МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ
Кафедра оснований и фундаментов
РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ И ОБОЛОЧЕК
Учебно-методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию (спецкурс) для студентов специальности 6.06.101 “Мосты и транспортные тоннели” Направление 06 01 “Строительство”
Одесса – 2013
УТВЕРЖДЕНО
Редакционно – издательскими советом ОГАСА
СОСТАВИЛ: к.т.н., доц.. Пивонос В. М.
РЕЦЕНЗЕНТ: д.т.н., проф. Мишутин А.В. – зав. Каф. ПСЭАД ОГАСА.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ ЗА ВЫПУСК: зав.кафедрой оснований и фундаментов к.т.н., п. проф. Новский А. В.
2
|
Содержание |
|
Введение...................................................................................................... |
4 |
|
1. Технологические особенности способов погружения опускных |
|
|
колодцев ...................................................................................................... |
5 |
|
2. |
Конструктивные решения...................................................................... |
6 |
3. |
Исходные данные для разработки проектной документации.......... |
17 |
4. |
Методы расчета опускных колодцев .................................................. |
21 |
5. Расчёты для условий строительства.................................................... |
39 |
|
6. |
Расчёты для условий эксплуатации .................................................... |
45 |
7. |
Схемы опускания колодцев................................................................. |
46 |
8. |
Устройство днища колодцев................................................................ |
50 |
9. |
Сооружение колодцев из сборных железобетонных элементов....... |
53 |
10. Опускание опускных колодцев способом задавливания................. |
53 |
|
11. Примеры расчёта опускных колодцев по исходным данным......... |
56 |
|
11.1. Расчёт колодца на нагрузки и воздействия возникающие в |
|
|
условиях строительства............................................................................ |
56 |
|
11.2. Расчёт колодца на нагрузки и воздействия, возникающие в |
|
|
условиях эксплуатации ............................................................................ |
65 |
|
|
ПРИЛОЖЕНИЯ......................................... |
70 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ..................................................................................... |
71 |
|
Исходные данные для выполнения курсового проекта......................... |
71 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ..................................................................................... |
82 |
|
Состав курсового проекта........................................................................ |
82 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ..................................................................................... |
83 |
|
Пример выполнения графической части................................................ |
83 |
|
Список использованных нормативных источников и специальной |
|
|
технической литературы.......................................................................... |
84 |
|
3
Введение
Опускные колодцы представляют полую конструкцию любого очертания в плане (отрытую сверху и снизу), погружаемую как под собственным весом, так и под действием дополнительной пригрузки по мере разработки грунта внутри него .
Экономическая и технологическая целесообразность применения методов строительства фундаментов глубокого заложения в виде опускных колодцев обусловлено условиями, когда устройство других видов фундаментов( свай забивных и буровых большой длины, свай-оболочек, кессонов) экономически не целесообразно или технически не осуществимо. Например, при строительстве мостовых переходов через глубоководные реки глубиной более 20м, и необходимости заглубления фундаментов на отметки более 40м ниже уровня воды, при значительной удалённости объекта от промышленных баз, в связи з чем затруднена доставка оборудования и материалов. В таких случаях сооружение опускных колодцев является оптимальным решением, при котором возможно устройство фундаментов с глубиной заложения, значительно превышающих заглубление кессонных фундаментов.
4
1. Технологические особенности способов погружения опускных колодцев
Основным расчётным фактором при проектировании опускных колодцев является сопротивление погружению конструкции колодца, возникающее от сил трения грунта по боковой поверхности оболочки.
Существует ряд способов позволяющих уменьшать силы трения грунта по боковой поверхности оболочек колодцев:
-гидроподмыв;
-обмазка поверхности контактирующей с грунтом эпоксидными смолами (при этом улучшаются условия погружения опускных колодцев, величина трения снижается до25%)
-принудительное воздействие для преодоления сил трения
(дополнительная пригрузка в сочетании с вдавливанием домкратами, применение мощных вибраторов и т.п.)
-погружение колодцев в тиксотропной рубашке (один из наиболее распространённых и эффективных способов уменьшения сил трения).
При использовании указанного способа погружения появляется возможность уменьшить вес колодца (иногда в 2-3 раз). В результате сокращаются объёмы и стоимость работ, сокращаются сроки строительства.
В зависимости от гидрогеологических условий с учётом экономической целесообразности опускные колодцы могут погружаться следующими способами:
-без водоотлива (в условиях отсутствия подземных вод или при подводной разработке грунта);
-с открытым водоотливом;
5
-с водопонижением;
-с устройством противофильтрационных завес;
-комбинацией приведённых выше способов.
2.Конструктивные решения
Наружные размеры опускных колодцев для глубоких опор в плане поверху должны быть больше размеров надфундаментной части на величину ∆(см. рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема опускного колодца:
а – габарит опоры моста, м; Н0 – внутренняя глубина колодца, м; Нw – глубина погружения колодца, м;
О,5∆ – величина уступа между опорой моста и наружной гранью боковой поверхности колодца.
∆ определяется из выражения 2.1. |
|
∆=0,01Нw+0,1 |
(2.1) |
6
В практике современного строительства получили распространение бетонные и железобетонные колодцы.
Формы внешнего контура в плане опускных железобетонных колодцев могут быть круглыми, прямоугольными, прямоугольными с закруглёнными торцевыми стенами и углами, с внутренними перегородками и без них. Наиболее предпочтительной является круглая форма (наиболее благоприятные условия опускания и эксплуатации).
Железобетонные колодцы применяются в основном трёх типов: монолитные, сборные, сборно-монолитные.
Оболочки монолитных опускных колодцев состоят из двух основных частей: из ножевой с банкеткой и из собственно оболочки.
Ножевую часть колодца (нож) предпочтительней выполнять из железобетона, т.к. металлическая конструкция или облицовка ножа металлом не эффективно в грунтах с твёрдыми включениями, при контакте с которыми она деформируется и в дальнейшем затрудняется погружение опускание.
Основные типы ножей представлены на Рис. 2.2.
Рис. 2.2 Типы ножей опускных колодцев
bw – толщина ножевой части с банкеткой;b – ширина банкетки; l – высота скоса ножа;C – размер полки для опирания плиты;hp – размер, соответствующий толщине железобетонной
плиты днища
7
Ножевая часть опускного колодца должна выступать за контуры стены оболочки во внешнюю сторону на 100-150 мм, для обеспечения зазора с целью уменьшения сил трения при погружении. При погружении в тиксотропной рубашке на этом участке закрепляют манжет (уплотнитель).
Ножи типа а) и б) рекомендуется применять при опускании колодца в сухих грунтах, с водоотливом или с водопонижением. Ножи типа в) и г) рекомендуется применять при опускании колодцев подводным способом.
При изготовлении (бетонировании) на временном основании (в траншее или на призме см. рис. 2.3) можно применять все виды ножей.
Рис.2.3. Временное основание под нож колодцев:
а) – на щебёночной призме: 1 – железобетонное кольцо форшахты; 2 – нож колодца; 3 – призма из щебня или гравия.
б) – в траншее: 1 – откос траншеи; 2 – плиты оболочки или щиты опалубки
Рекомендуемые размеры составных частей ножей опускных колодцев (см. Рис. 2.2).
b – ширина банкетки 0,2 – 0,6 м;
С – размер полки для опирания плиты 0,2 – 0,4 м;
l – высота скоса ножа соответствует толщине днища;
8
hp – соответствует толщине железобетонной плиты днища. Толщина стен монолитных железобетонных колодцев назначается
из условия создания требуемого веса для преодоления сил трения, возникающих при погружении (иногда могут достигать 2 – 2,5 м).
Колодцы из монолитного железобетона имеют существенные недостатки: - значительную материалоёмкость, трудоёмкость и т.п. они полностью изготавливаются на строительной площадке.
Наиболее прогрессивными являются разработанные в последнее время конструкции опускных колодцев с применением облегчённых сборных железобетонных элементов, таких например как:
-из пустотных криволинейных блоков, укладываемых с перевязкой швов с соединением на сварке закладных деталей;
-из типовых лотковых плит, собираемых на заранее выполненном монолитном каркасе колодца;
-из пустотелых прямоугольных блоков, укладываемых без перевязки швов и соединяемых с помощью петлевых стыков (см. Рис. 2.4.а);
-из вертикальных панелей, соединяемых с помощью петлевых стыков или сваркой с использованием металлических накладок и замоноличиванием соединений (см. Рис. 2.4.б).
9
Рис. 2.4. Опускные колодцы:
а) – из панелей; б) – из блоков; 1 – панели; 2 – форшахта; 3 – тиксотропная рубашка; 4 – блоки; 5 – монолитные железобетонные
пояса; 6 – монолитный железобетонный нож
Опускные колодцы, представленные на Рис. 2.4 получили наибольшее распространение в практике строительства.
Из плоских панелей большой длины – на всю высоту колодца (Рис. 2.4.а) устраивают колодцы с глубиной опускания до 20 м. панели между собой соединяют с помощью петлевых стыков либо накладками на сварке. Плоские панели в опалубке формируются одновременно с ножевой частью. При необходимости (в случае отсутствия достаточного по грузоподъёмности кранового оборудования панели по
10
высоте расчленяются на отдельные элементы, которые затем в процессе монтажа соединяют сваркой закладных деталей (поярусно). Такие колодцы ввиду их малой массы опускают в тиксотропной рубашке.
Практика строительства показывает, что устойчивость грунта при погружении колодцев в тиксотропной рубашке обеспечивается гидравлическим напором глиняной суспензии на 1 м при её плотности 1,05 – 1,07 г/см3. Для обеспечения устойчивости грунтовой стенки в верхней части по периметру устья рубашки устраивают форшахту в виде железобетонного пояса. Изредка для этих целей применяют деревянные или металлические щиты, устанавливаемые на деревянное или железобетонное основание. Форшахту страивают высотой 0,8 – 1,2 м.
Тиксотропная рубашка выше уровня внешнего уступа ножа исключает возникновение сил трения по наружной поверхности оболочки колодца.
Высота ножевой части (расстояние от банкетки до наружного уступа) принимается не менее 2 – 2,5 м независимо от глубины погружения, ширина уступа 100 – 150 мм.
Для предотвращения утечки глиняного раствора, по периметру вдоль наружной стенки ножевой части колодца, на его уступе устраивают уплотнитель. Вариант конструкции уплотнителя представлен на Рис. 2.5.
11
Рис. 2.5. Манжет тиксотропной рубашки:
1 - инъекционная труба; 2 – защитный уголок; 3 – тиксотропная глинистая суспензия; 4 – форшахта; 5 глиняный замок; 6 – уплотнитель из транспортёрной ленты; 7 – анкерный болт; 8 –
прижимной уголок; 9 – ножевая часть стенки колодца; 10 – крепёжная планка
Уплотнение зазора между грунтом и стенкой выполняется в виде манжета из нескольких(3 – 4 слоёв) транспортерной ленты с замком из пластичной глины. Ширину ленты нижнего слоя изготовляют не более 0,5м, последующие слои соответственно
12
меньшей ширины. Манжет крепится к уступу анкерными болтами с прижимным уголком. Высота глиняного замка 0,4 – 0,6м с превышением по верху на 150 – 200 мм выше края отогнутой по грунтовой стенке транспортерной ленты.
В последние годы в институте «ФУНДАМЕНТПРОЕКТ» разработана новая, достаточно эффективная конструкция уплотняющих устройств для предотвращения утечки из тиксотропной рубашки.
Уплотнение достигается с помощью выступа за счёт образования в процессе погружения зоны уплотнённого грунта по всему периметру колодца.
Размер от края выступа до наружной поверхности оболочки рекомендуется принимать в пределах 50 – 100 мм, при этом уточняется в процессе строительства для различных грунтовых условий.
Конструктивно узел уплотнения решается в виде неравнополочного уголка, приваренного к металлической полосе, заанкеренной в бетоне ножа. Анкеровка этого узла рассчитывается на нагрузки, необходимые для преодоления сопротивления грунта вследствие его уплотнения при погружении колодца. Схема вышеуказанной конструкции представлена на Рис. 2.6.
13
Рис. 2.6. Уплотняющее устройство для предотвращения утечки из тиксотропной рубашки конструкции
«ФУНДАМЕНТПРОЕКТ»
1 – заанкеренная металлическая полоса по периметру уступа ножа; 2 – неравнополочный уголок по контуру ножа, приваренный к
полосе 1; 3 – анкерные стержни; 4 – опорный уголок; 5 – металлический нож; 6 – ребро
При заполнении полости рубашки суспензией, при погружении колодцев в песчаных водонасыщенных грунтах раствор следует подавать в нижнюю зону тиксотропной рубашки по инъекционным трубам, которые располагают в плане через 3 – 6 м по наружному периметру опускного колодца.
Нижняя часть инъекционных труб перфорируется на длине 0,7 – 0,8м, конец трубы закрывается заглушкой.
Перфорации в трубе выполняются на половине её периметра – со стороны стенки колодца. Труба располагается на расстоянии 10 – 20 мм от поверхности стены. Защитные уголки на инъекционных трубах
14
служат для защиты их от навала грунта. Подача суспензии осуществляется с помощью коллектора, монтируемого у верхнего края колодца и объединяющего все верхние концы инъекторов.
Днище опускного колодца выполняется в монолитном железобетоне независимо от конструкции оболочки. При погружении колодцев насухо (при отсутствии подземных вод или с применением водопонижения) основание днища выравнивается дренирующим материалом.
Для дренажа применяют щебень, гравий, песок, которые укладывают по типу обратного фильтра – от меньших фракций внизу до более крупных вверху.
Оклеечную гидроизоляцию днища устраивают под железобетонной плитой на подготовке из монолитного бетона, металлическую гидроизоляцию выполняют поверх плиты. На Рис. 2.7. представлены схемы конструктивных решений основания днища колодцев.
Рис. 2.7. Варианты конструктивных решений основания днища колодца:
а) – при разработке грунта с водопонижением; б) – с выемкой грунта из под воды; 1 – железобетонное монолитное днище; 2 –
гидроизоляция битумными материалами; 3 – цементная стяжка; 4 – бетонная подготовка; 5 – толь, рубероид или гидрорелин; 6 – дренажный слой; 7 – бетонная подушка
15
При опускании колодца с выемкой грунта из-под воды в основании укладывают подушку из дренирующего материала или из бетона. Дренажная подушка пригружает грунты, в основании сохраняя их устойчивость при откачке воды из котлована (рекомендуется применять при невысоком уровне подземных вод).
Бетонную подушку выполняют методом подводного бетонирования. Толщина подушки определяется расчётом на прочность от воздействия гидростатической нагрузки в период устройства днища.
Верхняя граница гидроизоляции по наружной поверхности стен принимается на 0,5м выше прогнозируемого уровня подземных вод.
Для погружения колодца (когда внутри него предполагается устройство помещений) по наружной поверхности стен устраивают гидроизоляцию из торкретбетона с нанесением на неё дополнительно окрасочной битумной изоляции. С появлением современных гидроизолирующих материалов выполняют пропиточную гидроизоляцию составами типа «ПЕНЕТРОН».
Железобетонные стены и днища колодцев рекомендуется проектировать из тяжёлого бетона марки не ниже М200(класс В15). Для условий погружения и эксплуатации в обводнённых грунтах проектная марка бетона по водопроницаемости должна быть не ниже В4. Морозостойкость бетона должна обеспечиваться в пределах глубины (зоны) влияния отрицательных температур.
Минимальная толщина элементов железобетонных конструкций колодцев должна назначаться следующей, мм:
-монолитные наружные стены – 300;
-сборные наружные стены – 200;
-днище – 300;
16