от грунтовых вод и для укрепления стен котлована. Его забивают ниже дна котлована на глубину, обеспечивающую прочность и устойчивость ряда, а также устойчивость грунта основания. Внутренний шпунтовый ряд укрепляют распорным креплением. Наружный шпунтовый ряд, служащий для удержания грунтового заполнения и придания пе­ремычке общей жесткости и устойчивости, а также для повышения-ее водонепроницаемости, забивают в дно реки на глубину не ме* нее 2 м. Головы маячных свай шпунтовых рядов соединяют гори­зонтальными схватками, которые обеспечивают совместную работу шпунтовых стен. Грунтовое заполнение создает водонепроница­емость перемычки. Для заполнения могут быть использованы любые грунты с содержанием глинистых частиц не более 20%. '

Ширину перемычек Ъ принимают не менее 1,5—=2 м.

Двухрядные шпунтовые перемычки применяют в грунтах, до­пускающих забивку деревянных шпунтов. Шпунтовые ряды двух-

128

ы

Ую-

*-*н — ^вн — Е'з "т~ ₀ . '

Кроме этого, на внутрен­нюю стенку действует гори­зонтальное давление грунта стен котлована. Стенки на эти давления рассчитывают независимо друг от друга (см. п. У.4); расчет внут­ренней стенки производят с учетом горизонтальных рас­порных креплений.

Стальные шпунтовые пе­ремычки '. Стальные шпун­товые перемычки, состоя­щие из одиночных шпунто­вых рядов, находят преиму­щественное применение в со­временном мостостроении. Их достоинства—небольшое стеснение русла реки, воз-

¹ Конструкцию и расчет шпун­товых ограждений см. в п. У.З и У.4.

5—2644

<

можность устройства при глубокой воде, большая прочность, воз можность погружения шпунтин в плотные грунты.

При глубине воды до 6—8 м применяют перемычки прямоуголб ного очертания в плане с распорным креплением. При бблыли глубинах более выгодны цилиндрические перемычки.

Ряжевые перемычки. Если ложе реки скальное или грунты № позволяют забить шпунт на требуемую глубину, то котлован защи щают ряжевыми перемычками. Такая перемычка состоит из ряжа загруженного камнем и песком (рис. У.26). Со стороны воды ряж! обшивают водонепроницаемой деревянной обшивкой из двух слое1 досок или забивают на небольшую глубину шпунтовые стенки. Пс дну реки для уменьшения фильтрации воды ряж обсыпают пескоь или обкладывают кулями с глиной. Ширина В ряжевых перемыче! принимается 0,5—0,9 Н_в глубины воды, размеры отсеков — 2—2,5 м

Ряжи рубят из бревен диаметром 18—20 см; для экономии лесе их рубят, оставляя зазоры между бревнами. В местах пересеченш бревна соединяют стальными нагелями диаметром 19—22 мм I ставят вертикальные сжимы. На уровне второго или третьего вен­ца располагают пол из бревен; снизу ставят на болтах хомуты иг полосовой стали. Летом ряжи заготовляют на берегу, доставляют по воде к месту установки и затем, загружая камнем, опускают не дно. Зимой ряжи можно рубить на льду над местом их погруже­ния. Дно реки перед опусканием ряжей должно быть выровнено и спланировано.

Размеры ряжа должны быть достаточны для сопротивления сдвигу. Удерживающей силой будет собственный вес Р ряжа, рав­ный объему по наружному очертанию, умноженному на объемный вес 1 тс/м³, если ряж затоплен водой, и 1,5 тс/м³, если ряж ограж­ден водонепроницаемым экраном. Сдвигающими силами являются гидростатическое Ш_с и динамическое \Р_Я давление воды.

Устойчивость на сдвиг будет обеспечена, если

где ? — коэффициент трения, равный 0,25—0,35; Р — вес ряжа с заполнением.

Кроме устойчивости проверяют давление на грунт, а также от­сутствие отрицательных напряжений, при которых ряж может от­рываться от основания. Момент всех сил относительно горизонталь» ной оси, проходящей через середину основания,

Отрицательных напряжений в основании не будет, если

м в

где В — ширина ряжа.

Давления на грунт (считая, что ряж опирается ²/₃ своей пло­щади)

ЪР [ бе \

Аналогично рассчитывают ряж на действие льда, навал судов и другие нагрузки.

Ряжевые перемычки требуют большого расхода леса, камня и других материалов, и применение их в каждом конкретном слу­чае должно быть обосновано в техническом и экономическом от­ношениях.

Бездонные ящики. Бездонные ящики применяют в тех случаях, когда подошва фундамента расположена на уровне дна реки или имеет небольшое заглубление. В этих условиях, опустив ящик на спланированное дно, укладывают слой подводного бетона и после его затвердения, откачав воду, производят кладку фундамента на­сухо. Такой способ работ часто применяют при возведении свай­ных фундаментов.

Деревянный ящик (рис. У.27) состоит из каркаса, обшитого водонепроницаемой обшивкой. Обшивку делают из двух слоев досок с прокладкой между ними изоляции из толя, рубероида и пр. Доски располагают наклонно под углом 45°, поверхность их покрывают смолой или битумом, швы тщательно конопатят про­смоленной паклей. Каркас состоит из брусчатых обвязок и стоек. Между стенами ящика ставят прочное крепление, обеспечивающее общую жесткость перемычки.

Аналогичной конструкции ящики могут быть сделаны из стали и железобетона. Железобетонные ящики, оставляют в теле фунда­мента, используя их как несущий элемент.

Инвентарные перемычки. При большом числе однотипных опор выгодно применять инвентарные сборно-разборные перемычки. Та­кая щитовая перемычка (рис. У.28, с) состоит из нижнего неизвле-каемого бездонного ящика, опускаемого в заранее приготовленные борозды в дне реки. Борозды разрабатывают водолазы. С наруж­ной стороны по периметру ящика укладывают кули с глиной, меш­ки с цементом или же тампонажный бетон. К бездонному ящику на болтах присоединяют верхнюю разборную часть, состоящую из стоек и водонепроницаемых щитов. Щиты могут быть деревянны­ми или стальными, из тонких листов, усиленных ребрами жестко­сти. Щиты снабжают направляющими, которые так же, как и стой­ки, удобно делать из стальных шпунтин.

Под защитой такой перемычки кладку фундамента ведут на­сухо, откачав воду после укладки подводным способом нижней бе­тонной подушки. Высота щитовых перемычек может достигать 7,5—10 м.

При большой глубине воды для ограждения фундамента мож­но использовать стальные понтоны КС, нашедшие широкое приме­нение в мостостроении по предложению докторов техн. наук

130

-Б*

<

131

Рис. У.28. Инвентарные перемычки щитовая и из понтонов КС:

/ — стойки из стального шпунта; 2 — водонепроницаемые щиты; 3 — неизвлекаемая часть перемычки; 4 ~- тампонажный бетон; 5 — подушка из подводного бетона; 6 — понтоны КС; 7 — воздухопровод от компрессора; 8 — нож

Н. М. Колоколова и К. С. Силина. Понтоны КС представляют со­бой стальные замкнутые водонепроницаемые коробки размером 1,8x3,6x7,2 м. Между собой они скрепляются болтовыми соеди­нениями, что позволяет собирать из них плавучие системы боль­шой грузоподъемности (грузоподъемность одного понтона равна 27 т).

Перемычку собирают из понтонов (рис. У.28, б), устанавливае­мых на ребро. Собранную перемычку опускают на дно, затопляя понтоны водой. Водонепроницаемость стыков обеспечивают про­кладкой резины между понтонами. После возведения фундамента в понтоны подают сжатый воздух. Воздух отжимает воду, и пон­тоны свободно всплывают на поверхность реки.

Конструкции бездонных ящиков и инвентарных перемычек рассчитывают на наружное давление воды.