Устройство фундаментов методом опускного колодца

Обновлено: 19.05.2024

§ 58. Возведение фундаментов из опускных колодцев и кессонов

Комплекс работ по возведению каждого фундамента включает подготовку площадки для бетонирования и опускания колодца, его изготовление, погружение в грунт и устройство бетонной подушки в основании колодца или же заполнение его полости бетонной смесью.

Способ изготовления и погружения колодцев в грунт выбирают в зависимости от их конструкции, глубины водотока, скорости течения воды, физико-механических свойств грунтов, в которые заглубляют колодцы, и результатов технико-экономического сопоставления различных вариантов производства работ.

На суходолах колодцы изготовляют или же монтируют из сборных элементов на предварительно спланированной площадке. В пределах русла реки колодцы бетонируют и опускают, как правило, с искусственных островков, отсыпаемых из песчаных или гравийно-песчаных грунтов методом гидромеханизации. При глубине водотока до 2 м и скорости течения, исключающей возможность размыва грунта, островки отсыпают с естественными откосами (рис. 9.11,а). С увеличением глубины водотока возрастает объем островков, а главное они начинают сильно стеснять живое сечение реки, что приводит к размывам дна и самих островков, поэтому при глубине водотока более 2 м островки отсыпают в ограждения, сооружаемые из деревянных щитов, ряжей или деревянного шпунта (рис. 9.11,6). Если глубина водотока превышает 6 м, островки отсыпают в ограждения из стального шпунта (рис. 9.11,в) или из специально изготовленных оболочек — преимущественно круглой в плане формы.

Рис. 9.11. Схемы искусственных островков для изготовления и опускания колодцев а — островок с естественными откосами; б — островок в деревянном шпунтовом ограждении; в — островок в цилиндрическом ограждении из стального шпунта

Рис. 9.12. Схемы опускания колодцев а — со стационарных подмостей; б — с плавучих подмостей; 1 — сборно-разборные подмости для изготовления нижней секции колодца; 2 — полиспасты; 3 — несущая бялка; 4 — нижняя секция колодца; 5 — свайно-рамные подмости; 6 — надстройка из инвентарных конструкций; 7 — понтоны КС

В тех случаях, когда по каким-либо причинам сделать островок невозможно или экономически нецелесообразно, первую секцию колодца изготовляют на подмостях над местом погружения в грунт (рис. 9.12,а) или же на берегу с последующей доставкой на место и опусканием с помощью плавучих подмостей (рис. 9.12,6). В подобных случаях нижнюю секцию колодца целесообразно делать из железобетона со стенами толщиной 15—20 см, а верхние секции — бетонными со стенами, толщину которых назначают исходя из веса, требуемого для нормального опускания колодца в грунт.

Для разработки грунтов и удаления их из колодцев используют грейферы. При опускании колодцев в водо-насыщенные пески на глубину более 15 м целесообразно использовать эрлифт, поскольку такие грунты легко вымываются из ковша грейфера при его подъеме через значительную толщу воды.

Иногда колодцы «зависают» в грунте из-за того, что их собственного веса оказывается недостаточно для преодоления сил трения грунта о боковую поверхность колодца. В таких случаях практикуют увеличение веса колодца или же стремятся уменьшить силы трения. Для утяжеления колодца его нагружают очередной секцией или дополнительно пригружают камнем, грунтом, бетонными массивами и т. п. Для уменьшения сил трения применяют подмыв, который осуществляют путем подачи напорной воды через систему трубок, расположенных в двух-трех ярусах по высоте колодца (слева на рис. 9.13). Хорошие результаты получают при использовании так называемой «тиксотропной рубашки», представляющей собой слой глинистого раствора толщиной 10—12 см, который, окружая колодец по периметру (справа на рис. 9.13), изолирует его от соприкосновения с грунтом, вследствие чего резко снижаются силы трения грунта о боковую поверхность колодца; остается только трение в пределах его нижней части. Иногда для этой цели используют воду.

Рис. 9.13. Схема опускного колодца с устройствами для подмыва грунта (слева) и для создания тиксотропной рубашки (справа) 1 —стена колодца; 2 — трубка для подачи воды; 3 — то же, глинистого раствора; 4— ограждение (форшахта) от осыпания грунта; 5 — тиксотропная рубашка; 6 — водоразводящая трубка

Рис. 9.14. Фундамент опоры железнодорожного моста

После заглубления колодца в грунт до проектной отметки производят освидетельствование основания, чтобы удостовериться в его надежности и соответствии проекту. Затем в нижней части колодца бетонируют подушку, а шахты заполняют песком или бетонной смесью, укладываемой насухо или же под воду. При отсутствии сплошного бетонного заполнения в верхней части колодца сооружают железобетонную плиту, на которой впоследствии будет возведена надфундаментная часть опоры.

В отечественной практике строительства фундаментов из опускных колодцев для облегчения их заглубления в грунт иногда сочетают устройство уступов с приданием боковой поверхности наружных стен колодца наклонного положения. Так, для фундаментов опор одного из железнодорожных мостов применили колодцы с трехъярусной ступенчатой формой боковой поверхности стен (рис. 9.14), имевшей наклон 100 : 1 в пределах каждого яруса и уступы шириной по 4 см. Небольшой наклон поверхности стен и небольшой размер уступов назначены для предотвращения возможного появления недопустимых перекосов колодца при опускании его через песчаные грунты до опирания на глины. Подобное решение способствовало сокращению на несколько процентов объема бетонной кладки, однако заметно усложнило работы по устройству опалубки наружных стен.

При сооружении колодцев в период низких отрицательных температур, а также для ускорения работ и сокращения затрат труда при строительстве фундаментов применяют сборные конструкции. Например, в районах Забайкалья и Дальнего Востока применили сборные колодцы в местах, где на глубине 3—5 м залегали скальные грунты, прикрытые аллювиальными отложениями.

Сборные колодцы (рис. 9.15) состояли из отдельных железобетонных секций высотой 0,5 м и ножа, соединенных между собой вертикальными стальными тяжами диаметром 28—36 мм. Для уменьшения вероятности затирания колодца при погружении его в грунт нож имел наклонную поверхность, выступающую на 10 см за пределы наружной стены колодца. Изготовленные на полигоне секции монтировали на заранее спланированной площадке. В теплое время года на каждую секцию перед установкой последующей укладывали слой цементно-песчаного раствора толщиной 1,5 см. В зимнее время между секциями укладывали металлические прокладки толщиной 15 мм для образования зазоров с последующим заполнением их цементно-песчаным раствором.

По окончании монтажа опускного колодца в отверстия в стенах устанавливали металлические тяжи и стягивали ими секции между собой. Отверстия с закрепленными в них тяжами заполняли цементным раствором. Грунт из полости колодца удаляли грейфером. После опускания колодца до проектной отметки его полость заполнили бетоном.

Особенности изготовления и опускания наплавных колодцев

В отличие от колодцев, изготовляемых на месте их погружения или же на берегу, но опускаемых с плавучих подмостей, наплавные колодцы представляют собой конструкцию, которую транспортируют к месту погружения, а также опускают в пределах толщи воды до начала заглубления низа в грунт с использованием собственной плавучести. Наплавные колодцы применяют при глубине водоема более 15 м.

Изготовленную на берегу первую секцию наплавного колодца после спуска на воду и установки над местом опускания раскрепляют с помощью якорей, фиксируя проектное положение ее в плане. После этого, балластируя секцию укладываемой бетонной смесью или водой, сажают ее на дно реки и немного заглубляют в грунт. Дальнейшее погружение производят обычным способом, бетонируя (наращивая) стены.

Незаслуженно забытая технология возведения фундаментов

Скажите, много ли из вас, кто знает (или помнит) такую технологию возведения фундаментов, как метод "опускного колодца"? Думаю многие помнят, но много людей либо забыли давно что это такое, либо и не знали никогда.

А теперь давайте поразмышляем сколько людей реально видели применение этой технологии в современном строительстве или сами применяли в проектах или стройке? Думаю, тут будут единицы процентов, если вообще кто-то с этим сталкивался воочию.

А вот мы активно применяли и применяем данную технологию и сегодня я расскажу почему она актуальна до сих пор и, зачастую, даже незаменима в определенных ситуациях на строительстве объектов.

Что собой представляет метод "опускного колодца"?

Метод опускного колодца - это древняя методика опускания какой либо конструкции замкнутого в горизонтальной плоскости сечения на глубину.

Типичный опускной колодец Типичный опускной колодец

Сначала эту технологию начали применять для организации колодцев, шахт, чтобы не обваливался грунт - оболочка колодца была естественным барьером для обвала. А в дальнейшем, увидев возможности, которые представляет данная технология, стали применять ее уже и для возведения фундаментов.

Вот упрощенная схема последовательности применения данной технологии.

Сразу оговорю, что речь сегодня пойдет о применении данной технологии именно в промышленном и гражданском строительстве зданий, потому что в гидротехническом строительстве и прочих узких сферах эти технологии непрерывно применяются и позиции сдавать не собираются. Поэтому о них особого смысла рассказывать нет.

Опускной колодец большого диаметра в гидротехническом строительстве. Опускной колодец большого диаметра в гидротехническом строительстве.

Так, спросите вы: для чего нужна эта технология в банальном гражданском и промышленном строительстве зданий? Если раньше, понятно, данная технология упрощала сложные процессы, так как экскаваторов тогда не было, был ручной труд и т.д., то сейчас то зачем?

Поясню наглядно и просто на 3-х конкретных примерах из нашей практики проектирования. Причем, по факту, в данных случаях альтернативы этому древнему методу не было вообще. Он был незаменим. Поехали.

Случай №1. Возведение фундаментов в стесненных условиях при наличии грунтовых слоев культурного наследия.

Заказчик поставил следующую задачу: необходимо возведение нескольких памятников массивной конструкции на набережной реки нашего города.

Вроде задача тривиальная и простая: минимальный фундамент и сверху памятники поставить. Но все оказалось сложнее.

Что такое опускной колодец: как устроен, зачем нужен

Большинство описанных в интернете технологий укладки бетонных колодезных колец предполагает использование автокрана или иного подъемного механизма. Это дорого. Те, кто пытаются сбросить поставленное на стенку кольцо, рискуют тем, что оно расколется или ляжет неправильно. Опускной колодец – бетонная обсадка шахты источника, которая монтируется без применения спецтехники и без риска понести убытки.

Как устроен опускной колодец

Опускные колодцы представляют собой вертикальную цилиндрическую конструкцию из железобетона. Она сборная и пустотелая. Преимущество метода опускных колодцев в том, что для монтажа обсадки шахты достаточно веса самих колец. Конструкция наращивается по мере углубления нижнего элемента в грунт. Главная особенность – конструкция нижнего кольца, а точнее, кругового резца. Опускные колодцы представляют собой вертикальную цилиндрическую конструкцию из железобетона. Она сборная и пустотелая. Преимущество метода опускных колодцев в том, что для монтажа обсадки шахты достаточно веса самих колец. Конструкция наращивается по мере углубления нижнего элемента в грунт. Главная особенность – конструкция нижнего кольца, а точнее, кругового резца.

Это тоже железобетонное тонкостенное кольцо, стенки которого в нижней части имеют скосы в форме ножа в разрезе.

Работы выполняются следующим способом:

Кольцо-резец ложится на поверхность земли.
Грейфер выбирает грунт, который осыпается по мере заглубления конструкции.
После ее утопления ниже горизонта, устанавливается следующий элемент.
Процедура выполняется до момента, пока в шахте не будет достаточного количества воды.

Это должна быть восполняемая (прибывающая) грунтовая вода из водоносных пластов грунта. Чтобы колодец со временем не уходит под землю под собственным весом в шахте монтируют кессон, и заливают бетон по периметру резца, чтобы сформировать прочную основу.

Где применяются опускные колодцы

Технология погружения колодцев с тиксотропных рубашках предполагает, что конструкция утапливается в грунте, разрыхляя породу собственным весом. Поэтому для скалистых пластов этот способ не применим. Но если это глина, суглинок или песчаник, такой способ самый простой, так как не требует использования специализированной техники. Это дает возможность сэкономить на рытье колодца.

Понимая, что это – погружной колодец, несложно определить, где технологию можно применить в быту. Такие конструкции используются для монтажа абиссинского колодца, смотровых шахт на трассе закопанного трубопровода, колодцев дренажных систем и т.д. Кроме того, так каждый собственными руками может смонтировать сооружение для оголовка скважины. Для выполнения работ потребуется два человека, грейфер, пара труб или прочных ломов. Это чтобы выработать грунт и установить кольцо.

Возведение сооружений методом опускного колодца

Метод опускного колодца при строительстве сооружений водопровода и канализации используют при устройстве заглубленных помещений насосных станций, стволов, шахт, водозаборов, а также различных подземных опор и др. Сущность метода состоит в том, что первоначально на поверхности земли возводят стены колодца, оборудованные ножевой частью, а затем внутри его разрабатывают грунт в направлении от центра к периметру стен. За счет подработки грунта стены утрачивают опору с внутренней стороны и под действием собственной тяжести колодец опускается, выдавливая грунт (благодаря специальной конструкции ножа) внутрь.

Опускные колодцы различаются:
по материалу — бетонные, железобетонные, металлические, каменные и деревянные;
по форме (в плане) — круглые, овальные и прямоугольные (рис. 8.2, а); наиболее экономичны колодцы круглой формы; по виду и способу устройства железобетонных конструкций — из монолитного железобетона, сборных тонкостенных панелей и пустотелых блоков;
по технологии опускания — насухо, с водоотливом или искусственным понижением уровня грунтовых вод и без водоотлива с разработкой грунта под водой.

Первым этапом сооружения колодца является устройство основания под нож, которое гарантирует надежное опирание последнего при возведении стен. Существуют основания различных видов. Наиболее распространенный вид — деревянные подкладки на песчаной подушке (рис. 8.2, б). Толщина подкладок около 20 см, длина 2. 3,5 м.

Рис. 8.2. Опускные колодцы
а — формы (в плане): I — круглые; II — прямоугольные; III — с закругленными боковыми стенками; 1 — стенка; 2 — днище; 3 — поперечная стенка; б — подготовка основания под нож стенки: 1 — нож колодца; 2 — деревянные подкладки; 3 — банкетка ножа; в —схема бетонирования стены; 1,3 — соответственно наружная и внутренняя опалубки стены; 2 — приемная воронка для бетонной смеси; 4 — хобот для подачи бетонной смеси; 5 — армокаркас; 6 — щебень; 7 — конструктивная опалубка; г — устройство основания под нож стен, выполненных из сборных панелей: 1 — нож; 2 — опорные стойки; 3 — уплотненный щебень; 4 — монтажные петли; 5 — опорное кольцо из сборных железобетонных блоков; 6 — обратная песчаная засыпка; 7 —форшахта из бетона; 8 — разделительные доски; д — схема расположения фиксированных зон: 1 — колодец; 2 — фиксированные зоны; 3 — берма; 4 — оси фиксированных зон; с схема разработки грунта в колодце насухо: 1 — колодец; 2 —башенный кран; 3, 4 — экскаваторы (прямая и обратная лопата); 5 —тиксотропная рубашка; ж — устройство кессона: 1 — шлюзовой аппарат; 2 — гидроизоляция; 3 —надкессонное строение; 4 — кессонная камера

При монолитном варианте бетонирование стен ведут по ярусам (рис. 8,2, в). Высота яруса определяется из условий допустимого удельного давления на грунт под ножевой частью. Практически колодцы высотой до 10 м бетонируют в один ярус, более высокие — в несколько ярусов при их высоте 6. 8 м. Укладку бетона очередного яруса производят после набора бетоном предыдущего яруса прочности 1,2. 1,5 МПа.

Устройство стен из сборных железобетонных плоских панелей длиной до 12 м, шириной 1,4. 2 м и толщиной 0,4. 0,8 м предусматривает создание специального основания, выполненного в предварительно отрытой траншее глубиной до 0,8 м (рис. 8.2, г). Вначале бетонируют форшахту, затем отсыпают песчаную подушку (с послойным уплотнением), укладывают сборные плиты опорного кольца и устраивают щебеночное основание. После этого устанавливают стеновые панели, соединяя их между собой пластинами (на сварке), и бетонируют вертикальный стык. При устройстве колодцев глубиной более 12 м стены наращивают такими же панелями, но без ножевой части.

По окончании устройства стен приступают к погружению колодца под действием его собственной силы тяжести. При опускании колодца насухо применяют три схемы разработки и выдачи грунта из колодца.

По первой схеме грунт разрабатывают бульдозерами, экскаваторами на гусеничном ходу и выдают на поверхность кранами в бадьях. При внутреннем диаметре колодца до 20 м используют экскаваторы с объемом ковша 0,25. 0,4 м 3 , свыше 20 м — с объемом ковша 0,65. 1,25 м 3 . В колодцах диаметром более 32 м работы ведут не менее двух экскаваторов. Бульдозер используют для срезки и сброса грунта в отвалы для удобства погрузки его в бадьи. Грунт разрабатывают в следующей последовательности: первоначально — в средней части колодца на глубину 1,5. 4 м (в зависимости от размера колодца), оставляя вблизи ножа берму шириной 1. 3 м; далее, уточнив места и размеры фиксированных зон (рис. 8.2, д), производят послойную (10. 15 см) срезку грунта бермы на участках между фиксированными зонами (момент начала погружения колодца). Если после полной разработки этих участков бермы (до уровня банкетки ножа) колодец не опускается, то начинают разработку грунта фиксированных зон. При первых подвижках колодца переходят к разработке грунта в средней части и т. д. По мере погружения колодца размеры фиксированных зон уменьшаются до полного исключения, при необходимости разрабатывают (вручную) грунт под ножевой частью.

Грунт грузят в саморазгружающиеся бадьи вместимостью от 2 до 5 м краном соответствующей грузоподъемности, поднимающим их на поверхность (рис. 8.2, е). Количество кранов определяется из расчета обеспечения требуемой производительности работы экскаватора. Поднятый на поверхность грунт грузят в самосвалы и отвозят в отвал или для других целей.

По второй схеме предусматривается разработка грунта грейфером. Для этого используют двух-, трех- и четырехлопастные грейферы вместимостью 0,5. 1,5 м 3 . Грейферами разрабатывают грунт I и II групп. Для грунтов III группы используют грейферы вместимостью более 1 м . Последовательность разработки грунта кольцевыми траншеями — от центра к стенам или радиальными траншеями от середины поочередно к дальней и ближней стенкам относительно крана.

При третьей схеме разработки грунта используют гидромеханизированный способ. Возможны три варианта рассматриваемого способа: разработка гидромониторами и транспортировка на поверхность земснарядами или углесосами; разработка гидромониторами и подъем на поверхность гидроэлеваторами; разработка экскаватором и выдача на поверхность средствами гидромеханизации.

Опускание колодца без водоотлива производят при большом притоке воды, когда выполнять водопонижение экономически нецелесообразно. В этом случае грунт разрабатывают и подают из-под воды грейфером.

При строительстве колодца в сильно обводненных грунтах или вблизи существующих зданий и сооружений, когда есть опасность выноса или выпора грунта из-под подошвы фундаментов, применяют кессон (рис. 8.2, ж). Кессонную камеру устраивают из железобетона (в редких случаях — из металла). Высота камеры от банкетки до потолка не менее 2,2 м. Плотный грунт в кессонной камере разрабатывают вручную с использованием отбойных молотков, пневмобуров и взрывного способа, а слабые — средствами гидромеханизации. При ручной разработке первоначально по контуру камеры на некотором расстоянии от банкетки отрывают траншею шириной около 1 м на глубину посадки кессона, но не более 40 см. Затем разрабатывают грунт между траншеей и ножом, оставляя перемычки нетронутого грунта. После посадки кессона (на 30. 40 см) ведут послойную разработку грунта центральной части, а также новых траншей, затем цикл повторяется.

Во всех случаях погружение колодца сопровождается преодолением сил трения на поверхности стен. Для уменьшения этих сил применяют способ погружения в тиксотропных рубашках. Принцип его заключается в том, что ножевую часть колодца делают с уступом наружу на 10. 15 см относительно вышерасположенной стены, вследствие чего при погружении в грунт вокруг стен образуется полость. Чтобы грунт не обрушивался, полость заполняют глинистым раствором с тиксотропными свойствами. В результате трение наиболее значительной величины имеет место только на наружной боковой поверхности ножа. Преимущество такого способа погружения колодца способствует значительному уменьшению толщины стен; возможности применения сборных стеновых панелей; отсутствию опасности «зависания» колодца; легкому исправлению возможных кренов колодца при опускании.

§ 55. Конструирование фундаментов из опускных колодцев

Фундаменты из опускных колодцев для опор мостов имеют, как правило, вытянутую в плане прямоугольную форму (рис. 9.3,а,б), либо форму, близкую к прямоугольной, но отличающуюся от нее закруглениями в углах (рис. 9.3,в,г), либо вытянутую форму с короткими сторонами в виде полуокружности (рис. 9.3,д); применяют также круглые колодцы (рис. 9.3,е).

Прямоугольные колодцы проще в изготовлении, но погружать их в грунт тяжелее, чем колодцы с очертаниями в плане, показанными на рис. 9.3,в — е. В связи с этим колодцы прямоугольного очертания в плане применяют, в основном, в случаях, когда надо преодолеть слой легкопроходимого грунта толщиной не более 10 м.

На уровне верха опускного колодца (на уровне обреза фундамента) устраивают уступы во всех направлениях шириной не менее 1/50 глубины погружения колодца и не менее 40 см. Это позволяет обеспечить проектное положение надфундаментной части опоры при возможных смещениях верха колодца в плане.

От горизонтального давления грунта в наружных стенах колодца возникают изгибающие моменты. Уменьшения этих моментов достигают устройством внутренних стен (рис. 9.3,6 — д). Расстояния в свету между стенами (размеры шахт) должны быть достаточными для нормальной работы землеройных снарядов. При грейферной разработке грунтов размеры шахт должны минимум на 0,5 м превышать размер грейфера в раскрытом состоянии. Размеры шахт в плане обычно принимают от 2 до 5 м.

Рис. 9.3. Формы опускных колодцев в плане а — прямоугольная; б — прямоугольная с внутренней стеной; в, г — прямоугольные с закруглениями в углах; д — вытянутая с короткими сторонами в виде полуокружности; е — круглая

Рис. 9.4. Наружные стены опускных колодцев а — вертикальные; б — с уступами; в — наклонные

При погружении колодцев на глубину 8—10 м их наружные поверхности делают вертикальными (рис. 9.4,а). В случаях погружения колодцев на большую глубину приходится преодолевать значительные силы трения, возникающие между наружными поверхностями колодцев и грунтом. Для обеспечения погружения колодцев в этих случаях их наружные поверхности делают с одним или несколькими уступами (рис. 9.4,6) шириной не менее 10 см, из которых первый располагают на высоте 2—4 м от низа колодца. Иногда вместо уступов наружным поверхностям придают наклоны, сохраняя вертикальность этих поверхностей лишь в пределах нижней части колодцев высотой 3—4 м (рис. 9.4,в).

Толщину наружных стен железобетонного колодца обычно принимают равной 0,7—1,5 м, а внутренних 0,5—1 м. Принятая толщина стен должна обеспечить вес колодца, достаточный для преодоления сил трения грунта о колодец, препятствующих его погружению.

Резкого снижения сил трения грунта о колодец удается достичь применением тиксотропной рубашки. В этом случае колодец изготовляют с одним уступом шириной до 15 см, расположенным в его нижней части, и вертикальной боковой поверхностью независимо от размеров и глубины погружения колодца в грунт. Тиксотропная рубашка образуется из глинистого раствора, нагнетаемого через специальную трубу (в процессе погружения колодца) в пространство между наружной поверхностью колодца и грунтом. Применение тиксотропных рубашек позволяет снизить толщину стен колодцев до 0,4—0,6 м.

Стены колодцев армируют горизонтальной и вертикальной арматурой. Площадь сечения арматуры определяют, как правило, расчетом на усилия, возникающие в процессе погружения колодцев.

Рис. 9.5. Нижняя часть опускного колодца а — с банкеткой; б —с заостренным ножом; 1 — наружная стена; 2 — внутренняя стена; 3 — штрабы; 4 — обшивка из металла

Нижние части наружных стен (консоли) колодцев устраивают переменного сечения по высоте. Консоли, как правило, заканчиваются стальными ножами с горизонтальной площадкой (банкеткой) шириной 0,15—0,20 м (рис. 9.5,а) или заостренными (рис. 9.5,6).

Выше консоли (на расстоянии не менее чем 2,2 м от низа колодца) в наружных и внутренних стенах колодцев устраивают штрабы глубиной 25—30 см и высотой 80— 100 см (см. рис. 9.5), обеспечивающие надежную связь между стенами колодца и бетоном заполнения, а также возможность в случае крайней необходимости устройства потолка для превращения опускного колодца в кессон.

После назначения отметок обреза и подошвы фундамента устанавливают форму и размеры опускного колодца в плане на уровне обреза. При этом обычно исходят из формы и размеров сооружения, опирающегося на колодец, и минимальных величин уступов. С учетом указанных выше замечаний устанавливают очертания наружной поверхности колодца (делают ее вертикальной или наклонной, с уступами или без них), после чего определяют форму и размеры подошвы фундамента, а также его несущую способность по грунту. Определение последней производят аналогично фундаментам мелкого заложения или по результатам полевых испытаний.

Затем в соответствии с требованиями, изложенными далее в § 57, производят расчет фундамента, значения которого должны удовлетворять условиям прочности грунта под фундаментом. Если в результате расчета окажется, что условия не удовлетворяются, то необходимо увеличить размеры опускного колодца в плане или понизить отметку заложения его подошвы. После этого расчет фундамента производят заново.

Кроме указанных выше расчетов колодца, производят также расчет достаточности его веса для опускания и расчет прочности колодца на разрыв.

Если интенсивность сил трения грунта о стены колодца в верхних слоях больше, чем в нижних, то в горизонтальных сечениях колодца при его погружении может возникнуть растягивающее усилие. По этому усилию подбирают сечение вертикальной арматуры, чем обеспечивают прочность колодца на разрыв.

По опыту построенных сооружений расход бетона на изготовление колодцев в общем объеме кладки фундаментов изменяется от 10% для колодцев-оболочек, заполняемых сплошь бетоном, до 90% для толстостенных колодцев без бетонного заполнителя. Расход арматуры на 1 м 3 кладки колодцев изменяется от 50 кг. для массивных конструкций до 300 кг для колодцев-оболочек, принудительно погружаемых в грунт.

В фундаментах опор мостов применяют преимущественно железобетонные колодцы; бетонные колодцы используют для фундаментов площадью до нескольких десятков квадратных метров при глубине заложения до 20 м.

При небольших объемах работ монолитные, бетонируемые на месте погружения колодцы применяют более часто, так как доставка сборных конструкций или их изготовление вблизи объекта во многих случаях связаны с необходимостью значительных дополнительных затрат средств и времени.

В подавляющем большинстве случаев фундаменты мостов сооружают из одного колодца монолитной и очень редко сборно-монолитной конструкции. Два колодца и больше в одном фундаменте в настоящее время встречаются при сборных конструкциях, например, колодцах-оболочках, погружаемых в грунт принудительно.

На фундаменты из одного колодца ориентируются, как правило, при необходимости опускания бетонируемых на месте колодцев под действием собственного веса. На сооружение таких фундаментов затрачивается меньше времени по сравнению с фундаментами из нескольких колодцев.

В построенных фундаментах из нескольких колодцев-оболочек расход бетона уменьшен в 2—4 раза по сравнению с фундаментами из одиночных колодцев, заполненных бетоном. При таком сокращении объема кладки экономически оправданно и целесообразно широкое применение конструкции из сборного железобетона. Поскольку резко уменьшаются суммарные объемы и вес элементов одного фундамента, то соответственно снижаются затраты труда, стоимость изготовления и монтажа колодцев-оболочек по сравнению с толстостенными колодцами больших размеров. Возможно их принудительное заглубление в разные грунты вибропогружателями.

По данным опыта сооружения мостов в нашей стране и за рубежом установлено, что применение колодцев-оболочек, способствуя значительному сокращению объемов работ, обеспечивает при хорошо освоенной технологии снижение на 10—25% стоимости фундаментов и уменьшение трудоемкости в 1,5—3 раза.

Возведение подземных сооружений способом опускного колодца

Опускной колодец представляет собой открытую сверху и снизу железобетонную (реже стальную и бетонную) конструкцию, стены которой в нижней части имеют заострения (консоли), обычно усиленные металлом (ножи) (рис. 4.3). Опускные колодцы догружаются в грунт под действием собственного веса по мере разработки и удаления грунта, расположенного в полости колодца и ниже его ножа.
Стены колодцев либо сооружают сразу на полную высоту, либо наращивают по мере погружения колодцев в грунт. Погружение опускных колодцев в грунт производят с откачкой или без откачки воды из их полости.

После достижения опускным колодцем проектной глубины заложения фундамента полость колодца целиком или частично заполняют бетонной смесью сначала подводным способом, а затем насухо. В верхней части колодца сооружают распределительную железобетонную плиту, на которой впоследствии ведут кладку надфундаментной части опоры; в некоторых случаях такую плиту не делают.
Опускные колодцы применяют в случаях расположения грунтов с достаточной несущей способностью на больших (более 5-8 м) глубинах, когда сооружение фундаментов в открытых котлованах из-за сложности крепления их стен экономически нецелесообразно или технически неосуществимо. Поскольку в подобных случаях кроме опускных колодцев можно применять фундаменты из свай или оболочек, выбор типа фундамента производят на основе технико-экономического сравнения вариантов. Достоинством фундаментов из опускных колодцев является возможность их погружения без использования сложного технологического оборудования. Недостатками их являются большой объем кладки и значительные трудности, возникающие при встрече колодцев в водонасыщенных грунтах с препятствиями в виде крупных валунов, скальных прослоек, топляков и т.п. Устранение таких препятствий возможно лишь после откачки воды из колодцев, что при водонасыщенных грунтах не всегда удается сделать. Трудности, связанные с необходимостью осушения колодца, возникают и при посадке его на скальный грунт, поверхность которого не бывает строго горизонтальной и нуждается в планировке для возможности опирания на него колодца по всему периметру.

Очертание и габаритные размеры опускного колодца в плане определяются формой и размерами поперечного сечения надфундаментной части сооружения на уровне обреза фундамента, а также несущей способностью грунта, на который намечается опереть колодец.
Фундаменты из опускных колодцев имеют, как правило, вытянутую в плане прямоугольную форму либо форму, близкую к прямоугольной, но отличающуюся от нее закруглениями в углах, либо вытянутую форму с короткими сторонами в виде полуокружности; применяют также круглые колодцы.
Прямоугольные колодцы проще в изготовлении, но погружать их в грунт тяжелее, чем колодцы с очертаниями в плане, показанными на рис. 4.5. В связи с этим колодцы прямоугольного очертания в плане применяют в основном в случаях, когда надо преодолеть слой легкопроходимого грунта толщиной не более 10 м.
На уровне верха опускного колодца (на уровне обреза фундамента) устраивают уступы во всех направлениях шириной не менее 1/50 глубины погружения колодца и не менее 40 см. Это позволяет обеспечить проектное положение надфундаментной части опоры при возможных смещениях верха колодца в плане.

Опускной колодец опирают на толщу грунта, обладающего достаточной несущей способностью. Поверхность этой толщи не бывает строго горизонтальной, поэтому для обеспечения опирания на нее колодца по всей подошве его заводят в эту толщу на 1-2 м. В соответствии с этим назначают отметку подошвы фундамента.
По опыту построенных сооружений расход бетона на изготовление колодцев в общем объеме кладки фундаментов изменяется от 10 % для колодцев-оболочек, заполняемых сплошь бетоном, до 90 % для толстостенных колодцев без бетонного заполнителя. Расход арматуры на 1 м кладки колодцев изменяется от 50 кг для массивных конструкций до 300 кг для колодцев-оболочек, принудительно погружаемых в грунт.

В зависимости от конструктивных особенностей сооружений, объемов работ и местных условий бетонные и железобетонные колодцы изготовляют из монолитного или сборного железобетона (рис. 4.8). Целесообразность применения того или другого вида колодцев определяется, исходя из результатов сравнения стоимости работ и затрат труда.
При небольших объемах работ монолитные, бетонируемые на месте погружения колодцы применяют более часто, так как доставка сборных конструкций или их изготовление вблизи объекта во многих случаях связаны с необходимостью значительных дополнительных затрат средств и времени.
На фундаменты из одного колодца ориентируются, как правило, при необходимости опускания бетонируемых на месте колодцев под действием собственного веса. На сооружение таких фундаментов затрачивается меньше времени по сравнению с фундаментами из нескольких колодцев.
В построенных фундаментах из нескольких колодцев-оболочек расход бетона уменьшен в 2-4 раза по сравнению с фундаментами из одиночных колодцев, заполненных бетоном. При таком сокращении объема кладки экономически оправданно и целесообразно широкое применение конструкции из сборного железобетона. Поскольку резко уменьшаются суммарные объемы и вес элементов одного фундамента, то соответственно снижаются затраты труда, стоимость изготовления и монтажа колодцев-оболочек по сравнению с толстостенными колодцами больших размеров. Возможно их принудительное заглубление в разные грунты вибропогружателями.

На рис. 4.9 показана конструкция сборного опускного колодца.
По данным опыта строительства в нашей стране и за рубежом установлено, что применение колодцев-оболочек, способствуя значительному сокращению объемов работ, обеспечивает при хороню освоенной технологии снижение на 10-25 % стоимости фундаментов и уменьшение трудоемкости в 1,5-3 раза.
В случаях погружения колодцев на большую глубину приходится преодолевать значительные силы трения, возникающие между наружными поверхностями колодцев и грунтом. Для обеспечения погружения колодцев в этих случаях их наружные поверхности делают с одним или несколькими уступами (рис. 4.10) шириной не менее 10 см, из которых первый располагают на высоте 2-4 м от низа колодца. Иногда вместо уступов наружным поверхностям придают наклоны, сохраняя вертикальность этих поверхностей лишь в пределах нижней части колодцев высотой 3-4 м.

При развитии уступов или увеличении наклонов наружной поверхности колодца облегчается его погружение в грунт, но в то же время колодец в процессе погружения становится менее устойчивым, легче кренится и смещается в стороны, что затрудняет обеспечение его проектного положения. В связи с этим развитие уступов и наклоны наружных поверхностей колодцев ограничивают прямыми, имеющими наклоны не более 20:1.
Резкого снижения сил трения грунта о колодец удается достичь применением тиксотропной рубашки. В этом случае колодец изготовляют с одним уступом шириной до 15 см, расположенным в его нижней части, и вертикальной боковой поверхностью независимо от размеров и глубины погружения колодца в грунт. Тиксотропная рубашка образуется из глинистого раствора, нагнетаемого через специальную трубу (в процессе погружения колодца) в пространство между наружной поверхностью колодца и грунтом. Применение тиксотропных рубашек позволяет снизить толщину стен колодцев до 0,4-0,6 м.

Для принудительного погружения опускных колодцев применяют различные типы опорных конструкций. При строительстве заглубленных на 45-55 м сооружений диаметром 9-12 м успешно используют опорные конструкции в виде набора двухконсольных балок, шарнирно закрепленных в опорном воротнике, при этом одна консоль каждой балки оборудована домкратом, а противоположная жестко оперта на грунт. В шахтном строительстве при переходе от обычного способа проходки к опускной применяют треугольные упоры, шарнирно закрепленные в крепь ранее пройденного участка. При задавливании колодцев со стенами, собираемыми из колец высотой более величины хода штоков домкратов, используют опорную конструкцию в виде стойки, закрепленной шарнирно в опорном воротнике и оснащенной съемной консолью, которая устанавливается на нужный уровень по мере погружения колодца.

Для задавливания опускных колодцев применяют гидравлические домкраты грузоподъемностью 500-1500 кН с величиной хода штока 800-1200 мм, причем гидравлическая схема домкратной системы должна предусматривать независимое включение и отключение каждого отдельного домкрата.
Погружение колодцев способом задавливания может осуществляться как без водоотлива, так и в осушенных грунтах. Для разработки грунта используют грейферы или средства гидромеханизации. У нас в стране этим способом возведено более 200 сооружений глубиной 50 м и более, круглых в плане с диаметром 5-30 м и прямоугольных с площадью сечения до 420 м2. Есть примеры применения способа задавливания колодцев в Японии и Мексике. Этот способ целесообразно применять при возведении сооружений, заглубляемых на 20 м и более, в тех случаях, когда необходимо обеспечить их строгую вертикальность, а также когда работы ведутся вблизи существующих строений и коммуникаций.
Работы по регулируемому погружению колодцев с помощью домкратов по второй схеме выполняются в следующей последовательности (рис. 4.12).
Перед началом работ по возведению заглубленного сооружения по его периметру пробуривают скважины 1, причем в зависимости от инженерно-геологических условий в нижней части скважин могут быть устроены уширения 2. В скважину опускают канат 6 с анкерным устройством 7 на его конце, после чего анкерные сваи бетонируют до отметки на 0,5 м ниже заложения ножа колодца. Затем по поверхности грунта возводят наружные стены 4 колодца, устраивая в них каналы 5 для пропуска тяжей канатов 6. После набора бетоном стен колодца проектной прочности на них устанавливают специальные домкраты 3, к которым присоединяют свободный конец тяжа-каната.

В процессе погружения колодца осуществляется выемка грунта из центральной части колодца с оставлением берм у ножа. Разработав грунт на глубину одного яруса, включают домкраты и сооружение задавливают в грунт, после этого разрабатывают грунт бермы, разрушенной во время задавливания колодца, и цикл повторяется.

Читайте также: