§ 5. Устройство опускных колодцев

Опускные колодцы применяются для возведения фундаментов глубокого за­ложения и опускных (заглубленных) со­оружений. В плане опускные колодцы

Рис. V.14. Технологическая схема метода «стена в грунте»:

а — схема работы широкозахватного грейфера с копровой стойкой; б — поперечный разрез траншеи после монтажа сборных панелей стены; в —■ продольный разрез траншеи по фронту всех процессов при устройстве сборной стены в грунте; г — схема устройства подземных сооружений при реконструкции помещений методом «стена в грунте»; / — копровая стойка; 2 — рукоять; 3 — разгрузочные канаты; 4 — ковши; 5 — поворот­ные рычаги; 6 — грейфер; 7 — облицовка пионерной траншеи; 8 — наружная забутовка глинощебеночным материалом; 9 — сборная панель; 10 — внутренняя забутовка песчано-гравийной смесью; // — нижнее (фун­даментное) защемление панели бетоном; 12 — экскаватор, выполняющий забутовку; 13 — кран, переставляю­щий бетонолитную трубу и подающий бетон для защемления панели; 14 — кран, монтирующий панели стены; /5 — монтажный шаблон-двутавр; 16 — панель; 11 — направляющий кондуктор; 18 — траншея, заполненная глинистым раствором; 19 — штанговый экскаватор; 20 — ковш экскаватора; 21 — сдвоенная бетонолитная труба; 22 — разработка траншеи; 23 — погружение арматурного каркаса; 24 — бетонирование стены; .25 — разработка грунта внутри помещения; 26 — монтаж распорных балок

бывают круглые, иногда эллиптические и прямоугольные, а по очертанию на­ружной поверхности — цилиндрические, конические и ступенчатые.

Материалом для опускных колодцев служит железобетон. В нижней части колодец оборудован ножом, обычно же­лезобетонным, режущая кромка которого облицована стальными уголками или листами.

Сущность метода устройства опускных колодцев состоит в том, что конструк­цию возводят (устанавливают) на поверх­ности земли, а затем внутри нее подра­батывают грунт в направлении от центра к ножу. Нож, утрачивая опору с внут­ренней стороны, под действием веса ле­жащих выше конструкций выдавливает грунт внутрь и колодец опускается.

Для успешного погружения колодца его вес Q должен превосходить силу бо­кового трения грунта Т не менее чем на 25 %,т.е.

Q = 1,257. (V.4)

При простейшем способе проверки со­отношения этих величин считают, что силы трения грунта на единицу боковой поверхности стенки колодца возрастают до глубины 5 м, а далее остаются неиз­менными. Силы трения принимают по опытным данным в зависимости от ха­рактера грунта в пределах 10...30 кН/м². Вес круглого колодца определяют по формуле

<Э _{= я(}Я2__г2_{)/гсТс; (}v.5)

где R и г — наружный и внутренний ра­диусы стен, м; /i_c — проектная (или фак­тическая) высота стен колодца, м; у_с — вес 1 м³ материала стен. Сила бокового трения

T = 2nR(h_c~h_a)f, (V.6)

где h_a — V₂ высоты, на которой силы трения считают переменной величиной, м; / — сила трения грунта на единицу боковой поверхности колодца, принима­емая постоянной.

Если часть колодца находится ниже уровня грунтовых вод, расчетный вес 1 м³ его стен у_р._с принимают с учетом взвешивающего давления воды:

Тр.с = [Тс (Л_с — Лс.п.в) + (Yo — 7в) Лсп.в]/А_с.

(V.7)

где йс.п.в — высота стен под водой; y_b — вес 1 м³ воды.

Если в результате проверки окажется, что вес колодца недостаточно превышает силу трения о грунт, увеличивают тол­щину стен колодца с целью его утяжеле­ния либо уменьшают силу трения стен колодца о грунт применением подмыва или устройством тиксотропной рубашки.

Опускные колодцы можно устраивать как с поверхности суши, так и с мест­ности, залитой водой.

Подготовительные работы на поверх­ности суши заключаются в устройстве котлована в верхних сухих грунтах от­крытым способом. Дно котлована долж­но быть на 0.5...1 м выше уровня грунто­вых вод; его планируют под горизон­тальную плоскость и уплотняют.

В случае опускания колодцев на мест­ности, покрытой водой, работы ведут с искусственных островков или под­мостей. Верх островков принимают на 0,5 м выше уровня воды, предполага­емого в период опускания колодца. Ост­ровки отсыпают с откосами (при малой глубине водоема) либо в шпунтовом ог­раждении (при большой глубине или сильном течении).

Возведение монолитных ко­лодцев начинают с устройства грун­товой или щебеночной призмы временно­го основания, на которой устанавливают опалубку и бетонируют опорное кольцо колодца —его нож (рис. V.15, а). Бетон укладывают слоями, перекрывая уло­женный слой до начала его схватывания.

Распалубку ножа и нижней ступени колодца начинают только после достиже­ния бетоном конструкций 100 % проект­ной прочности, верхние ступени можно распалубливать при 70 % прочности.

В ряде случаев верхние ступени бето­нируют одновременно с погружением нижней ступени колодца (рис. V.15, д). Скорость погружения в этом случае должна быть увязана со скоростью нара­щивания колодца и приобретением бето­ном требуемой прочности. В то же время увеличение веса стен не должно отста­вать от возрастающего сопротивления погружению.

Монтаж стен колодцев из пустот­ных блоков выполняют на моно­литной ножевой части колодца (рис. V.15, б), устанавливая арматуру стыков

и замоноличивая пустоты после первых двух, а в дальнейшем после каждого ряда блоков.

Сборные элементы колодцев монтиру­ют с помощью специальных кондукторов (рис. V.15, в), выставляя арматуру, при­варивая накладки и бетонируя стыки после установки в кондукторе двух со­седних элементов.

Колодцы опускают двумя способами: с водоотливом и без него.

Разработку с водоотливом применяют, если приток грунтовых вод невелик и вблизи нет сооружений, чувствительных

к осадкам. В осушенных колодцах боль­ших диаметров могут работать экскава­торы с наиболее производительной пря­мой лопатой и бульдозеры. При необхо­димости ведут взрывные работы. Разрых­ленный грунт нагружают в бадьи и уда­ляют кранами (рис. V.15, д).

Если открытый водоотлив не обеспечи­вает осушение колодца, то организуют глубинное водопонижение с помощью иглофильтровых установок (рис. V.15, г).

Без водоотлива колодцы можно опу­скать в соседстве с любыми сооружения­ми. Плотные грунты в этих условиях

Рис. V.15. Устройство опускных колодцев:

_fl .— устройство временного основания для бетонирования ножа; б — монтаж сборно-монолитного колодца^из пустотных блоков; в — кондуктор стационарного типа; г — погружение колодца в тиксотропной рубашке с одновременным глубинным водопонижением; д — схема совмещенного бетонирования и погружения колод­ца; е — схема погружения монолитного колодца без водопонижения; ж — деталь устройства форшахты и инъек­ционных труб; и — электропрогрев грунта при опускании колодца в зимних условиях; / — грунтовая призма; 2 — подкос; 3 — сборный блок; 4 — колодец; 5 — тиксотропная рубашка; 6 — башенные краны; 7 — глу­бинные скважины для иглофильтров; 8 — установившийся уровень грунтовых вод; 9 — дополнительные сква­жины; 10 — землесосы; 11 — стены колодца с ножом; 12 — экскаватор; 13 — бадья для грунта; 14 — опалуб­ка с подмостями наращиваемого яруса стен; 15 — котлован; 16 — трубопровод для подачи воды; П — фор-шэхта; 18 — рубашка из тиксотропного раствора: 19 — уголок крепления инъектора к> стенке; 20 — болт с уголком для крепления манжета к уступу ножа; 21 — трехслойный манжет из конвейерной ленты; 22 — гли­няный замок; 23 — электроды и провода к источнику питания

разрабатывают грейферами (рис. V.15, ё), а слабые — гидроэлеваторами с дополни­тельным подмывом или эрлифтами. При погружении без водоотлива надо все время поддерживать отметку воды в ко­лодце на уровне грунтовых вод. Это предотвращает наплыв грунтов из-под ножа в колодец, уменьшает объем разра­ботки и исключает осадку соседних со­оружений.

В процессе погружения любым из двух способов необходимо постоянно следить за вертикальностью колодца и скоростью его погружения, а при работе без водо­отлива — еще и за уровнем грунтовых вод. Перекосы нужно немедленно устра­нять, выбирая грунт у ножа отстающей стороны. Остановка колодца при доста­точной подработке дна свидетельствует о защемлении его верхней части; в этом случае применяют подмыв грунта. Трубы для подачи воды размещают по перимет­ру внешней стороны колодца на равном расстоянии друг от друга. Активными средствами выправления крена являются односторонние подмыв и вибропригруз.

Тиксотропная рубашка, устраиваемая вокруг колодца, наиболее эффективно содействует процессу погружения. Ти-ксотропный раствор снижает силу тре­ния между стенками колодца и грунтом в сотни раз. Поэтому для погружения в тиксотропной рубашке можно приме­нять тонкостенные конструкции, масса которых намного меньше массы обычных опускных колодцев.

Наружный диаметр ножа делают на 10...15 см больше размера колодца. Получившийся уступ образует вокруг колодца полость, которую заполняют тиксотропным раствором. По периметру уступа крепят резиновый манжет, пре­дотвращающий проникание тиксотроп-ного раствора внутрь колодца. На по­верхности земли вокруг колодца из бе­тонных элементов собирают форшахту — кольцевой,резервуар, что предохраняет верх„полости от обрушения стенок. По мере надобности раствор в полость подкачивают через инъекторы (рис. V.15, г, ж).

Опущенные до проектной отметки ко­лодцы в зависимости от их назначения полностью или частично заполняют бе­тоном.

Сначала бетонируют днище. При незначительном притоке грунтовых вод его можно бетонировать в осушенном ко­лодце. Если же работы проводились без водоотлива, днище бетонируют под во­дой. Толщину днища назначают такой, чтобы после затвердения бетона и осуше­ния колодца оно могло выдержать гидро­статический напор грунтовых вод. Для устройства бетонного днища под водой применяют метод вертикально переме­щаемой трубы и метод восходящего раст­вора.

После приобретения бетоном днища проектной прочности воду откачивают и в осушенном колодце бетонируют обыч­ным способом внутренние конструкции.