Файл: Рис. 13 Последовательность устройства опускного колодца.docx

При погружении по первой схеме грунт в забое колодца разрабатывается одним из следующих способов: экскава­торами и бульдозерами с по­грузкой его в бадьи и выдачей на поверхность башенными или гусеничными кранами;

грейферами; гидромонитора­ми с транспортировкой на по­верхность гидроэлеваторами или землесосными снарядами.

Выбор способа разработки грунта зависит от размеров колодца, геологических усло­вий строительной площадки и местных условий строитель­ства. Так, грейферы применя­ют для разработки рыхлых песков, легких супесей, галечников. Использование средств гидромеханизации целесооб­разно при легкоразмываемых грунтах (пески, супеси, легкие суглин­ки), но при этом надо учитывать наличие на стройплощадке необ­ходимого количества воды, обеспеченность электроэнергией, а так­же возможность сброса пульпы. Во всех остальных случаях колод­цы чаще всего опускают с помощью экскаваторов и бульдозеров (рис. 13.6).



Рис. 13.6. Разработка грунта в опускном ко­лодце:

а — насухо с помощью экскаватора; б — под водой с помощью грейфера; 1 — колодец; 2 — башенный кран; 3 — экскаватор; 4 — кран-экскаватор; 5 — грейфер

Глубина разработки грунта на одну «посадку» колодца прини­мается равной 1,5...2 м при использовании экскаваторов и буль­дозеров и не более 0,5 м при применении средств гидромеханизации.

Для осушения полости колодцев при их погружении по схеме насухо в водонасыщенные грунты применяют два способа: откры­тый водоотлив и глубинное водопонижение.

Открытый водоотлив применяют в устойчивых грунтах с относительно малым коэффициентом фильтрации (k<1 м/сут) или при разработке скальных и полускальных грунтов, когда и при больших притоках воды исключена возможность выпора грунта из-под ножа. Открытый водоотлив осуществляется откачкой воды насосами из водосборных пионерных траншей и приямков (зумп­фов), заглубленных на 1...2 м ниже разрабатываемого грунта в ко­лодце. По мере разработки грунта и опускания колодца зумпфы систематически заглубляют.

Опережающее глубинное водопонижение применяют в том слу­чае, когда из-за больших притоков воды открытый водоотлив за­трудняет выполнение работ в колодце или необводненные грунты неустойчивы и не исключены наплывы грунта из-под ножа внутрь колодца. Глубинное водопонижение осуществляют иглофильтрами или глубинными насосами, располагая их по наружному периметру колодца.

---

Если из-за большого притока воды в колодец трудно или эконо­мически нецелесообразно организовывать водоотлив или водопони­жение, а также при наличии неустойчивых грунтов, грозящих на­плывом из-под ножа, колодцы погружают по второй схеме, т. е. с разработкой грунта под водой.

Разработка грунта под водой осуществляется преимущественно экскаваторами, оборудованными грейфером (рис. 13.6, б). При раз­работке мелкопесчаных и плывунных грунтов, чтобы предотвратить их наплыв из-под ножа, рекомендуется поднимать уровень воды в колодце на 1...3 м выше уровня подземных вод, накачивая в него воду.

Недостатками погружения опускных колодцев с разработкой грунта под водой являются сложность контролирования этого про­цесса и трудность удаления крупных включений.

Погружение опускных колодцев в тиксотропных рубашках. Для преодоления сил трения, препятствующих погружению колодца, приходится увеличивать его вес, для чего стены делают значительно толще, чем это требуется из условия прочности. Однако и при большом весе колодца на практике нередко происходит его зависа­ние в грунте, когда силы трения возрастают настолько, что даль­нейшее погружение прекращается еще до достижения сооружением проектной отметки.

Для уменьшения сил трения инж. А. В. Озеров в 1945 г. пред­ложил метод погружения колодцев в тиксотропной рубашке. Суть метода заключается в следующем. Благодаря уступу, устраиваемо­му в ножевой части наружной стены колодца, при погружении вокруг него образуется полость (рис. 13.7). Для обеспечения устой­чивости грунта стенок полости от оползания или обрушения ее заполняют глинистым раствором с тиксотропными свойствами, который и образует вокруг колодца так называемую тик со трой­ную рубашку. В результате контакт колодца с грунтом при нор­мальном его опускании происходит только в пределах ножевой части, имеющей относитель­но небольшую площадь боко­вой поверхности. Выше ноже­вого участка стенка колодца и грунт разделены тиксотроп­ной жидкостью, что значите­льно снижает силы трения по наружной поверхности обо­лочки. Это практически ис­ключает опасность зависания опускных колодцев в процессе погружения и позволяет резко уменьшить их вес.



Рис. 13.7. Схема погружения опускного колод­ца в тиксотропной рубашке:

1 — опускной колодец; 2 — форшахта; 

---

3 — тиксотропная рубашка

При погружении колодцев в тиксотропной рубашке вы­сота ножевой части (расстоя­ние от банкетки до наружного уступа) принимается независимо от глубины погружения равной 2...2,5 м, а ширина уступа— 10...15 см. Меньшая ширина уступа хотя и позволяет снизить ширину полости тиксотропной рубашки, что сокращает расход глинистого раствора, но требует особо точ­ного погружения колодца, чтобы избежать его частых навалов на грунтовую стену.

Заполнение полости тиксотропной рубашки глинистым раство­ром может производиться путем закачивания раствора непосредст­венно сверху или его подачей в нижнюю зону рубашки через инъек­ционные трубы. Первый способ применяют при погружении колод­цев в глинистые грунты, второй — в песчаные, особенно водонасыщенные, как обеспечивающий большую устойчивость стенок поло­сти тиксотропной рубашки.

Глинистые суспензии для тиксотропных рубашек лучше всего приготавливать из бентонитовых глин. Бентонитовыми называют глины, которые по своему составу приближаются к грунтам, най­денным вблизи форта Бентон (США). Растворы из бентонитовых глин, преобладающим минералом в которых является монтмориллонит, обладают наилучшими тиксотропными свойствами, т. е. легко переходят из жидкого состояния (золь) в желеобразное (гель) и наоборот. Однако бентонитовые глины являются, к сожалению, достаточно редким и дорогим материалом, поэтому при их отсутст­вии глинистые суспензии можно приготовить из местных глин, имеющих число пластичности не менее 0,2 и содержащих частиц размером крупнее 0,5 мм не более 10% и частиц мельче 0,005 мм — не менее 30%. Пригодность местных глин определяется по результатам лабораторных испытаний растворов, полученных на основании этих грунтов.

Если опускной колодец погружается в водонасьпценные грунты, то после достижения им проектной отметки глинистый раствор в полости тиксотропной рубашки заменяется цементно-песчаным для увеличения сил трения сооружения о грунт с целью предотв­ращения его всплытия. Замена глинистого раствора на цементно-песчаным называется тампонажем, а заменяющий раствор — тампонажным раствором.

В тех случаях, когда взвешивающее действие воды не будет вызывать большой опасности всплытия (не слишком высокий уро­вень подземных вод, значительный вес колодца и т. д.), для увеличе­ния сил трения можно заполнять полость тиксотропной рубашки галечником или гравием.

---

Характерные осложнения при погружении колодцев и методы их устранения. При погружении опускных колодцев в грунт могут возникнуть следующие характерные осложнения: перекосы, зависа­ния, самопроизвольное опускание, появление трещин в стенах.

Вертикальность погружения колодцев в грунт систематически проверяется геодезическим инструментом (через каждый метр по­гружения). Обнаруженные перекосы (крены) исправляются тремя способами:

• 
  опережающей и более интенсивной разработкой грунта под ножевой частью колодца, погрузившейся на меньшую глубину;
  
• 
  дополнительной пригрузкой того участка стены колодца, которая погрузилась на меньшую глубину; локальным уменьшением трения о наружную поверхность стены, менее заглубленную в грунт, что можно достичь откопкой грунта у наружной стены колодца, раз­мывом грунта гидроиглой или его виброразрушением.
  

Зависание колодца вследствие ошибок в оценке инженерно-гео­логических условий строительной площадки устраняют увеличени­ем его веса (наращивание следующего яруса, дополнительная пригрузка камнем, бетонными блоками и пр.) или уменьшением трения при помощи различных подмывных устройств.

Самопроизвольное опускание происходит в тех случаях, когда основание сложено слабыми грунтами и не выдерживает нагрузок от колодца. Его можно остановить двумя способами. По первому способу под наклонную грань ножа колодца подводят специальные железобетонные блоки, увеличивающие площадь его опирания на грунт. Второй способ используется тогда, когда произвольное опу­скание колодца предвидится заранее, и заключается в том, что с наружной стороны устраивают железобетонную кольцевую кон­соль, которая, опираясь на предварительно подготовленную повер­хность земли, задерживает дальнейшее погружение колодца.

Трещины в стенах колодца могут появиться либо вследствие недостаточной их жесткости и неполного учета нагрузок и сил, действующих на колодец в процессе его погружения, либо за счет нарушения технологии производства работ по погружению колодца.

Расчет опускных колодцев. Расчет производится на нагрузки и воздействия, возникающие в условиях их строительства и эксплу­атации. Основным является расчет на строительные нагрузки, так как в подавляющем больши­нстве случаев оболочки ко­лодцев во время их изготов­ления и погружения оказы­ваются в более напряжен­ном состоянии, чем при экс­плуатации. Опыт проектиро­вания показал, что проверка многих опускных колодцев, особенно массивных, на экс­плуатационные нагрузки во­обще не требуется, так как они заведомо обладают до­статочно большим запасом прочности.

---

На колодец при погруже­нии его в грунт действуют следующие основные нагрузки (рис. 13.8): собственный вес колодца G; пригрузка колодца при погружении Q; горизонтальное давление грунта на стенки колодца p_g; гидростатическое давление воды на стенки колодца, если он погружается ниже уровня подземных вод p_w, силы трения грунта по боковой поверхности колодца t; реактив­ное давление грунта под подошвой ножа р.

Р ис. 13.8. Схема нагрузок, действующих на опу­скной колодец во время его погружения

Кроме того, при изготовлении первого яруса колодца и снятии его с подкладок в его стенах в вертикальной плоскости возникают изгибающие моменты, а при срывах во время погружения — значи­тельные инерционные силы.

Расчет опускных колодцев на строительные нагрузки включает:

расчет на погружение, расчет стен на разрыв, расчет ножевой части колодца, расчет стен колодца на боковое давление грунта, расчет прочности стен на изгиб в вертикальной плоскости, расчет на всплытие. К расчетам на эксплуатационные нагрузки относятся расчет на всплытие, расчет днища и других элементов конструкции, а также при необходимости расчеты устойчивости (сдвиг по подо­шве, опрокидывание и т. п.)

Расчетные схемы и методики этих расчетов приведены в специ­альной литературе и подробно рассмотрены в Справочнике проек­тировщика (1985). Ниже в качестве примера сообщаются основные положения расчетов опускных колодцев на погружение, разрыв и всплытие.

Расчет на погружение и разрыв. Погружение колодца в резуль­тате действующих на него сил обеспечивается при соблюдении условия

(G+Q) / (T+F) = _pl(13.1)

где G—расчетное значение веса колодца при погружении, кН;

Q — расчетное значение веса пригрузки, кН; Т — полная расчетная сила трения грунта по боковой поверхности колодца, кН; F — сила расчетного сопротивления грунта под ножом колодца, кН;_pl — коэффициент надежности погружения, обычно принимаемый рав­ным 1,15.

Все расчетные нагрузки определяют с учетом соответствующих коэффициентов перегрузки. При погружении колодца без водопонижения вес стен, находящихся ниже уровня подземных вод, рассчиты­вают с учетом взвешивания.

---