Фундаменты глубокого заложения, область применения. Опускные колодцы. Оболочки. Устройство фундаментов методом «стена в грунте». Водоструйная технология. Кессоны

Фундаментами глубокого заложения называют фундаменты, у которых глубина погружения их подошв в несколько раз превосходит размеры в плане. Фундаменты глубокого заложения устраивают не в открытом котловане, а на поверхности грунта. Их сооружение направленно на сохранность структуры грунтов в основании и передачу больших давлений на плотные грунты.

К фундаментам глубокого заложения относятся:

а) опускные колодцы;

б) фундаменты из оболочек;

в) сваи - оболочки;

г) опоры глубокого заложения (столбы);

д) кессоны.

Опускные колодцы.

Каменные опускные колодцы изобретены впервые в Индии много столетий тому назад. Индийцы, почитавшие воду как божество, особенно реку Инд, строили свои храмы в поймах рек, где были мощные отложения слабых наносных грунтов. Чтобы достичь плотных и надежных грунтов, стали применять опускные колодцы.

Идея опускного колодца заключается в следующем. На поверхности грунта вначале устраивают кладку колодца на некоторую высоту. Затем внутри начинают разрабатывать грунт, подкапывая его под стенками колодца и извлекая с помощью землеройных механизмов. Колодец, утрачивая опору, опускается под действием собственного веса, до тех пор, пока не будет пройдена вся толща слабых грунтов, и колодец не достигнет проектной отметки заложения опоры. В процессе опускания кладку стенок колодца непрерывно наращивают.

Опускной колодец – это конструкция, которая в период погружения состоит из стен, а после погружения внутренняя часть заполняется бетонной смесью.

Опускные колодцы применяют для устройства фундаментов мостовых опор, башен, в причальных сооружениях, набережных, под доменные печи, при строительстве канализационных насосных станций, под оборудование в стесненных условиях.

Обычно применяют на местности покрытой водой, при высоком уровне подземных вод и при наличии текучих грунтов.

По форме в плане опускные колодцы бывают круглые, квадратные, эллиптические, прямоугольные, ячеистые.

Наиболее целесообразной для опускных колодцев является круглая форма. В этом случае стенки колодцев лучше воспринимают давление от окружающего грунта и обеспечивается возможность равномерной подработки под стенками при его опускании. При квадратной или прямоугольной форме в стенках возникают растягивающие напряжения, поэтому они выполняются из железобетона.

Рисунок 3.1.

По форме продольного сечения:

Рисунок 3.2. Стены с постоянным сечением

Тиксотропная рубашка - щель, заполненная раствором бентонитовой глины.

Бентонит – коллоидная глина, состоящая в основном из минералов группы монтмориллонита. Используют для приготовления буровых растворов, как отбеливающую глину, как связующий материал.

Связность (прочность) грунта, зависящая от толщины слоя рыхлосвязанной воды может резко снижаться при нарушении определенного расположения молекул воды и частиц (например, при динамических воздействиях или перемятии). Со временем возможно восстановление прочности - явление Тиксотропия – способность глинистого раствора загустевать в спокойном состоянии и становиться жидким при перемешивании.

Тиксотропия – способность глинистого раствора загустевать в спокойном состоянии и становиться жидким при перемешивании.

Рисунок 3.3. Стены с переменным и коническим сечениями

Последовательность проектирования опускных колодцев:

1. Выбирается тип колодца – гравитационные (тяжелые) или

облегченные (тонкостенные); способ их погружения.

Рисунок 3.4. Схема нагрузок, действующих на опускной

колодец во время его погружения

p_a - давление грунта на стенки колодца (p_a - давление грунта или раствора тиксотропной глины на данной глубине с учетом коэффициента надежности по нагрузке);

E_kn - реактивное давление грунта на его нож;

Q - собственный вес колодца.

Вес колодца Q должен превышать сумму сил трения, развивающихся по его наружной боковой поверхности.

Напряжения сжатия, величина которых у внутренней боковой поверхности, находится из формулы Ляме:

σ_pr = 2R²p_a / (R² - r²), (3.1)

где R и r – наружный и внутренний радиусы опускного

колодца.

2. Определяются класс бетона и тип арматуры.

3. Назначаются габаритные размеры колодца в плане и по

высоте.

4. Для гравитационных колодцев назначается толщина стен.

(для облегченных - нет). Если задаться величиной σ_pr, то

(3.2)

5. Выбирается марка вибропогружателей и их количество.

6. Производится расчет днища колодца на реактивное

давление грунта и гидростатическое давление воды.

7. Проверяется прочность стенок колодца при его возможном

зависании в процессе погружения. (Колодец армируют

вертикальными стержнями из расчета зависания нижней

трети колодца).

8. Проверяется ножевая часть (E_kn действует на нож колодца как консоль).

9. Проверяется достаточность бетонной подушки, железобетонной плиты днища с точки зрения прочности.

Если опускной колодец служит для понижения уровня подземных вод, то производится проверка на всплытие.

Если она не выполняется, разрабатываются меры по пригрузке, анкеровке колодца.