Опускной колодец действительно представляет собой важный элемент для фундамента глубокого заложения, обеспечивая доступ к подземным коммуникациям и элементам для их обслуживания. Он углубляется на значительную глубину, что позволяет эффективно контролировать и управлять подземными водами, а также обеспечивает защиту конструкций от негативного воздействия окружающей среды.
Кроме того, правильное проектирование и установка опускного колодца способствуют повышению надежности всего здания. Это обеспечивает стабильность фундамента, снижает риск подтапливания и позволяет избежать повреждений, которые могут возникнуть из-за неправильно организованного дренажа.
Фундаменты глубокого заложения: опускные колодцы и кессонные фундаменты
Опускной колодец представляет собой оболочку, погружаемую в грунт путем удаления его из-под оболочки и из ограничиваемого ею пространства. В большинстве случаев в процессе погружения оболочка остается открытой сверху, и разработки грунта ведется при атмосферном давлении. В условиях значительного притока грунтовых вод на некоторой глубине опускной колодец может быть снабжен воздухонепроницаемым покрытием и таким образом превращен в кессон, если это экономически оправдано.
Опускные колодцы применяются для устройства опор глубокого заложения, насосных станций, подземных резервуаров и т. п. в тех случаях, когда выполнение работ по возведению этих сооружений в открытом котловане экономически нецелесообразно. Опускные колодцы условно можно разделить по их назначению: колодцы-опоры, колодцы-емкости, колодцы-помещения.
Практически колодец может отвечать двум, а иногда и всем грем указанным назначениям.
Внутреннее пространство колодца, если он служит опорой, может быть заполнено кладкой или хорошо дренирующими материалами или оставаться незаполненным. Оно может быть разделено по всей высоте колодца или его части перегородками на отдельные камеры. Таким образом, колодцы бывают без перегородок и многоячейковые — разделенные на отдельные камеры.
Основной частью опускного колодца является оболочка, которая включает наружные стены, снабженные внизу скошенной ножевой частью, и перегородки, обычно не имеющие ножевой части.
После окончания погружения оболочки в грунт устраивается днище колодца. Выбор конструкции днища зависит от назначения колодца. В тех случаях, когда не требуется увеличения площади опирания колодца на грунт, днище может отсутствовать.
В состав конструкции колодцев, используемых как емкости или помещения, могут быть включены также покрытия, перекрытия, специальные устройства для установки оборудования и т. п.
Колодцы могут быть каменные (из кирпичной или бутовой кладки), бетонные или бутобетонные, железобетонные, деревянные или деревобетонные, а также стальные.
В настоящей главе рассматриваются бетонные и железобетонные опускные колодцы. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с опускными колодцами из других материалов, а именно:
а) бетонные и железобетонные колодцы обладают значительной прочностью и жесткостью и потому хорошо работают при перекосах, защемлении и т. п., когда в одном и том же сечении колодца возникают усилия разных знаков, при этом им может быть придана любая форма в плане и вертикальном разрезе;
б) они обычно обладают собственным весом, достаточным для преодоления сил трения грунта по боковой поверхности колодца; при погружении же стальных и деревянных колодцев для этого необходим специальный груз.
Кессонный метод возведения фундаментов глубокого заложения применяют в тех случаях, когда наблюдается значительный приток воды и осложняются работы по осушению а также когда грунты содержат крупные включения твердых пород. Кессоны применяют в непосредственной близости от сооружений, когда есть опасность выпора грунта из-под их подошвы.
Кессон состоит из кессонной камеры, подкессонного строения и шлюзового устройства. Кессонную камеру обычно делают из железобетона. Стенки камеры заканчиваются ножом. Высота камеры от банкетки до потолка принимается не менее 2,2 м. В потолке камеры предусмотрено отверстие для установки шахтной трубы.
Надкессонное строение чаще всего выполняют в виде сплошного массива из монолитного бетона или железобетона. Для опускания и подъема людей и выполнения грузоподъемных операций предусматривается шлюзовой аппарат, который соединен с кессонной камерой шахтными трубами. Сверху кессон оснащен подъемным механизмом. Для подачи сжатого воздуха монтируются трубопроводы из двух ниток: рабочей и резервной. Для обеспечения сжатым воздухом монтируется компрессорная.
Сущность метода заключается в том, что во время погружения кессона в кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, предотвращающий поступление в камеру подземных вод и наплывов грунта. Разработку грунта ведут в осушенном пространстве камеры.
Что такое фундамент глубокого заложения и когда он необходим
При строительстве зданий с большими или неравномерными расчетными нагрузками на основание часто выбирают фундаменты глубокого заложения (ФГЗ). Технология их обустройства позволяет оптимально распределить нагрузку от высотного дома, строения сложной конфигурации или с неравномерным распределением тяжелого оборудования, заглубленного или подземного сооружения. Также заглубленные фундаменты выбирают если несущие слои грунта на участке залегают на значительной глубине, если почва неравномерная (например с глинистыми линзами, валунами в толще).
Особенности фундаментов глубокого заложения
Чем больше глубина фундамента, тем он дороже. ФГЗ выбирают когда нет гарантий устойчивости здания на ленточном, массивном или свайном основании. Фундаменты глубокого заложение, в отличие от оснований мелкого заложения, могут передавать и распределять значительные горизонтальные нагрузки. В них увеличивается несущая способность, так как часть вертикальных нагрузок гасится за счет трения боковых поверхностей опорных элементов о грунт, а оставшиеся передаются на подошву. Кроме того уменьшаются объемы земляных работ (нет необходимости в предварительной разработке котлована).
ФГЗ делают с использованием опускных колодцев, кессонов, глубоких набивных свай или методом "стена в стене". Рассмотрим подробнее некоторые технологии обустройства глубоких оснований для зданий и сооружений.
Опускные колодцы
Проектировщики часто рекомендуют фундаменты глубокого заложения на основе железобетонных конструкций, замкнутых по периметру и открытых сверху и снизу. Бетонные, металлические и другие виды колодцев используются редко в связи с меньшей прочностью материала.
Этапы создания ФГЗ из опускных колодцев:
- Изготовление на поверхности грунта первого яруса с ножевой частью
- Погружение первого яруса в грунт с помощью вибропогружателя или под собственным весом
- Наращивание оболочки, погружение очередного яруса и так до проектной отметки
- Удаление грунта из колодца по мере заглубления
- После достижения проектной отметки заполнение колодца тощим бетоном, каменной кладкой
Допускается использование сборных железобетонных элементов круглого, квадратного, прямоугольного (обычного и с поперечными перегородками) или закругленного на торцах сечения. Круглые элементы легче заглублять в грунт, они эффективнее воспринимают нагрузки сжатия. Элементы с другим сечением позволяют эргономичнее использовать под оборудование площадь внутренних помещений. В строительстве используют железобетонные оболочки диаметром 1,2 и 6,0 метров.
Грунт из колодца выбирают, как правило, каждые 3-5 метров погружения. Делают это при помощи грейфера, гидроэлеватора, эрлифта.
Для значительных по площади основания зданий делают группы колодцев в наиболее уязвимых местах. Для равномерного распределения нагрузок группы соединяют железобетонными балками (ростверком).
Кессоны
Опускные колодцы неэффективны в условиях обводненных грунтов с прослойками скальных пород, так как велики затраты на водоотлив. На таких почвах фундаменты глубокого заложения делают с помощью кессонов. Схематически они представляют собой перевернутую вверх дном емкость, в которую нагнетается сжатый воздух. Давление подбирается таким образом, чтобы уравновесить давление грунтовых вод, то есть позволить оставаться камере сухой. Далее происходит погружение элементов фундамента и выемка грунта.
Использование кессонов дорогостоящий метод. Он выбирается только если нет возможности делать опускные колодцы.
В районах с проблемным грунтом для строительства домов часто используют проектирование свайных фундаментов. В случае задействования такого типа фундамента нагрузка от здания передается на основание через опоры, что позволяет избежать деформации и сохранить целостность объекта.
Укрепление грунтов необходимо для предотвращения их смещений, вызванных подземными водами, осадками или ветром. Деформации также могут возникать вследствие человеческой активности, такой как прокладка дорог или строительство тоннелей.
Обследование оснований и фундаментов считается обязательным мероприятием при строительстве или реконструкции здания. Кроме фундамента также подлежат тщательному обследованию все его несущие конструкции, для определения функциональности элементов.
Согласно установленным правилам, проектирование свайных фундаментов делается с учетом различных данных. Это информация о сейсмических процессах, происходящих в районе будущего строительства, заключение геотехнических исследований, расчеты нагрузок на основание фундамента,
Шпунтирование котлованов представляет собой устройство ограждений котлованов путем забивки шпунтов. Шпунтовые ограждения считаются эффективнее других известных видов оградительных конструкций.
Бурение скважины на собственном участке — самый простой, удобный и бюджетный способ обеспечить водой частный дом или дачу. Не нужно ждать подвоза воды или ездить за ней на водокачку — живительная влага всегда будет под рукой.
Технологии в современном строительстве претерпели множество изменений. Простые и эффективные решения, заменили устаревшие практики, и уверенно зарекомендовали себя. К таком технологиям относится и алмазное бурение.
Шпунт Ларсена представляет собой металлический профиль с замками и пазами, который используют при строительстве мостов, ограждений, возведении подпорных стенок и укреплении котлованов. При погружении шпунта создаются ограждения, которые препятствуют перемещению грунта.
Контакты для связи и заказа
Строй-справка.ру
Опускные колодцы и кессоны
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.
Рис. 11.2. Конструктивные детали и нагрузки, действующие на колодец: а — конструкция ножа, б — сборный опускной колодец; в — нагрузки, действующие на колодец во время погружения; г — эпюры неравномерного давления грунта на боковой поверхности при «навале» на грунт во время неравномерного погружения; 1 — щель, заполняемая раствором бентонитовой глины; 2 — бетонная стенка; 3 — нож из сварной стали; 4 — железобетонное днище колодца
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.
Кессон представляет собой жесткую коробчатую конструкцию (рис. 11.3, д), имеющую потолок и боковые стенки консоли, располагаемые в нижней части фундамента. В рабочую камеру 5 подается сжатый воздух по трубам, давление которого назначается таким, чтобы уравновесить давление столба воды высотой Н и обеспечить ее отсутствие в рабочей камере. Для сообщения с рабочей камерой, которое необходимо в основном для прохода людей, подачи материалов и оборудования, на шахтной трубе устанавливают шлюзовой аппарат. Разработку грунта часто осуществляют гидромонитором, а его удаление — с помощью эрлифта.
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.
Статьи по теме:
- Фундаменты глубокого заложения
- Основания под фундаменты зданий и сооружений
- Техника безопасности при производстве бетонных работ
- Фундаменты под промышленное оборудование
- Фундаменты специальных сооружений
