Что такое форсированная посадка кессона

Обновлено: 07.07.2024

Кессон схематически представляет собой опрокинутый вверх днищем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давлением нагнетается сжатый воздух, уравновешивающий давление грунтовой воды на данной глубине, что не позволяет ей проникать в рабочую камеру, благодаря чему разработка грунта ведется насухо без водоотлива.

По сравнению с опускными колодцами кессонный способ устройства фундаментов и подземных сооружений является более дорогостоящим и сложным, поскольку требует специального оборудования (компрессоры, шлюзовые аппараты, шахтные трубы и т. д.). Кроме того, этот способ связан с пребыванием людей в зоне повышенного давления воздуха, уравновешивающего гидростатический напор воды, что приводит к снижению производительности труда, значительно сокращает продолжительность рабочих смен (до 2 ч при избыточном давлении 350. 400 кПа) и ограничивает глубину погружения кессонов до 35. 40 м ниже уровня подземных вод, поскольку максимальное добавочное давление, которое может выдержать человек, составляет 400 кПа.

В связи с вышесказанным кессоны применяют значительно реже других типов фундаментов глубокого заложения.

Конструкция кессонов и оборудование для их опускания. Кессон состоит из двух основных частей: кессонной камеры и надкессонного строения (рис. 13.9).

Рис. 13.9. Схема устройства кессона:

а — для заглубленного помещения; б — для глубокого фундамента; 1 — кессонная камера; 2 — гидроизоляция, 3 — надкессонное строение; 4 — шлюзовой аппарат; 5 — шахтная труба

Кессонная камера, высота которой по санитарным нормам принимается не менее 2,2 м, выполняется из железобетона и состоит из потолка и стен, называемых консолями. Консоли камеры с внутренней стороны имеют наклон и заканчиваются ножом. Толщина консолей в месте примыкания к потолку составляет 1,5. 2 м, ширина банкетки принимается равной 25 см. Конструкция ножа кессона такая же, как и опускного колодца.

Для изготовления кессонных камер применяют бетон класса не менее В35, а их армирование ведется на усилия, возникающие в процессе возведения кессона. При бетонировании кессонной камеры в ее потолке оставляют отверстия для установки шахтной трубы, труб сжатого воздуха и воды, а также подводки электроэнергии. Надкессонное строение в зависимости от назначения кессона выполняется либо как колодец с железобетонными стенками (под заглубленные помещения), либо в виде сплошного массива из монолитного бетона или железобетона (для фундаментов глубокого заложения). Если надкессонное строение выполняется под заглубленное помещение, то на его наружные стены наносится гидроизоляция для защиты кессона от проникновения в него воды.

Как и в случае опускных колодцев, надкессонное строение возводят или сразу на всю проектную высоту, или же ярусами по мере погружения.

Главными элементами оборудования для опускания кессонов являются шлюзовые аппараты, шахтные трубы и компрессорная станция.

Шлюзовой аппарат, соединенный с кессонной камерой шахтными трубами, предназначен для шлюзования людей и грузов при их спуске в кессонную камеру и при подъеме из нее. Процесс шлюзования и вышлюзовывания рабочих происходит следующим образом. Рабочий входит в пассажирский прикамерок шлюза, где давление постепенно повышается от атмосферного до имеющегося в рабочей камере. На этот процесс затрачивается, как правило, от 5 до 15 мин, что необходимо для адаптации организма человека к условиям повышенного давления, после чего по шахтной трубе рабочий опускается в рабочую камеру кессона. Выход из рабочей камеры кессона осуществляется в обратной последовательности, но при этом на снижение давления воздуха в пассажирском прикамерке шлюза до уровня атмосферного требуется в 3. 3,5 раза больше времени, чем на переход от атмосферного давления к повышенному. Здесь необходимо проявлять особую осторожность, поскольку быстрый переход от повышенного давления к атмосферному может быть причиной так называемой кессонной болезни.

Для обеспечения нормальных условий работы рабочая камера и шлюзовой аппарат обеспечиваются электроосвещением, телефонной связью, системой звуковых и световых сигналов.

Производство кессонных работ. Последовательность производства работ при строительстве кессонов такая же, как и при строительстве опускных колодцев.

Сначала на спланированной поверхности грунта или на дне пионерного котлована возводится кессонная камера, на которой монтируются шлюзовой аппарат и шахтные трубы. Одновременно вблизи кессона сооружается компрессорная станция и монтируется оборудование для подачи в кессон сжатого воздуха.

После того как бетон кессонной камеры приобретет проектную прочность, ее снимают с подкладок и начинают погружение. Сжатый воздух начинают подавать в кессонную камеру, как только ее нижняя часть достигнет уровня подземных вод. Давление воздуха, обеспечивающее отжим воды из камеры кессона, определяется из условия

p_b = Н_w_w, (13.6)

где p_b — избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха, кПа;

Н_w — гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м; _w— удельный вес воды, кН/м 3 .

По мере погружения кессона в грунт наращивают шахтные трубы, если это необходимо, и возводят надкессонную часть сооружения.

После опускания кессона на проектную глубину все специальное оборудование демонтируется, а рабочая камера заполняется бетоном.

Грунт в камере кессона разрабатывается ручным или гидромеханическим способом.

Ручная разработка грунта применяется при погружении кессонов в породы, не поддающиеся размыву (плотные глинистые, скальные грунты и т. п.). В этих случаях грунт разрабатывается ручным механизированным инструментом (отбойные молотки, пневмобуры), а разрушение скальных пород и дробление валунов производится взрывным способом мелкими шпуровыми зарядами. Разработанный грунт грузится в бадьи, подвешенные к смонтированному на потолке камеры монорельсу, и подается к шахтному отверстию.

При разработке грунта следят за равномерным погружением кессона. Если замечают перекосы и крены, то замедляют разработку грунта с одной стороны кессона и усиливают с противоположной.

Если после разработки грунта кессон не опускается, то его либо пригружают, либо применяют форсированную посадку. Форсированная посадка достигается снижением давления воздуха в рабочей камере, вследствие чего падает направленное вверх давление на ее потолок, сопротивление кессона погружению в грунт резко уменьшается и он быстро опускается на глубину выработки.

Правилами производства кессонных работ форсированную посадку кессона разрешается производить на глубину не более 0,5 м при снижении давления воздуха не более чем на 50 %. Пребывание людей в кессоне при форсированной посадке запрещается.

Если существует опасность самопроизвольного опускания кессона (при слабых грунтах или значительном весе кессона), то под потолок его камеры подводят шпальные клетки. После того как опасность самопроизвольного опускания кессона минует, шпальные клетки разбирают.

Гидромеханическая разработка грунта применяется при погружении кессона в грунты, поддающиеся размыву (песчаные, супесчаные, песчано-гравелистые). Разработка грунта производится гидромониторами, а разжиженная масса (пульпа) удаляется из камеры гидроэлеваторами или эжекторами.

Гидромониторы и гидроэлеваторы могут работать по заданной программе, что позволяет сократить до минимума число рабочих, находящихся в кессонной камере под давлением сжатого воздуха. Имеется опыт разработки грунта в кессонной камере вообще без присутствия в ней рабочих, когда все управление гидромеханизмами выносится за ее пределы. Такой способ опускания кессонов называется слепым.

Расчет кессонов производится аналогично расчету опускных колодцев, но с учетом специфики их погружения и конструктивных особенностей. Так, при расчете кессонов на погружение к нагрузкам, действующим на обыкновенный опускной колодец, добавляется давление сжатого воздуха на потолок кессонной камеры, а расчет прочности кессона сводится в основном к расчету конструкции его кессонной камеры, на которую в процессе ее изготовления и погружения действуют следующие нагрузки: собственный вес кессонной камеры; горизонтальное давление грунта и воды снаружи; силы трения о грунт; реактивное давление грунта на ножевую часть консоли; вес надкессонной кладки; давление сжатого воздуха на потолок и консоли кессонной камеры.

По полученным в результате расчета усилиям проверяют прочность и трещиностойкость кессона как железобетонной конструкции.

В этом случае используется кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения, который был предложен во Франции в середине 19в.

Метод является более дорогостоящим и сложным, поскольку требует специального оборудования. Кроме того, этот способ связан с пребыванием людей в зоне повышенного давления воздуха, что значительно сокращает продолжительность рабочих смен (до 2 часов при 350…400кПа(max)) при максимальной глубине 35-40м.

В связи с вышесказанным кессоны применяют значительно реже других типов фундаментов глубокого заложения.

Кессонная камера, высота которой по санитарным нормам принимается не менее 2,2 м, выполняется из ж/б и состоит из потолка и стен, называемых консолями.

Способ погружения кессона аналогичен опускному колодцу. Глубину погружения кессона и его внешние размеры определяют так же, как и для опускных колодцев.

Шлюзовой аппарат, соединенный с кессонной камерой шахтными трубами, предназначен для шлюзования людей и грузов при их спуске в кессонную камеру и при подъеме из нее.

Рабочий процесс. Рабочий входит в прикамерок шлюза, где давление постепенно повышается до имеющегося в рабочей камере. На этот процесс затрачивается от 5 до 15 мин., что необходимо для адаптации организма человека, после чего по шахтной трубе рабочий опускается в рабочую камеру кессона. Выход из рабочей камеры кессона осуществляется в обратной последовательности, но при этом на снижение давления воздуха в прикамерке шлюза до уровня атмосферного давления требуется 3-3,5 раза больше времени, чем вначале, т.к. быстрый переход от повышенного давления к атмосферному может быть причиной начала кессонной болезни.

Сжатый воздух в кессонную камеру начинают подавать не сразу, а как только ее нижняя часть при погружении достигнет уровня подземных вод. Давление воздуха, обеспечивающее отжим воды из камеры кессона, определяется из условия:

Где - избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха, кПа;

- гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м;

- удельный вес воды,

Грунт в камере кессона разрабатывается или ручным или гидромеханическим способом.

Имеется опыт разработки грунта в кессонной камере вообще без присутствия в ней рабочих, когда все управление гидромеханизмами выносится за ее пределы. Такой способ опускания кессона называется слепым.

№ 20 ЕМТИХАН БИЛЕТІ/ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ

1. Закрепление грунтов: смолизация, глинизация и битумизация

Смолизация — нагнетание водного раствора карбамидной смолы с добавкой соляной кислоты,щавелевой кислоты или хлористого аммония. Применяется для закрепления, повышения прочности иводонепроницаемости мелкозернистых песчаных грунтов.

Глинизация служит для уменьшения фильтрационной способности трещиноватых скальных,кавернозных пород и гравелистых грунтов. При этом способе в трещины породы нагнетается под большимдавлением глинистая суспензия с добавкой небольшой дозы коагулянта.

битумизация. Её назначение — заделка наиболее крупных каверн, не поддающихсяцементации из-за большой скорости грунтового потока. Нагнетание горячего битума в полости и трещиныкавернозных пород производится через пробуренные скважины, оборудованные инъекторами. При холоднойбитумизации в грунт нагнетают тонкодисперсную битумную эмульсию. Способ применяется для оченьтонких трещин в скальных грунтах и закрепления песчаных грунтов.

Кессонный способ работы связан с использованием сжатого воздуха. Обычно основоположником кессонных ф) ндаментов

считают французского инженера Триже, хотя первый его кессон еще не был похож на современный. В 1841 г. Триже опускал стальные трубы диамет-: ром 1,03 м через водоносный слой для разработки каменноугольных копей в долине Луары. Труба на глубину 15 м опускалась по принципу опускного колодца с водоотливом. Дальнейшее погружение трубы этим способом не удавалось, и Триже применил сжатый воздух, превратив опускной колодец в кессон. Конструкция кессона Триже показана на рис. 6. Вода из шахты вытеснялась сжатым воздухом.

Рис. 1. Кессон Триже: 1 — шахта; 2 — воздушный шлюз; 3 и 4 — герметические двери; 5 — воздухопровод для сжатого воздуха; 6 — водоотводная труба

Ы с шахтой. Когда давление воздуха сравнивалось с давлением в шахте, открывали нижнюю дверь, и из шлюза переходили в шахту. Выход из шахты через шлюз наружу происходил в обратном порядке. Рабочие опускались в шахту и подрывали грунт под трубой. Вырытый грунт накладывали в бадьи, которые поднимали в шлюз, а из шлюза грунт перемещали наружу. Применяя этот способ, Триже опустил трубу еще на 6 м.

Такой же способ повторил английский инженер Брюнель при постройке двух мостов, где опускались цилиндры диаметром 11 м и высотой 30 м. Аналогичный способ был применен в 1857 г. при строительстве моста через р. Тиса в Венгрии для опускания стальной трубы диаметром 3 м. При строительстве этого моста были внесены некоторые усовершенствования в конструкцию кессона.

В 1856—1858 гг. в России также был применен этот способ при строительстве моста через р. Неман в Ковно, р. Вислу з Варшаве, р. Двину и др.

Конструктивное оформление современного кессона было дано инж. Денисом в 1859 г. при устройстве фундаментов Киль-ского моста через р. Рейн.

Предложенный Денисом кессон представлял собой металлический ящик, перевернутый дном вверх, который служил рабочей камерой и был соединен с шахтными трубами и со шлюзом. Такая конструкция выгодно отличается от конструкции цилиндрического кессона, примененного Триже, так как сталь расходуется только для устройства рабочей камеры, а тело опоры устраивается из менее дефицитного материала — камня и бетона. Принцип применения сжатого воздуха в том и другом случае одинаков.

Первый кессон современного типа имел в плане размеры 7 X 24 и высоту 3,8 м. По мере опускания рабочей камеры возводилась кладка тела опоры. Эта же конструкция была успешно применена при строительстве опор мостов в Швейцарии и через р. Преголя в Прибалтике. Однако более простые по форме цилиндрические кессоны были вытеснены не скоро. В России кессоны современного типа впервые применены в 1871 г. при строительстве моста через р. Днепр.

В России также широко применялись бетонные кессоны. Только на строительстве Восточно-Китайской железной дороги построено более 100 мостов на таких кессонах. Бетонные кессоны нашли применение и в 1910—1912 гг. при строительстве больших мостов через pp. Днепр, Дон и др.

Кессонный способ сооружения фундаментов значительно расширил возможности строителей. Там, где опускные колодцы не могли применяться по геологическим условиям (большие валуны, скальные прослойки, грунтовая вода и т.д.), их заменяли кессонами.

В практике мостостроения, особенно в Америке, применялись деревянные кессоны. Например, опоры Бруклинского висячего моста в НькР-йорке с главным пролетом 487 м, построенного в 1870—1883 гг., сооружены на деревянных кессонах размером 32,2 X 52,5 м (площадь их равна 1592 м2). Вероятно, это самые большие кессоны в практике строительства мостов. Расход древесины на один кессон составил 3140 м3, а металла — 250 т. Глубина погружения кессонов — 24 м ниже уровня грунта. Большие кессоны из дерева в США применяли также при строительстве ряда других мостов, в частности при строительстве арочного моста в Сент-Луисе в 1870 г. (25 X 22,1 м), а также в 1911 г. на строительстве Ново-Квебекского моста (16,9 X 55 м) и др. Эти кессоны поражают своими грандиозными размерами, но не совершенством конструкций. Характерной особенностью строительства кессонных фундаментов является то, что размеры кессонов с развитием уровня техники сильно уменьшились.

Деревянные кессоны нашли применение и в России при строительстве опор мостов на сибирских железных дорогах.

При строительстве опор мостов на кессонных фундаментах иногда происходили неожиданные случаи. При строительстве кессонных фундаментов опор моста в Нью-Йорке в 1917 г. под фундамент одной из опор предполагалось опустить три кессона до верха скальных пород. При опускании третьего кессона до проектной отметки была обнаружена широкая расщелина в скале, заполненная мягкой породой. Строители приняли решение перекрыть расщелину железобетонными арками и консольными балками пролетами 18 м, которые опирались на два соседних кессона. Третий кессон был поставлен на это перекрытие. Устройство железобетонных перекрытий производилось на глубине 21,35 м ниже горизонта воды под сжатым воздухом.

Еще более неожиданный случай имел место при строительстве фундамента автодорожного моста в Нью-Уэльсе в Австралии, где пришлось опустить кессон на глубину 75 м от уровня воды. При опускании кессона, когда он был погружен на глубину 15 м в грунт, а кладка была выведена на высоту 39 м, внезапно кессон опустился на 18 м. При этом верх кладки оказался на 14 м ниже поверхности воды, которая в этом месте достигала 35 м. Было решено опустить второй кессон на первый и объединить их. После этого кладка была выведена на 60 м. Колодец сел еще на 7 м. В процессе дальнейшего опускания также имело место скачкообразное опускание кессона на 8 м.

В практике отечественного мостостроения также были аварийные случаи при работе с кессонами. При строительстве моста через р. Днепр в 1871 г. один из кессонов опрокинулся и затонул. Чтобы опустить новый кессон, пришлось затонувший разрубить на части и извлечь. Были также неприятности при строительстве опор одного железнодорожного моста через р. Днепр: из-за неоднородности основания кессона произошел разрыв кладки тела одной из опор. Исправление разрыва кладки происходило в трудных условиях в течение 4 месяцев при круглосуточной аварийной работе. Строительство одной опоры заняло 5 лет.

В СССР кессоны широко применяли при строительстве мостов как на железных, так и на автомобильных дорогах. Наиболее современные методы нашли применение в строительстве новых московских мостов, построенных в 1936—1938 гг.

Наиболее сложные кессонные работы приходилось вести при строительстве Краснохолмского моста в Москве. Кессоны этого моста по своим размерам и глубине опускания относятся к категории выдающихся сооружений. Дно русла реки сложено поверху культурным слоем, а затем следует песок с гравием, глины и суглинки. На глубине 27—30 ж залегает известняк. Под каждую опору было опущено по два железобетонных кессона размером 17,5 X 35 ж с расстоянием между ними 4,5 м. Кессоны имели ромбическую форму. Наибольшая глубина опускания кессона — 34 м. На этом мосту широко применили гидромеханизацию, что значительно повысило темп работ. Это было новинкой в мостостроении. При обычном способе ведения работы восемь кессонщиков выдавали в смену 30 ж3 грунта, а с применением гидромеханизации 200 ж3. Благодаря хорошей организации работа по устройству фундаментов закончена в течение 1 года.

Кессонные фундаменты применили также на строительстве ряда других московских мостов.

Гидромеханизация позволяет вести работу без людей в камере или при небольшом количестве людей. Первый способ получил название автоматического, или слепого. Этот способ испытан в 1937 г. на строительстве Б. Каменного моста, а потом на Наводницком мосту в Киеве в 1939—1940 гг.

В послевоенный период большой вклад в усовершенствование конструкций опор на кессонных фундаментах внесли мостостроители Прибалтики [43]. Ими предложены и внедрены столбчатые опоры на кессонах-оболочках из тонкостенных железобетонных элементов весом 200 т и более.

Конструкция опор на кессонах-оболочках показана на рис. 2. Опора состоит из двух кессонов-оболочек, железобетонного ростверка и тела опоры. Кессоны-оболочки имеют в нижней части горизонтальные перегородки для размещения на них шахтных труб с кессонными аппаратами. Диаметры оболочек доходили до 6,3 м при толщине стенки 15 см. Оболочки изготовляли на стенде. Транспортирование и опускание оболочек производили двумя плавучими шевр-кранами грузоподъемностью до 90—100 т. ичгптпв.прнными гилями стпоителей. После опускания

Кессонов-оболочек до проектной глубины и заполнения внутренней полости бетонной смесью на головы оболочек устанавливали железобетонный ящик-ростверк с несколькими отсеками. Ящик-ростверк служил одновременно опалубкой ростверка. При заполнении ящика-ростверка бетонной смесью его объединяли с оболочками при помощи арматурных каркасов. Для бетонирования ростверка, верх которого находился ниже уровня воды, применяли водонепроницаемые инвентарные перемычки. Над ростверком обычным путем возводили тело опоры. За последние несколько лет построено 15 опор на кессонах-оболочках.

На одном мосту две опоры на кессонах-оболочках построены в трудных геологических условиях: дно русла реки на глубину 3—4 м состояло из песков с содержанием крупных и мелких валунов, а ниже залегал мощный пласт песчаника. Глубина воды составляла от 3,5 до 5 м, а скорость течения реки доходила до 5 м/сек. Возведение опор в .двойном шпунтовом ограждении, рекомендованное в проекте моста, оказалось невыполнимым по геологическим условиям. Поэтому проект моста был пересмотрен, и опоры были построены на кессонах-оболочках. Кессоны-оболочки имели диаметр 5 м на нижнем участке высотой 3 – 4,8 м выше его. Расстояние между оболочками — около 9 м. При опускании оболочек на одной опоре встречались препятствия в виде сплотки деревянных свай и двухтавровых балок. Оболочки были опущены в песчаник на глубину 2,7 м. Все работы по возведению одной оболочки заняли 32 дня.

Особенность опор на кессонах-оболочках — это замена массивных кессонов двумя облегченными железобетонными оболочками, широкое применение сборных элементов с большим монтажным весом и индустриальный метод строительства.

Однако кессонные фундаменты в настоящее время полностью вытесняются другими видами фундаментов, глубокого заложения.

Опускные колодцы и кессоны

Наиболее типичными представителями фундаментов глубокого заложения являются опускные колодцы и кессоны.

Опускной колодец представляет собой сборную или монолитную железобетонную конструкцию, которая может иметь прямоугольное или кольцевое очертание в плане (рис. 11.1). Тяжелые массивные опускные колодцы выполняют, как правило, в монолитном варианте (рис. 11.1, а), а облегченные — в виде сборных свай-оболочек (рис. 11.1, б).

Массивный опускной колодец погружается в грунт следующим образом. На поверхности основания возводят пустотелую нижнюю часть фундамента (рис. 11.1, в). Затем, используя землеройные механизмы, через вертикальную полость извлекают грунт. Под действием собственного веса колодец погружается (рис. 11.1, г). По мере опускания колодец можно наращивать, получая фундамент требуемой глубины. По достижении проектной отметки нижнюю часть колодца заполняют бетонной смесью, увеличивая площадь подошвы фундамента. При возведении канализационных насосных станций известны случаи погружения опускных колодцев диаметром до 70 м на глубину более 70 м.

Рис. 11.1. Опускные колодцы:
а – массивный опускной колодец, разделенный на ячейке; б — легкий опускной колодец из

Цилиндрической сваи-оболочки; в — установка колодца на поверхности грунта; г — разработка грунта грейфером и заполнение нижней части бетонной смесью

Для погружения колодца в окружающий грунт нижнюю часть колодца выполняют в виде специального ножа из листовой стали, закрепляемого с помощью закладных деталей (рис. 11.2, а), а для уменьшения трения грунта о стенки колодца при погружении с внешней стороны делают небольшой уступ, и образующийся зазор заполняют раствором бентонитовой глины, которая поддерживает стенки грунта в процессе погружения (рис. 11.2, б). В последние годы в связи с развитием производства сборного железобетона стали применять и массивные сборные опускные колодцы, собираемые из отдельных секций толщиной 50…60 см с горизонтальным членением на блоки, повторяющие конфигурацию колодца в плане.

Сборные оболочки имеют небольшой собственный вес по сравнению с массивным опускным колодцем, поэтому сила тяжести в данном случае оказывается недостаточной для погружения. В связи с этим оболочки погружаются принудительно мощными вибропогружателями и вибромолотами, которые с помощью болтовых соединений жестко прикрепляют к верхнему фланцу Через специальный наголовник.

В строительной практике применяют оболочки диаметром от 1 до 3 м при толщине стенок 12 см. После погружения первого звена из его внутренней полости грунт извлекают, затем вибропогружателем доводят оболочку до проектной отметки. Нижнее звено оболочки оборудуют ножом, а стык звеньев выполняют с помощью фланцевых соединений на болтах или сварке.

Если в основании оболочки имеется слой скального грунта, то в нем пробуривают скважину, диаметр которой равен диаметру оболочки, с последующим заполнением оболочки и скважины бетоном, что обеспечивает заделку фундамента в скальном грунте.

В нескальных грунтах для повышения несущей способности прибегают к устройству уширения с помощью разбуривания или каму-флетного взрыва с последующим заполнением полости бетоном.

Оболочки погружают в грунт на глубину 30 м и более. К достоинствам таких фундаментов относится очень высокая несущая способность (более 10 МН), к недостаткам — возникновение значительных колебаний грунта на большом расстоянии от места погружения фундамента, в связи с чем их не рекомендуется применять в заселенных районах городов.

При погружении опускных колодцев необходимо обеспечивать его вертикальное положение, не допуская развития крена. Крен обычно устраняют с помощью увеличения разработки грунта в той части, где осадка меньше.

Способ разработки грунта выбирают в зависимости от размеров опускных колодцев, а также инженерно-геологических условий строительной площадки. При значительном объеме земляных работ применяют грейдеры или экскаваторы с бульдозером, опускаемыми в колодец. Последние, находясь в колодце, заполняют специальные ковши, которые с помощью крана извлекают на поверхность. При таком способе разработки грунта необходимо предотвращать поступление подземных вод в колодец, что осуществляется с помощью искусственного водопонижения или устройства шпунтовых заграждений, погружаемых до слоя водоупорных грунтов.

Разработка грунтов грейфером, эрлифтом или гидромонитором разрешается без устройства водозащитных экранов, однако в этом случае внутри колодца необходимо поддерживать повышенный уровень воды в колодце, превышающий уровень подземных вод, для предотвращения поступления (наплыва) грунта, окружающего колодец, что может вызвать около него осадку поверхности основания.

Расчет опускных колодцев производят на нагрузки, возникающие как в процессе погружения колодца, так и во время эксплуатации. При погружении колодцы испытывают воздействие следующих нагрузок: собственный вес колодца, давление грунта на стенки колодца, реактивное давление грунта, действующее на нож, и силы трения по боковой поверхности (рис. 11.2, в).

Тонкостенные оболочки рассчитывают, как пространственные оболочки, методами, используемыми при проектировании железобетонных конструкций.

Опускные колодцы, прямоугольные в плане, рассчитывают в горизонтальной плоскости как статически неопределимые железобетонные рамы на нагрузки, аналогичные действующим на цилиндрические колодцы. Нож колодца рассчитывают как консольную конструкцию, находящуюся под действием направленной под углом реакции грунта.

Днище колодца обычно выполняют из монолитного железобетона и рассчитывают как плитную конструкцию, находящуюся под действием реактивного давления грунта и гидростатического давления воды.

Опускные колодцы, погружаемые ниже уровня подземных вод, необходимо рассчитывать против всплытия. Для предотвращения всплытия днище колодца заанкеривают с помощью свай, погружаемых в нижележащие слои грунта, или устройства анкеров (см. рис. 8.6, в).

Основным неудобством при погружении опускного колодца является подводный способ разработки грунта. Сложность контролирования и управления этим процессом в случае неполного заполнения ковша грейфера, извлекающего грунт, и трудностей, возникающих при удалении камней, валунов и других крупных включений, привели к необходимости разработки и применения кессонного метода устройства фундаментов.

Способ возведения фундаментов с помощью кессона основывается на отжатии подземных вод из зоны разработки грунта с помощью избыточного давления, создаваемого сжатым воздухом.

Этот способ был впервые предложен и осуществлен в XIX в В связи с тем что этот способ связан с пребыванием людей при повышенном давлении и использовании дорогого оборудования, в настоящее время его применяют сравнительно редко, обычно в тех случаях, когда имеются препятствия для возведения свайных фундаментов и опускных колодцев.

Рис. 11.3. Схема возведения фундамента глубокого заложения кессонным методом

По мере разработки грунта в рабочей камере кессон под действием собственного веса и надкессонной кладки 9 погружается в грунт. Надкессонную кладку наращивают по мере погружения кессона (рис. 11.3, а). По достижении кессона проектной отметки (рис. 11.3, б) рабочую камеру заполняют кладкой или бетонной смесью, шахтные трубы и шлюзовые аппараты снимают, а шахтные колодцы также заполняют кладкой или бетонной смесью.

Продолжительность работы в кессоне строго регламентируется правилами техники безопасности.

Кессоны выполняют из монолитного или сборного железобетона и рассчитывают на нагрузки, действующие на опускные колодцы совместно с дополнительными: от веса кладки и избыточного давления на стенки рабочей камеры.

Опускной колодец представляет собой открытую сверху и снизу железобетонную (реже стальную и бетонную) конструкцию (рис. 9.1), стены которой в нижней части имеют заострения (консоли), обычно усиленные металлом (ножи). Опускные колодцы погружаются в грунт под действием собственного веса по мере разработки и удаления грунта, расположенного в полости колодца и ниже его ножа.

Рис. 9.1. Опускной колодец а — погружение колодца.; б — фундамент в виде опускного колодца; 1 — консоли; 2 — стенки колодца; 3 — над фундаментная часть опоры; 4 — железобетонная плита; 5 —бетон, уложенный насухо; 6 — подводный бетон; 7 — прочный грунт; 8 — слабый грунт

Стены колодцев либо сооружают сразу на полную высоту, либо наращивают по мере погружения колодцев в грунт (рис. 9.1,а).

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 (рис. 9.1,6) или частично заполняют бетонной смесью сначала подводным способом, а затем насухо. В верхней части колодца сооружают распределительную железобетонную плиту, на которой впоследствии ведут кладку над фундаментной 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. Так как 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.

Рис 9.2. Кессон а — погружение кессона; б — кессонный фундамент; 1 — консоль; 2 — над кессонная кладка; 3 — трубы для сжатого воздуха; 4 — компрессорная станция; 5 — центральная шлюзовая камера; 6 — прикамерки; 7 — шахтные трубы; 8 — потолок кессона; 9 — нож; 10 — рабочая камера кессона; 11 — кладка над фундаментной части опоры; 12—бетон заполнения шахты; 13 — бетон заполнения рабочей камеры; 14 — прочный грунт; 15 — слабый грунт

Указанные трудности преодолеваются, если фундамент сооружают с применением кессона (рис. 9.2). Кессон (рис. 9.2,а) представляет собой открытую снизу железобетонную или стальную конструкцию, состоящую из потолка и боковых стен. Толщина стен кессона книзу уменьшается и они заканчиваются консолью со стальным ножом. Полость в нижней части кессона называют рабочей камерой. В ней производят разработку грунта, по мере которой кессон опускается под действием собственного веса, а также веса надкессонной кладки, возводимой из бетона над потолком в процессе погружения кессона в грунт. Подачей в рабочую камеру сжатого воздуха обеспечивают отжатие из нее воды, что позволяет вести разработку грунта насухо.

Сжатый воздух вырабатывается компрессорной станцией и подается по трубам как в рабочую камеру кессона, так и в шлюзовой аппарат. Последний состоит из центральной шлюзовой камеры и двух прикамерков — один для рабочих, второй для материалов. Шлюзовой аппарат устанавливают на две шахтные трубы, которые собирают из отдельных металлических звеньев и используют для подъема и спуска рабочих, а также вертикального транспорта материалов и грунта.

Спуск рабочих в камеру кессона производят в следующем порядке. Из пассажирского прикамерка выпускают сжатый воздух, что позволяет открыть вовнутрь наружную дверь прикамерка, в которую входят рабочие. Дверь закрывают и в прикамерок из центральной шлюзовой камеры подают сжатый воздух. Когда давление воздуха в прикамерке станет равным давлению воздуха в центральной шлюзовой камере, открывают дверь между ними и рабочие переходят в эту камеру, а потом по металлической лестнице, установленной в шахтной трубе, спускаются в камеру кессона. Подъем рабочих в центральную шлюзовую камеру и выход их наружу осуществляют в обратном порядке.

Изменение давления от нормального к повышенному (процесс шлюзования) и от повышенного к нормальному (процесс вышлюзовывания) в пассажирском прикамерке необходимо производить так, чтобы рабочие могли постепенно приспособиться к новым условиям. Время, потребное для шлюзования, тем больше, чем выше давление воздуха в кессоне.

Для возможности отжатия воды из рабочей камеры кессона избыточное (сверх нормального) давление воздуха в ней должно несколько превышать гидростатическое давление на уровне низа ножа кессона.

Наибольшее избыточное давление, при котором разрешается работать людям в кессоне, равно 400 кПа. Это определяет максимальную глубину погружения кессона от уровня воды в 40 м.

После достижения проектной глубины заложения фундамента камеру кессона заполняют бетонной смесью (рис. 9.2,6). Затем демонтируют шлюзовой аппарат и шахтные трубы; вертикальную шахту заполняют бетонной смесью. В результате получается массивный фундамент глубокого заложения, на котором возводят кладку над фундаментной части опоры.

Преимущество кессонов по сравнению с другими типами фундаментов заключается в том, что они позволяют возводить фундамент глубокого заложения в любых гидрогеологических условиях. В рабочей камере кессона возможно освидетельствование и даже испытание грунта основания, что весьма ценно.

Кессоны имеют и существенные недостатки, к которым в первую очередь следует отнести вредное воздействие сжатого воздуха на организм рабочих, большой объем бетонной кладки в массивной конструкции фундамента, не индустриальность конструкции и высокую стоимость кессонных работ. Если под избыточным давлением до 175 кПа разрешается находиться не свыше 7 ч в сутки, то под давлением в 350—400 кПа максимальное время пребывания составляет только 2 ч, из которых 1 ч затрачивается на процессы шлюзования и только 1 ч используется на полезную работу. В связи с этим стоимость кессонных работ резко возрастает с увеличением глубины погружения кессона в грунт.

Читайте также: