Возведение сооружений методом опускного колодца. Технология погружения опускных колодцев. Способы снижения трения стен колодца о грунт

Страница 17 из 17

Опускной колодец - пустотелая железобетонная конструкция, которая погружается в грунт под действием собственного веса при одновременной разработке грунта из внутренней полости и наращивании стенок в процессе погружения (рис. 2.57).

После опускания колодца до заданной отметки пространство внутри колодца полностью или частично заполняют бетонной смесью.

Глубина погружения колодца может достигать 40-50 м и более.

Стенки опускного колодца могут быть вертикальными, наклонными (i ≥ 1:100) и ступенчатыми.

Достоинства технологии сооружения опор на опускных колодцах :

• простота и доступность;
• погружение с помощью простейшего оборудования (кран с грейфером или эрлифты);
• малая энергоемкость (это важно для отдаленных районов и при малых объемах работ);
• возможность сооружения мощных фундаментов с глубиной заложения до 40-80 м.

Недостатки данной технологии :

• большой расход бетона;
• неполное использование (всего на 15-20%) прочностных свойств бетона как материала для колодца;
• длительные сроки сооружения;
• повышенная (по сравнению с сооружением свайных и столбчатых фундаментов) трудоемкость работ;
• невозможно использовать колодец, если в грунте есть валуны или скальные прослойки.

Рис. 2.57 - Общий вид опускного колодца

Сейчас опускные колодцы применяют редко, так как они менее экономичны и индустриальны по сравнению со свайными и столбчатыми фундаментами глубокого заложения. Тем не менее, в определенных условиях (например, при ограниченности энергоресурсов на объекте и наличии свободной рабочей силы) этот метод фундирования мостовых опор возможен.

Серьезной проблемой при опускании колодца являются препятствия в виде валунов, утонувших бревен и т. п., удалить которые трудно. Если в процессе опускания попадается такое препятствие, водоотлив, организуемый внутри колодца, может привести к прорыву грунта во внутреннюю полость. Для предупреждения прорыва воды с грунтом колодец иногда обкладывают снаружи мешками с глиной. В некоторых случаях препятствия можно удалить с помощью водолазов. Если удалить препятствие невозможно, колодец превращают в кессон.

Опускные колодцы в основном сооружают на островке (или на суходоле), специально отсыпаемом на месте будущей опоры зли на берегу, с последующей доставкой к месту установки.

Методы опускания колодцев :

1. С островков.
2. С доставкой на плаву с берега (наплавной колодец).
3. С подмостей на подвесках.

Первый способ опускания колодца возможен на реках с глубиной до 2-2,5 м и скоростью течения до 0,8 м/с. Островок отсыпают с естественными откосами (рис. 2.58, а).

Рис. 2.58 - Устройство островка: а - без ограждения; б - в ограждении

Если скорость течения реки превышает 0,8-1,5 м/с, а глубина - около 2,5-4 м, вокруг островка устраивают защитное ограждение (рис. 2.58, б).

Если глубина и скорость течения велики, обычно устраивают кольцевые в плане, металлические шпунтовые ограждения, заполненные грунтом засыпки (рис. 2.59). Шпунт используют плоский, типа ШП-1 и ШП-2.

В шпунтовом ограждении кольцевого очертания шпунт работает только на растяжение. На уровне поверхности грунта горизонтальные усилия в шпунте определяют по формуле:

при допустимом усилии [S] = 100 тс/п. м (с коэффициентом запаса, равным 2), где D - диаметр островка;

Здесь G - вес островка и опускного колодца;

γ взв , γ гр - удельный вес грунта засыпки во взвешенном и естественном состоянии соответственно;

φ - угол внутреннего трения грунта засыпки.

Проверка основания островка производится по формуле:

Рис. 2.59 - Расчетная схема островка

Часто колодец изготовляют непосредственно на островке, месте его опускания. Если запроектирован колодец высотой до 7-8 м, его сооружают целиком. По периметру выкладывают подкладки, собирают опалубку, конструируют арматуру и бетонируют колодец. После выстойки бетона подкладки удаляют: сначала под внутренними и торцевыми стенами, а затем равномерно (через одну) под продольными. В последнюю очередь удаляют 4 фиксированные подкладки по углам колодца. По мере удаления подкладок под нож колодца подсыпают песок.

Колодец опускается, главным образом, за счет преодоления боковых сил трения собственным весом. Одновременно извлекают грунт из шахт (проемов) колодца механическим способом (грейфером, подвешенным к стреле крана) или гидромеханическим (гидроэлеватором или эрлифтом), который чаще применяют для несвязных грунтов. Для обеспечения гарантированного опускания колодца требуется выполнение условия

G кол > 1,25·T тр ,

T тр = f тр · P· h .

Здесь f тр = 1-2,5 тс/м 2 для песков и 2,5-5,0 тс/м 2 для глин;

P - периметр колодца;

h - глубина погружения колодца в грунт;

G кол - вес колодца.

Облегчить погружение можно с помощью вибропогружателей, задавливанием (пригружая островок, например, водным балластом в понтонах), а также уменьшением силы трения, чего достигают:

• подмывая грунт под ножом и по боковой поверхности наружных стен (для этого в стены закладывают специальные подмывные трубы);
• делая стены в нижней части колодца толще, чем в верхней части, на 10-15 см. Создаваемая таким образом щель заполняется глинистым раствором, т. е. образуется тиксотропная рубашка . Силы трения при опускании колодца в пределах рубашки практически отсутствуют (потом раствор затвердевает, и силы трения восстанавливаются).

Трубы для подачи глинистого раствора можно закладывать в стены в районе ножа изнутри колодца. По трубам нагнетают глинистый раствор на основе бентонитовых или местных глин, обработанных, например, едким натром (NaOH). Из опыта известно, что применение глинистого раствора более эффективно, чем подмыв.

Второй способ опускания колодца (с предварительным приданием ему плавучести) целесообразен, если глубина воды превышает 10-12 м. В этом случае колодец изготавливают на берегу, затем спускают на воду и подают на плаву к месту опускания. Сооружение островка в этих условиях экономически неэффективно.

Колодец сооружают зимой у межени, с повышением уровня воды весной он всплывает, и, предварительно придав плавучесть, его транспортируют к месту установки.

Есть и другой способ: колодец стаскивают с берега в воду по специальному стапелю (слипу) катером-буксиром (рис. 2.60).

Рис. 2.60 - Спуск опускного колодца на воду по слипу

В обоих случаях плавучесть колодцу придается с помощью:

• специального днища (рис. 2.61, а);
• съемного колпака из тканепленочных материалов (рис. 2.61, б).

Рис. 2.61 - Придание колодцу плавучести: a - устройством днища; б - устройством колпака; A - площадь колодца; H - глубина погружения; P - выталкивающая сила

По первому варианту (рис. 2.61, а) колодец опускают на месте будущей опоры, затапливая его водой. Для этого днище разбирают водолазы. Однако этот способ неудобен для регулирования высотного положения колодца. Второй вариант (рис. 2.61, б) при наличии компрессора, расположенного на плашкоуте поблизости, значительно удобней. Для посадки на дно необходимо выпустить воздух из внутренней полости конструкции, затопить колодец. Непосредственно перед опусканием колодца грунт основания может размыться из-за повышения скорости течения, обусловленного стеснением русла колодцем. Чтобы избежать этого, необходимо обсыпать основание щебнем.

Можно сконструировать колодец в виде дерево-металлической конструкции , обладающей плавучестью. На дно его можно опустить, заполнив бетонной смесью промежуток между каркасом стен и его обшивкой (рис. 2.62).

Рис. 2.62 - Дерево-металлический колодец

Третий способ предполагает изготовление колодца непосредственно на плавучих подмостях. Затем его транспортируют к месту установки, где приподнимают лебедками через полиспасты, после чего балки подмостей разбирают, и колодец опускается на дно (рис. 2.63).

Рис. 2.63 - Опускание колодца с плавучих подмостей

Чтобы можно было нарастить стенки колодца, необходимо обеспечить плавучесть опускаемой секции во время изготовления второй секции.

Раскрепляют наплавной колодец в русле реки с помощью якорей и полиспастов. Течение действует на колодец с силой

T = T лоб + T бок ,

Здесь А лоб , А 6ок - площадь лобовой и боковой поверхности колодца соответственно;

v - скорость течения воды + скорость движения буксира;

g = 9,81 м/с 2 ;

γ (плотность воды) = 1 тс/м 3 ;

φ = 0,75-1,0 (коэффициент формы колодца, при прямоугольной форме равен 1);

f (коэффициент трения) = 0,00017.

Наводка плавучего колодца на ось опоры производится по схеме, изображенной на рис. 2.64.

Первоначально плавсистему устанавливают несколько ниже места опускания по течению (на 20-50 м), после чего колодец медленно наводят на ось опоры.

Рис. 2.64 - Наводка плавучего колодца на ось опоры: 1 - секция колодца; 2 - плашкоут; 3 - анкерный трос; 4 - якорница; 5 - полиспаст; 6 - лебедка; 7 - становые якоря; 8 - якорный канат; 9 - пеленажный якорь; 10- расчалка

Количество якорей, удерживающих плавсистему во время наводки колодца, надо проверить по несущей способности R я с учетом грунтовых условий и типа якоря (табл. 2.19).

Таблица 2.19 - Расчет несущей способности якорей в зависимости от их типа и грунтовых условий

Примечание : P як - масса якоря.

Для этих целей используют якоря адмиралтейского типа и железобетонные якоря-присосы.

Для нормальной работы необходимо, чтобы сила от троса действовала на якорь вдоль поверхности дна. Принимается, что канат провисает по параболе (рис. 2.65).

Рис. 2.65 - Схема к расчету якорного троса

Тогда усилие в нити, передаваемое на якорь, приближенно определится по формуле

Здесь q H - погонный вес троса;

H - глубина воды.

L = (10 - 15)·H .

По усилию S подбирается якорный канат и якорь (S ≤ R я ).

Метод опускного колодца при строительстве сооружений водопровода и канализации используют при устройстве заглубленных помещений , 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 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.

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 в бадьях. При внутреннем диаметре колодца до 20 м используют 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. 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.

Когда разговор заходит о таком понятии, как опускные колодцы, то необходимо понимать, что это чисто технический термин, и обозначает он конструкцию фундамента здания. То есть, никакого отношения он к питьевым колодцам, который выкапываются на территориях загородных коттеджей и дач, не имеет. Обычно эти конструкции имеют монолитную форму, полую изнутри, которую устанавливают в неустойчивых грунтах. По сути, монолитный колодец выполняет функции защитного сооружения. Он формирует стенки скважины, куда впоследствии заливается бетонный раствор.

Опускной колодец под фундамент

Технология сооружения такого фундамента достаточно проста. Сначала изготавливается сам колодец в виде монолитной бетонной конструкции, которую заглубляют в грунт. Процесс заглубления также прост. Необходимо изнутри колодца выкапывать землю, постепенно выбирая ее сначала по центру, затем под стенками конструкции. Таким образом, производится опускание бетонного изделия. Нередко для глубоких фундаментов возводится сборная конструкция, состоящая из нескольких одинаковых элементов. То есть, выбирая изнутри грунт, сначала опускается один элемент, затем на него устанавливается второй, который крепится к первому, и так далее.

Привязка технологии к даче

Теперь, что касается дачных колодцев. Не секрет, что сегодня самым популярным материалом, из которого возводится ствол сооружения, являются железобетонные кольца. Они прочные, монолитные, нейтральны к воде, то есть, не испортят ее качество. К тому же это уже готовое изделие, которое просто надо опустить в шахту колодца.

Подготовка котлована под бетонное кольцо

Раньше так и делали: откапывали ствол и устанавливали в него бетонные кольца, скрепляя их между собой. Правда, данную технологию можно было использовать лишь на территории загородных участков, где грунт был прочный. На песчаных и других слабых грунтах, где происходило осыпание стенок шахты, данный вариант установки колец был просто невозможен. Поэтому и стали здесь применять технологию опускных колодцев. То есть, по месту расположения колодезного сооружения устанавливалось железобетонное кольцо, а изнутри него выкапывался грунт. Таким образом, опускали его вниз, заодно формировали ствол и защищали шахту от осыпания грунта.

Читайте также:

Особенности принципиальной схемы водопровода в частном доме от колодца

Необходимо отметить, что метод опускного колодца не так прост, как может показаться на первый взгляд. Во-первых, необходимо отметить, что внутреннее пространство бетонного кольца не очень широкое. Хотя все зависит от выбранного диаметра изделия, где максимальный размер 2 м. Правда, такого размера колодцы редкость, потому что оптимальный вариант – диаметр сооружения 1,0-1,2 м.

Установка двух колец друг на друга

Поэтому внутри бетонного кольца лопатой не размашешься. При этом приходится все время вырабатывать грунт, а чем глубже в него, тем он плотнее. К тому же придется вытаскивать землю наружу, используя не самые передовые технологии и приспособления. Ведь дачный колодец чаще всего выкапывают вручную, используя лопаты, ведро с веревкой. Так что в шахту обычно спускают самого изящного из работников.

Во-вторых, существуют определенные правила выкапывания грунта. А именно:

• Сначала надо выкопать яму под первое кольцо. Он должно быть глубиною 70-80 см. При этом диаметр ямы должен быть на 10-20 см больше внешнего диаметра кольца.
• Далее производится установка самого железобетонного изделия, для чего необходимо воспользоваться или подъемным краном, или самодельным подъемным приспособлением. К примеру, тренога со шкивом и ручной талью. Сегодня на рынке можно приобрести ручные подъемные механизмы разных конструкций, размеров и грузоподъемности. Хотя самодельный вариант обойдет в разы дешевле, да и использовать его придется всего лишь один раз в процессе установки железобетонных колец.
• Так как высота самого кольца стандартная – 90 см, то торчать над поверхностью грунта первое установленное кольцо будет на 10-20 см. Это необходимое условие, которое даст возможность провести точную и беспроблемную установку второго кольца.

Сооружение домика для колодца своими руками – простейшая конструкция

1. Выкапывать надо сначала по всему объему сечения бетонного кольца, затем под его стенками.
2. Выкапывать сначала надо под стенками, и только после этого выбирать остальной грунт.

Так вот первый вариант обычно используется, если на дачном участке грунт не очень твердый. То есть, он мягкий и рыхлый. Если, наоборот, грунт глинистый с вкраплениями каменных кусков, то лучше использовать второй вариант.

В строительстве монолитных колодцев опускным методом, при сооружении фундаментов, используются конструкции, на нижних торцах которых установлены металлические ножи. Они прочно закрепляются к стенкам бетонных изделий. Таким образом, упрощается сам процесс погружения колец в грунт. Конечно, этот технологический прием на даче использовать никто не будет, поэтому очень важно равномерно выгребать землю изнутри кольца и под его стенками. Как показывает практика, именно процесс удаления грунта из-под стенок бетонного изделия самый сложный. Нередко зажимает кольцо лопаты, которые приходится с трудом вытаскивать.

Выкапывание грунта из бетонного колодца

Как глубоко копать

Понятно, что чем глубже лопата вгрызается в землю, тем сложнее это удается сделать. Соответственно больше число колец надо буде установить. Поэтому в первую очередь надо определиться, на какую глубину придется вырабатывать шахту. Эта информация не под запретом, ее можно узнать в районной геологической организации. А можно поступить проще – узнать у соседа глубину его колодца. Конечно, если он на его участке выкопан. Обычно водоносный слой распространяется на километры, так что величина выработки будет одинаковой.

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.

От горизонтального давления грунта в наружных стенах колодца возникают изгибающие моменты. Уменьшения этих моментов достигают устройством внутренних стен. 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. При погружении колодцев на глубину 8-10 м их наружные поверхности делают вертикальными (рис. 4.6).
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.
Стены колодцев армируют горизонтальной и вертикальной арматурой. Площадь сечения арматуры определяют, как правило, расчетом на усилия, возникающие в процессе погружения колодцев. 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 или заостренными.
Чтобы исключить возможность опирания внутренних стен колодца на грунт, их низ располагают выше низа наружных стен на 0,5 м. Для возможности сообщения между шахтами во внутренних стенах предусматривают проемы или низ этих стен располагают не менее чем на 2 м выше ножа колодца.
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 80-160 см, обеспечивающие надежную связь между стенами колодца и бетоном заполнения, а также возможность в случае крайней необходимости устройства потолка для превращения опускного колодца в кессон.

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.

Представляют собой замкнутую в плане и открытую сверху и снизу полую конструкцию, бетонируемую или собираемую из сборных элементов на поверхности грунта и погружаемую под действием собственного веса или дополнительной пригрузки по мере разработки грунта внутри нее (рис.13.1 и 13.2.).

Рис.13.1 Последовательность устройства опускного колодца:

а – изготовление первого яруса опускного колодца на поверхности грунта; б – погружение первого яруса опускного колодца в грунт; в – наращивание оболочки колодца; г – погружение колодца до проектной отметки; д – заполнение бетоном полости опускного колодца в случае использования его как фундамента глубокого заложения

Рис.13.2. Формы сечений опускных колодцев в плане:

а – круглая; б – квадратная; в – прямоугольная; г – прямоугольная с поперечными перегородками; д – с закругленными торцевыми стенками

· Форма колодца в плане определяется конфигурацией проектируемого сооружения См. рис.13.2.

Наиболее рациональной является круглая форма, т.к. стенка круглого колодца работает только на сжатие, и при заданной площади основания обладает наименьшим наружным периметром, что уменьшает силы трения по их боковой поверхности, возникающие при погружении. Плоские же стенки опускных колодцев в основном будут работать на изгиб (что далеко не выгодно), но с другой стороны прямоугольная и квадратная форма позволяет более рационально использовать площадь внутреннего помещения.

· В любом случае очертание колодца должно быть в плане симметричным, т.к. всякая асимметрия осложняет его погружение (прекосы, отклонения).

· Конструкционные материалы для опускных колодцев:

Каменная или кирпичная кладка;

Ж/б- наиболее распространен:

1.Монолитные (только когда форма колодца в плане имеет сложное очертание, нет возможности изготовления сборных элементов, при проходке скальных грунтов и грунтов с большим числом валунов).

2.Сборные (наибольшее предпочтение)

· Погружению колодца в основание сопротивляются силы трения стен колодца о грунт. Для уменьшения трения колодцам придают коническую или цилиндрически уступчатую форму, с использованием тиксотропной суспензии. Оболочка опускного колодца из монолитного ж/б состоит из двух основных частей: 1 – ножевой; 2 – собственно оболочки. См. рис. 13.3.

Рис.13.3. Форма вертикальных сечений монолитных опускных колодцев:

а – цилиндрическая; б – коническая; в – цилиндрическая ступенчатая; 1 – ножевая часть опускного колодца; 2 – оболочка опускного колодца; 3 – арматура ножа колодца

· Ножевая часть шире стены оболочки на 100…150мм со стороны грунта.

· Толщина стен монолитных колодцев определяется из условия создания веса, необходимого для преодоления сил трения.

· Бетон должен быть прочным, плотным (вес) и иметь высокую водонепроницаемость – В35.

· Монолитные ж/б колодцы изготавливают непосредственно над местом их погружения на специально изготовленной выровненной площадке. При hк >10м его бетонирование ведется отдельными ярусами, последовательно. К опусканию преступают только после набором бетоном 100% прочности, что непроизводительно (потеря времени).

· К недостаткам монолитных ж/б опускных колодцев также следует отнести:

Большой расход материалов, не оправданный требованиями прочности;

Значительная трудоемкость, за счет их изготовления полностью на строительной площадке;

· Преимущества монолитных колодцев:

Простота изготовления;

Возможность придания им любой формы;

Отсутствие (как правило) опасности всплытия

· Из сборных опускных колодцев наибольшее распространение получили:

Колодцы из пустотелых прямоугольных элементов (рис.13.4)

Рис.13.4. Сборный опускной колодец из пустотелых прямоугольных блоков:

1 – блоки; 2 – форшахта; 3 – монолитный железобетонный пояс; 4 – нож из монолитного железобетона

Из плоских вертикальных панелей (клепок) (рис.13.5)

Рис.13.5. Сборный опускной колодец из вертикальных панелей:

1 – панели; 2 – форшахта;

· Колодцы из пустотелых прямоугольных элементов выполняют с монолитной ножевой частью, на которой монтируется оболочка из сборных двухпустотных блоков (рис.13.4), без перевязки швов (один на другой). Блоки скрепляются между собой только в вертикальных швах. В результате образуются вертикальные пустоты в блоках на всю высоту колодца, заполняемые в последствии бетоном. Если колодец разбит по высоте, то в верхней части каждого яруса опускания устраивают монолитный пояс.

Рис.Схема расположения пустот в блоках опускного колодца

Наличие в блоках сквозных пустот позволяет регулировать вес колодца при его опускании или для выравнивания при перекосах (заполнение пустот тяжелыми материалами, что также при необходимости удерживает колодец от всплытия).

· Каждая из плоских вертикальных панелей (клепок) представляет собой элемент стены колодца на всю его высоту (рис.13.5). Между собой панели соединяются с помощью петлевых стыков или накладками на сварке.

· При необходимости возведения такого опускного колодца большей высоты стены его наращивают такими же панелями, но уже без ножевой части. При этом в горизонтальном стыке панели верхнего и нижнего яруса соединяют сваркой закладных деталей.

· При высоком уровне УГВ в слабых грунтах и откачке воды изнутри колодца вода проникает внутрь колодца, вызывая механическую суффозию (вымывание и перемещение частиц грунта). Вокруг колодца образуется грунт с нарушенной структурой, поверхность грунта может опускаться, вызывая деформации соседних зданий. Альтернатива данному способу - погружение колодца без откачки воды.

Рис. Схема движения воды (суффозии) при выемке грунта из опускного колодца

· Открытый водоотлив применяют в устойчивых грунтах с относительно малым Кф .

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

Эти две схемы погружения колодцев называются:

1.Насухо (при отсутствии подземных вод или с применением открытого водоотлива или водопонижения).

2. С разработкой грунта под водой.

· Выбор способа разработки грунта зависит от размеров колодца, геологических условий строительной площадки и местных условий строительства. Так, например, грейферы применяют для разработки рыхлых песков, легких супесей, галечников и т.д.

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

· Разработка грунта под водой осуществляется преимущественно экскаваторами, оборудованными грейфером (рис.13.6 б). В случае очень слабых грунтов (плывуны), чтобы предотвратить их наплыв из-под ножа, рекомендуется поднимать уровень воды в колодце на 1…3м выше УГВ, накачивая в него воду.

· Недостатком «под водой» является:

Сложность контроля процесса откопки;

Трудность удаления крупных включений.