→ → Кессонный фундамент. Использование кессонов в строительстве фундаментов. Струнный прогрев бетона

Кессонный фундамент. Использование кессонов в строительстве фундаментов. Струнный прогрев бетона

Кессон является конструктивной разновидностью опускного колодца. Кессонный метод применяют при значительном притоке воды, а также в непосредственной близости от существующих зданий, когда есть опасность выпора грунта из-под их подошвы. Сущность метода заключается в том, что во время погружения кессона в кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, предотвращающий поступление в рабочую камеру подземных вод и наплывов грунта. Кессон состоит из кессонной (рабочей) камеры, надкессонного строения и шлюзового устройства (рис. 3.22). Кессонную камеру изготавливают, как правило, из железобетона (реже - из металла). Стенки камеры заканчиваются стальным ножом. Высота камеры от банкетки до потолка принимается не менее 2,2 м. В потолке камеры предусмотрено отверстие для установки шахтной трубы, через которую производится подъем и опускание людей и извлечение разработанного грунта. Шахтная труба сверху заканчивается шлюзовым аппаратом, позволяющим сохранять в камере рабочее давление при грузоподъемных операциях. Надкессонное строение чаще всего выполняют в виде сплошного массива из монолитного бетона (для увеличения веса). Подача сжатого воздуха в камеру осуществляется по трубопроводу, имеющему в обязательном порядке резервную нитку. Разработку грунта ведут в осушенном пространстве камеры. При этом в камере, в шахтной трубе и в шлюзовом аппарате давление воздуха на 10% превышает гидростатический напор воды. При подаче грунта в шлюзовой аппарат закрывают люк в шахтную трубу и затем снижают давление в шлюзовом аппарате до атмосферного. После чего открывают наружную дверь и вывозят поднятый из камеры грунт. Кессон, как и опускной колодец, погружается в грунт под действием собственной массы. Погружению здесь препятствуют не только силы трения грунта, но и избыточное давление в кессонной камере. Эффективность погружения определяется следующим соотношением активных и реактивных сил:

где Qj - вес кессонного сооружения, кН; Q 2 - вес надкессонного заполнения (пригруза), кН; Т - сила бокового трения кессона о грунт, кН; P t - давление грунта под ножом кессона, кПа; Fj - площадь внутренней поверхности ножевой части, м 2 ; Р 2 - избыточное давление воздуха в кессоне, кПа; F 2 - площадь кессона по наружному очертанию, м 2 .

Рис. 3.22.

  • 1 - подмости; 2 - шлюзовой аппарат; 3 - материальный шлюзовой прикамерок; 4 - людской шлюзовой прикамерок; 5 - шахтные трубы;
  • 6 - трубопровод сжатого воздуха; 7 - бадья с грунтом; 8 - надксссонная кладка; 9 - надкессонная обшивка; 10 - потолок кессона; 11 - кессонная камера; 12 - стены кессона; 13 - лестница; 14 - тельфер; 15 - вагонетка

с грунтом

По мере опускания кессона увеличиваются силы трения при одновременном увеличении давления воздуха в камере, что приводит к замедлению погружения и иногда к остановке. В этом случае используют «форсированный способ посадки» кессона. Для этого по периметру ножа разрабатывают траншею глубиной до 0,5 м, затем рабочие покидают кессонную камеру, и избыточное давление в ней снижают наполовину В результате нарушения равновесия активных и реактивных сил кессон погружается до дна траншеи. После этого давление воздуха опять поднимают и разрабатывают грунт в центре камеры.

Учитывая вредное воздействие сжатого воздуха на организм человека, наибольшее избыточное давление в камере не должно превышать значения 0,4 Мпа, что определяет максимальную глубину погружения кессона - 40 м от уровня воды. При максимальном давлении (0,35- 0,4 Мпа) рабочему разрешается находиться не более 2-х часов. Из них около 1-го часа тратится на шлюзование и вышлюзовывание. С учетом сказанного при значительных глубинах погружения кессонов применяют гидромеханические способы разработки грунта с использованием гидромониторов и гидроэлеваторов или эжекторов с дистанционным управлением механизмами. Оператор при этом находится в специальной надкессонной камере при нормальном давлении воздуха.

Струнный прогрев бетона.

Из искусственных методов наиболее распространенным является прогрев бетона электродами . Он основан на выделении теплоты в бетоне при пропускании через него электрического тока. Чтобы подвести ток к бетонной смеси используются следующие виды электродов.

  • Пластинчатые электроды
    Выполнены в виде пластин, навешанных на внутреннюю сторону опалубки для контактирования с бетонеом. В результате подключения противоположных пластин к разным фазам электрисеской сети, в бетонной смеси образуется электрическое поле. Под действием электрического поля, бетон разогревается до требуемой температуры и поддерживается необходимое время.
  • Полосовые электроды
    Принцип действия тот же, но в качестве электродов используются полосы шириной 20-50 мм. Возможно располагать полосовые электроды как с двух сторон конструкции, так и с одной. Во-втором случае, электроды подключаются к разным фазам поочередно и электрическое поле образуется в примыкающем к ним тонком слое бетона, прогревая смесь у контактной поверхности.
  • Стержневые электроды
    Изготавливают из арматуры диаметром 6-12 мм. Их располагают в теле бетона с рассчетным шагом. Электроды крайнего ряда располагают на расстоянии 3 см от опалубки. Ими можно осуществить прогрев бетона конструкций сложной формы. Схему прогрева бетона стержневыми электродами смотрите в таблице.
  • Струнные электроды
    Применяются в основном для прогрева бетона колонн. В центре конструкции устанавливается струнный электрод. Электрическое поле возникает между струной и опалубкой, обитой токопроводящим листом и подключенной к другой фазе электрической сети.

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. Чтобы открыть наружную дверь, когда кессон находится под давлением, нужно закрыть люк в шахту и снизить давление в шлюзовом аппарате. Когда внешнее и внутреннее давления уравновешиваются, дверь можно открывать. При этом давление воздуха в шахте и кессоне сохранится. Войдя в шлюзовую камеру, наружную дверь закрывают. Затем поднимают давление воздуха внутри камеры до уровня давления в кессоне. Только после этого можно открывать люк шахты для входа рабочих или транспортировки грунта. Шахту монтируют из звеньев труб на фланцах. Ее можно наращивать при опускании, не снижая давления в кессоне. Для этого закрывают люк на потолке кессона, снижают давление в шахте и выполняют работы по наращиванию.

При сооружении кессонной камеры и надкессонного строения предъявляют такие же требования, что и при сооружении опускных колодцев. Технология производства бетонных, арматурных и других работ аналогична технологии этих работ по сооружению опускных колодцев.

В процессе погружения кессона стены наращивают до верха стыка звеньев шахты. В момент погружения ниже уровня воды давление воздуха в кессоне поднимают и по мере углубления увеличивают его так, чтобы несколько превысить гидростатическое давление на уровне ножа. Только в этом случае обеспечивается полное осушение кессонной камеры.

По мере опускания кессона возрастают силы бокового трения и давление сжатого воздуха на потолок камеры, вследствие чего погружение кессона замедляется, а при равновесии сил может совсем прекратиться. В этом случае для дальнейшего погружения применяют форсированный способ посадки кессона. Для этого по периметру ножа разрабатывают.траншею глубиной до 0,5 м, затем рабочие покидают кессонную камеру и избыточное давление в ней снижают, но не более чем наполовину. В результате нарушения равновесия активных и реактивных сил кессон погружается до упора ножа в дно траншеи. После этого давление воздуха опять поднимают и разрабатывают грунт в центре камеры. Если грунты не поддаются гидромеханизации, то их разрабатывают пневматическими инструментами и мелкими взрывами. Плотные грунты вначале разрабатывают вдоль периметра ножа в виде траншеи глубиной до 0,5 м, начиная от фиксированных точек, и так, чтобы грунт между ними был вынут в последнюю очередь. Затем расширяют траншею, вырабатывая грунт в сторону ножа. В результате опорная площадь под ножом уменьшается и кессон погружается до упора ножа в дно траншеи. При проходке скальных пород выработку траншеи расширяют за пределы ножа наружу на 10-15 см, чтобы предотвратить заклинивание кессона осколками грунта и неровностями и избежать перекоса.

подземная или подводная часть сооружения, которая передает его грунтовому основанию статическую нагрузку, создаваемую весом сооружения, и дополнительные динамические нагрузки, создаваемые ветром либо движением воды, людей, оборудования или транспорта. Правильно спроектированный фундамент передает все нагрузки грунту таким образом, что исключается возможность недопустимой осадки и разрушения сооружения. Как правило, это достигается распределением нагрузки по достаточно большой площади, выемкой грунта до уровня крепких пород, залегающих на большей глубине, применением свай, погруженных в слой слабых пород до слоя более крепких, или укреплением поверхностного слоя слабого грунта. Если всю площадь опоры образует скальный грунт, то осадка будет ничтожно малой. Трудности возникают, когда сооружение требуется возвести на грунте с высокой сжимаемостью, особенно если она меняется. Основные виды фундаментов: фундамент на естественном основании, плавучий сплошной фундамент и свайный фундамент с забивными и набивными сваями. Особое место занимают специальные подводные фундаменты.

Фундаменты на естественном основании. Такие фундаменты бывают сплошные плитные (из железобетонных плит) и перекрестные (в виде решетки из железобетона, стали, а иногда из дерева). Площадь контакта фундамента с грунтом должна соответствовать нагрузке с учетом предполагаемого отпора грунта. Максимальный отпор (реактивное давление) грунта определяется экспериментально на основе принципов механики грунтов, и в государственных строительных нормах даются таблицы допускаемого отпора грунта для тех или иных географических зон. Фундамент должен быть правильно рассчитан на сопротивление изгибу и сдвигу. Подошва фундамента должна быть ниже максимальной глубины промерзания грунта, чтобы не сказывалось вспучивание грунта при замерзании. Безопасная глубина зависит от годовых колебаний температуры, от типа и диапазона вариаций местных грунтов и от нормального уровня подземных вод. Кроме того, иногда наблюдаются сезонные изменения объема глинистых грунтов, чего нельзя допускать под фундаментом, заложенным на естественном основании. В очень холодных регионах, например арктических, грунт промерзает на большую глубину и оттаивает лишь в верхнем слое толщиной 0,5-3 м. В таких условиях "вечной мерзлоты" необходим особый подход к строительству фундамента на естественном основании. Обычно предусматривается теплоизоляция между верхней частью сооружения и подошвой его фундамента, предотвращающая таяние подпочвы с последующим вспучиванием грунтового основания при повторном замерзании.

Плавучий фундамент. На глубоких пластах грунта с высокой сжимаемостью применяются расширенные сплошные фундаменты, которые поддерживают сооружение как бы "на плаву" в пластичном грунте. Если сплошной фундамент правильно спроектирован, то осадка и перекосы равномерно распределяются по всему сооружению и в верхней части сооружения не возникает серьезных деформаций. Считается, что сплошной фундамент будет плавучим, если его масса с учетом всех нагрузок примерно равна массе вытесненного грунта (или воды); тогда достигается равновесие, и большая осадка не возникает. Это правило предъявляет несколько завышенные требования к глубине. Благодаря внутреннему трению грунт выдерживает более значительную нагрузку, нежели вес вынутого грунта, хотя и при несколько большей осадке. Для равномерного распределения нагрузки, передаваемой грунтовому основанию колоннами, применяются плиты и балки из преднапряженного бетона, перевернутые арки с бетонными плитами, распределительные фундаментные решетки, перевернутые арки с ребром и оболочки. Фундамент должен быть правильно рассчитан на сопротивление изгибу, сдвигу и нормальным силам.

Забивные сваи. В случае слабых грунтов применяются фундаменты, в которых основными элементами, передающими нагрузки от сооружения основанию, являются сваи, погружаемые в грунт. Нагрузки передаются не только за счет опорного давления, но и за счет бокового трения об уплотненный грунт. Благодаря частичной разгрузке окружающим грунтом сваи свайного "куста" меньше нагружаются, чем отдельно стоящие сваи. Забивные сваи могут быть деревянными, бетонными и стальными. Деревянная свая (шпала) представляет собой обработанное бревно диаметром около 30 см в головке (комле) и длиной 3-15 м. Бревна должны быть прямыми, ошкуренными, со срезанными под корень сучками. Для увеличения трения на боковых поверхностях деревянные сваи иногда снабжают деревянными или металлическими обручами. Бетонные сваи могут изготавливаться либо на месте, либо в заводских условиях. Сборные сваи должны быть обязательно хорошо армированы сталью, чтобы они не боялись погрузки-выгрузки и ударов при забивании. Стальная свая допускает наращивание до ФУНДАМЕНТ90 м и обычно представляет собой двутавровый профиль или трубу подходящей длины. Стальная обсадная труба диаметром 20-60 см после погружения в грунт, заполняется бетоном. Применяются рифленые с поверхности толстостенные стальные трубные сваи со стальным сердечником на конце для ослабления удара при вхождении в грунт. Такие сваи-оболочки тоже заполняются бетоном. Для повышения прочности в трубные сваи-оболочки обоих типов вставляют стальной двутавровый профиль. Иногда внутренний бетон выбивают наружу из нижнего конца сваи, создавая тем самым расширенную опору. Погружение свай в грунт осуществляют забивкой, вдавливанием, вибрированием и завинчиванием. Забивку свай производят с помощью копровых установок с паровоздушными и дизель-молотами. Процесс погружения сваи в песчаный и гравийный грунт значительно облегчается и ускоряется, если грунт под нижним концом сваи размывается сильной струей воды, для чего в теле сваи может быть оставлен канал или смонтирована труба для подачи воды (под давлением около 0,7 МПа).

Набивные сваи. Набивные сваи применяются в тех случаях, когда сооружения повышенной тяжести приходится устанавливать на прочном грунте, покрытом сверху толстым слоем слабого. Для этого в слабом грунте бурят скважину до слоя скальной породы, ортштейна или гравия и заполняют ее бетоном. Для умеренно прочных грунтов пригоден т.н. чикагский способ: грунт вынимают последовательно секциями по 1,5 м, закрепляя каждую деревянной боковой опалубкой перед тем, как приступать к разработке грунта следующей секции. Построенная таким образом набивная свая передает нагрузки от опоры колонны непосредственно прочному грунту. Иногда ее для увеличения площади опоры расширяют на нижнем конце, если он не доходит до скальной породы. Часть нагрузки передается грунту за счет трения на боковых поверхностях сваи. Кессонные набивные сваи изготавливают, забивая паровым копром в грунт широкий открытый с торцов стальной обсадной цилиндр. Затем из погруженного цилиндра вынимают грунт и заполняют освободившееся пространство бетоном, предварительно вставив внутрь для армирования, если это необходимо, двутавровый стальной профиль. Стальная обсадная труба, оставленная в скважине, повышает прочность сваи пропорционально площади своего поперечного сечения и модулю упругости.

Подводные фундаменты. Для обеспечения безопасного пространства для рабочих и оборудования строительство подводного фундамента начинают с того, что строят шпунтовое ограждение или опускной колодец. Эти водозащитные приспособления позволяют удалить с места расположения будущего фундамента воду и грунт, расчистить его и выполнить необходимые работы с точностью, возможной на сухом грунте.

Шпунтовое ограждение. Шпунтовые ограждения наиболее подходят при малых глубинах воды, хотя известны случаи, когда они применялись при глубине до 30 м. Такие ограждения строятся из деревянных или стальных шпунтовых свай, устанавливаемых в один или два ряда и скрепляемых так, чтобы они выдерживали напор воды. Межсвайный промежуток двухрядного ограждения заполняется уплотненным грунтом, что препятствует протеканию воды. Ячеистое шпунтовое ограждение делается из замкнутых цилиндрических стальных ячеек, заполненных грунтом. Вода откачивается из зоны ограждения насосами.

Опускной колодец. Открытый опускной колодец представляет собой полую цилиндрическую оболочку, по размерам соответствующую фундаменту и внутри хорошо укрепленную поперечными стенками. Обычно опускной колодец применяется для устройства глубоких опор, передающих давление на нижние, более прочные слои грунта. Колодец опускают на дно, заполняют его внутренний ряж камнем, и сверху настраивают кессонную набивную сваю. Грунт вынимают через скважины: илистый - откачкой, а плотный - подъемником с многочелюстным грейферным землечерпальным ковшом. Погруженный колодец и кессонные сваи, образованные путем набивки бетоном грунтоподъемных скважин, служат фундаментом для устоя - опоры верхней части сооружения. Бетон для укладки на этом фундаменте подводится по металлическому бетоноводу диаметром не менее 20 см, опущенному сверху под воду. Бетоновод можно также опустить непосредственно на дно. строительный фундамент свая балка

Кессоны. Кессоны применяются на большой глубине, не позволяющей установить шпунтовое ограждение. Кессон представляет собой большую неглубокую стаканоподобную оболочку, которая в перевернутом виде опускается на дно водоема. Размеры кессона определяются площадью грунтового основания, соответствующей полной проектной нагрузке при заданном допускаемом отпоре донного грунта. Если кессон лежит на скальном грунте, то по диаметру он может лишь немного превышать опору закрепляемого на нем устоя или другого опорного элемента конструкции. Высота кессона определяется уровнем грунтового основания и уровнем высоких вод. Следовательно, предварительно необходимо получить данные об уровне и характере грунтового основания. Кессоны обычно изготавливают на суше, буксируют на понтонах на место закладки фундамента и крепят к кустовым сваям. Если глубина воды недостаточна для буксировки на плаву, то кессон можно собрать на сваях в нужном месте и потом опустить на дно. Рабочая камера предусматривается по всей площади кессона; ее высота составляет около 2 м. К камере непрерывно подводится сжатый воздух под давлением, исключающим возможность натекания воды. Рабочие входят в камеру повышенного давления и выходят из нее через воздушный шлюз, который служит также для выгрузки вынутого грунта и снабжения строительными материалами. Грунт разрабатывается на дне и под острыми кромками стенок, так что кессон постепенно опускается под собственным весом и весом настраиваемого устоя. При этом давление в нем повышается соответственно наружному давлению. Когда кессон достигает прочного грунта, на котором он должен лежать, его рабочую камеру заполняют уплотненным бетоном, служащим фундаментом для устоя или другой опоры. Кессон обычно громоздок и неудобен в управлении. Волны затрудняют его установку, а неравномерное боковое давление грунта мешает точно направлять его путем выемки грунта под острыми кромками стенок. В зависимости от прочности грунта и условий работы скорость погружения кессона в грунт может составлять от 3 см до 2,5 м в сутки. Максимальная известная глубина погружения кессона под воду составляет около 40 м. Избыточное давление на такой глубине (в 3,5 раза превышающее атмосферное) находится на пределе допустимого для человеческого организма. Люди, длительное время работающие в условиях повышенного давления воздуха, подвержены двум специфическим заболеваниям. Одно, менее серьезное, по симптомам напоминает простуду ("забитый нос") и может перейти в пневмонию. Другое - кессонная болезнь (воздушная эмболия) - нередко вызывает паралич с летальным исходом.

Опоры моста. Опоры моста (устои и быки) - это элементы, промежуточные между фундаментом и верхней частью мостового сооружения. Однако их часто относят к фундаменту. Устои, которые обычно представляют собой бетонные стены, поддерживающие береговые концы моста и удерживающие грунтовое заполнение его въездной части, выполняются заодно со своим фундаментом и передают нагрузку непосредственно грунтовому основанию. Быки же, подобно колоннам, опираются на свои фундаменты и поддерживают верхнюю часть сооружения. Фундаменты мостовых опор могут быть на естественном основании, свайными или кессонными и проектируются так, чтобы они выдерживали все нагрузки и защищали конструкцию от вымывания грунта водным потоком.

Временные фундаменты. Когда требуется заменить или укрепить фундамент, его заменяют или усиливают по частям, применяя при необходимости боковые подпорки и подпорные балки.

Замена по частям. На коротких участках через определенные интервалы вынимают грунт под старыми фундаментами до нового грунтового основания. В образовавшихся котлованах строят участки новой стены с соответствующими фундаментами и соединяют их с нижней частью старой стены. Когда эти участки стены завершены, они поддерживают старую стену до завершения разработки грунта на оставшихся промежуточных участках и сооружения новых пристроек стены. В другом варианте усиления фундамента в грунт под стеной с некоторыми интервалами забивают металлические трубы. Когда трубы доходят до нового грунтового основания, их очищают изнутри от грунта и заполняют бетоном вплоть до нижнего обреза стены. Эти трубные сваи поддерживают стену во время сооружения пристроек стены и новых фундаментов.

Подпорки и подпорные балки. Боковые подпорки - это деревянные или стальные подкосы. Их устанавливают под углом к стене так, чтобы верхние концы входили в выемки стены; они подпирают стену во время переделки фундаментов. Подпорная балка - это деревянная или стальная балка, вставляемая в отверстие, сделанное в нижней части стены, и опирающаяся на грунт. Она поддерживает стену во время переделки фундаментов. Концы подпорной балки закрепляют на временных опорах.

См. также

Рис. ФУНДАМЕНТЫ некоторых видов сооружений. а - многоэтажное здание; б - мост с балочным пролетным строением; в - большой висячий мост; г - шоссейная насыпь. 1 - грунтовое основание; 2 - фундамент; 3 - верхняя часть сооружения; 4 - нулевая отметка грунта; 5 - анкерная опора; 6 - трос; 7 - бык; 8 - пилон; 9 - подвески; 10 - дорожное полотно; 11 - устои; 12 - дорожное покрытие; 13 - ограждение; 14 - водопропускная труба; 15 - насыпь.

Архитектура, проектирование и строительство

При залегании прочных грунтов на значительной глубине когда устройство фундаментов в открытых котлованах становится трудновыполнимым и экономически невыгодным а применение свай не обеспечивает необходимой несущей способности прибегают к устройству фундаментов глубокого заложения. Необходимость устройства фундаментов глубокого заложения может быть вызвана и особенностями самого сооружения например когда оно должно быть опущено на большую глубину заглубленные и подземные сооружения. Одним из видов фундаментов глубокого заложения наряду с...

Задание 25. Кессоны. Условия применения, конструктивная схема, последовательность производства работ.

При залегании прочных грунтов на значительной глубине, когда устройство фундаментов в открытых котлованах становится трудновыполнимым и экономически невыгодным, а применение свай не обеспечивает необходимой несущей способности, прибегают к устройству фундаментов глубокого заложения. Необходимость устройства фундаментов глубокого заложения может быть вызвана и особенностями самого сооружения, например, когда оно должно быть опущено на большую глубину (заглубленные и подземные сооружения). К таким сооружениям относятся подземные гаражи и склады, ёмкости очистных, водопроводных и канализационных сооружений, здания насосных станций и многие другие.

Одним из видов фундаментов глубокого заложения наряду с опускными колодцами, тонкостенными оболочками, буровыми опорами и фундаментами, возводимыми методом "стена в грунте", являются кессоны.

Кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения был предложен для строительства в сильно обводнённых грунтах, содержащих прослойки скальных пород или твёрдые включения (валуны, погребённую древесину и т.д.). В этих условиях устройство фундамента глубокого заложения по схеме "насухо" требует больших затрат на водоотлив, а разработка грунта под водой невозможна из-за наличия в грунте твёрдых включений.

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 ведётся насухо без водоотлива.

Кессон состоит из двух основных частей: кессонной камеры и надкессонного строения (рис.1).

Кессонная камера 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. При бетонировании кессонной камеры в её потолке оставляют отверстие 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 заглубленное помещение), либо в виде сплошного массива из монолитного бетона или железобетона (для фундаментов глубокого заложения).

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

Шлюзовой аппарат, соединённый с кессонной камерой шахтными трубами, предназначен для шлюзования людей и грузов при их спуске в кессонную камеру и при подъёме из неё.

Последовательность производства работ при строительстве кессонов следующая.

Сначала на спланированной поверхности грунта 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 приобретёт проектную прочность, её снимают с подкладок и начинают погружение. Сжатый воздух начинают подавать в кессонную камеру, как только её нижняя часть достигнет уровня подземных вод. Давление воздуха, обеспечивающее отжим воды из камеры кессона, определяется из условия:

p в ≥Н w γ w

где p в - избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха;

Н w -гидростатический напор на уровне банкетки ножа;

γ w - удельный вес воды.

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

После опускания кессона на проектную отметку всё специальное оборудование демонтируется, а рабочая камера заполняется бетоном.


А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
55057. Зображення постаті людини. Образ літературного героя 815.5 KB
Мета уроку: Сформувати уявлення про пропорції постаті людини; навчити учнів аналізувати та в залежності від віку зображати фігуру людини. Обладнання уроку: музичні...
55058. Посвящение в первоклассники 54 KB
Донецк Посвящение в первоклассники Первоклассники торжественно заходят в зал под мелодию Школьный корабль Ведущий 1. Наши первоклассники Ведущий 1. Позвольте праздник Посвящение в первоклассники считать открытым Ведущий 2. Дорогие первоклассники Чуть больше месяца назад вы пришли в нашу школу не зная её правил и законов.
55059. Посвята в старшокласники 87 KB
Шановні радіослухачі У звязку з проведенням традиційного свята Посвята в старшокласники до нас прибув почесний гість сам Папа Римський Бенедикт Шістнадцятий. На сцені зявляються Папа Римський і перекладач. Папа Римський. Доброго дня шановні пані та панове Папа римський.
55060. Природно – ресурсний потенціал Полтавської області 55 KB
Анотація: Розробка уроку для 9 класу, мета якого – визначити особливості географічного положення Полтавської області; розвивати знання про природно – ресурсний потенціал регіону; закріпити вміння і навички працювати з картою і розв’язувати задачі; розвивати аналітичне мислення і творчий підхід до засвоєння матеріалу.
55061. Bасиль Королів-Старий «Потороча хрипка». Що значить бути доброю людиною? 82.5 KB
Подивилася на нього ще зблизька побачила який вiн наскрiзь мокрий як вiн увесь тремтить iз холоду й нарештi наскiльки вистачило у неї голосу ласкаво промовила: Любий хлопчику Не бiйся мене й скажи чого ти тут шукаєш. Й вiн заридав. Давно вже вiн не чув щоб хтось озвався до нього ласкавим словом. Вiн ще трохи похлипав й почав розповiдати.
55062. Совершенствование техники выполнения ранее изученных элементов баскетбола 63.5 KB
Задачи урока: Образовательная ведение мяча по кругу; ведение мяча с изменением направления; передача мяча в парах в движении; ведение мяча два шага бросок в кольцо;...
55063. Як досягти поваги в колективі 44 KB
3 група філологи добирають вислови видатних людей про дружбу і колективізм. Повідомлення теми уроку Тема нашого уроку: Як досягти поваги в колективі. Культурна людина бажана в будь якому колективі.
55064. Поведінка учня. Безпека школяра. Правила поведінки учня під час шкільних масових заходів 81 KB
Що таке звичка ввічливої поведінки Яка це звичка Які інші корисні звички для зміцнення здоровя вам відомі Чому ви самі поважаєте себе якщо можете самостійно виховати в собі корисні риси Згадайте свої маленькі перемоги над собою. Як ви допомагаєте виробити корисні звички друзям Як ви спілкуєтесь зі своїми...
55065. Програма Power Point на уроках української мови та літератури як засіб формування інноваційної особистості 6.61 MB
І тут на допомогу приходить візуалізація за допомогою компютерної презентації. Застосування цієї програми дає можливість учителеві та учням складати презентації для організації інформаційної підтримки під час підготовки й проведення уроківє унікальною можливістю демонстрації пропонованого матеріалу...

77. Фундаменты глубокого заложения: кессоны, глубокие опоры, сваи оболочки.

При залегании прочных грунтов на значительной глубине, когда устройство фундаментов в открытых котлованах становится труд­новыполнимым и экономически невыгодным, а применение свай не обеспечивает необходимой несущей способности, прибегают к устройству фундаментов глубокого заложения. Необходи­мость устройства фундаментов глубокого заложения может быть вызвана и особенностями самого сооружения, например когда оно должно быть опущено на большую глубину (заглубленные и под­земные сооружения). К таким сооружениям относятся подземные гаражи и склады, емкости очистных, водопроводных и канализаци­онных сооружений, здания насосных станций, водозаборы, глубокие колодцы для зданий дробления руды, непрерывной разливки стали и многие другие.

В настоящее время в строительной практике применяют следу­ющие виды фундаментов глубокого заложения: опускные колодцы, кессоны, тонкостенные оболочки, буровые опоры и фундаменты, возводимые методом «стена в грунте».

Кессоны

Кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения был предложен во Франции в середине XIX в. для строительства в сильно обводненных грунтах, содержащих прослойки скальных пород или твердые включения (валуны, погребенную древесину и т. д.). В этих условиях погружение опускных колодцев по схеме «насухо» требует больших затрат на водоотлив, а разработка грун­та под водой невозможна из-за наличия в грунте твердых включе­ний.

Кессон схематически представляет собой опрокинутый вверх днищем ящик, образующий рабочую камеру, в которую под давле-

23 Механика грунтов

нием 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.

Рис. 13.9. Схема устройства кессона:

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

^ способ устройства фунда­ментов и подземных соору-

Жений является более доро-

а - для заглубленного помещения; б - для глу-

бокого фундамента; 1 - кессонная камера; 2 - ГОСТОЯЩИМ И СЛОЖНЫМ, ПО-

гидроизоляция, 3 - надкессонное строение; 4 - скольку требует специаль­

По сравнению с опуск­ными колодцами кессонный

ного оборудования (комп­рессоры, шлюзовые аппара-

ты, 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 надкессон- ного строения (рис. 13.9).

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 заглуб- 354

ленное 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 обрудование 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

Рь>Н„у„, (13.6)

гд е Рь - избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха, кПа;

Гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м; у* - 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.

Тонкостенные оболочки из сборных железобетонных элементов индустриального изготовления начали широко применять при воз­ведении фундаментов глубокого заложения с появлением мощных вибропогружателей, позволяющих погружать в грунт элементы бо­льших размеров.

Тонкостенная оболочка представляет собой пустотелый цилиндр из обычного или предварительно напряженного железобетона.

Оболочки выпускаются секциями длиной от 6 до 12 м и наруж­ным диаметром от 1 до 3 м. Длина секций кратна 1 м, толщина стенок составляет 12 см. На рис. 13.10 в качестве примера показана секция оболочки диаметром 1,6 м.

На строительной площадке секции оболочки или предваритель­но укрупняются, или наращиваются в процессе погружения с помо-

щью специальных стыковых устройств. Анализ накоплен­ного опыта показал, что на­илучшими типами стыков яв­ляются сварной, применяе­мый для предварительной сборки на строительной пло­щадке, и фланцевый на бол­тах, используемый для нара­щивания оболочек в процессе погружения (рис. 13.11).

Рис. 13.11. Стыки секций оболочек:

а - сварной стык; б - фланцево-болтовой стык; 1 - стержень продольной арматуры; 2 - ребро; 3 - обечайка; 4 - сварной шов; 5 - стальной стержень; 6 - болт

Погружение оболочек в грунт осуществляется, как правило, вибропогружателя­ми. Для облегчения погруже­ния, а также для предотвра­щения разрушения оболочки при встрече с твердыми включениями конец нижней секции снабжается ножом.

Для повышения сопротивления оболочки действию значитель­ных по величине внешних усилий обычно ее полость после погруже­ния до заданной глубины заполняется бетоном. При погружении в песчаные грунты внизу оставляют уплотненное песчаное ядро высотой не менее 2 м (рис. 13.12, а). Благодаря этому сохраняется естественная плотность песчаного грунта в основании оболочки, что обеспечивает лучшее использование его несущей способности.

Заполнение оболочек бетоном значительно замедляет темпы производства работ и снижает процент сборности фундамента, особенно при оболочках большого диаметра. Чтобы снизить объем укладываемого бетона или вообще исключить производство бетон­ных работ на строительной площадке, разработаны конструкции оболочек с утолщенными до 16...20 см стенками (усиленные оболоч­ки). Усиленные оболочки обладают достаточной прочностью для их вибропогружения в труднопроходимые грунты, характеризуемые включениями галечника и валунов (что на практике создавало серьезные трудности при погружении обычных оболочек и не раз приводило к их разрушению), и не трубуют обязательного последу­ющего заполнения бетоном по крайней мере на полную высоту. Применение таких оболочек значительно сокращает объем бетон­ных работ, производимых на строительной площадке.

Разновидностью усиленных оболочек являются оболочки с несу­щей диафрагмой. Диафрагма устраивается в нижней секции оболоч­ки на высоте одного-двух ее диаметров и имеет центральное отвер­стие для извлечения грунта из ее полости при погружении (рис. 13.12, б). После посадки диафрагмы на грунт на последнем этапе погружения отверстие заливают бетоном. Такие оболочки предназ­начаются для фундаментов, устраиваемых в песчаных и песчано­гравийных грунтах без включения валунов.

Если оболочка погружается до скальных грунтов, то ее нижний ко­нец, как правило, заделывается в скалу. Для этого в скальной поро­де через оболочку бурят скважину диаметром, равным внутреннему диаметру оболочки, и после уста­новки арматурного каркаса скважи­ну и оболочку заливают бетоном (рис. 13.12, в).

В нескальных грунтах увеличение несущей способности оболочки по грунту достигается устройством внизу уширенной пяты. Полость для уширенной пяты делают либо раз- буриванием, либо камуфлетным взрывом с последующим заполнени­ем ее бетонной смесью (рис. 13.12, г). Практика показала, что устрой­ство уширений наиболее целесооб­разно в глинистых грунтах средней прочности.

Оболочки, заделанные в скалу или имеющие внизу уширение, об­ладают значительной несущей спо­собностью (10 МН и более), поэтому обязательно заполняются бетоном на всю высоту. Исключение состав­ляют только усиленные оболочки, где иногда можно ограничиться устройством только нижней бетон­ной пробки.

Рис. 13.12. Конструкция сборных желе­зобетонных оболочек:

а - оболочка с уплотненным песчаным ядром; б - усиленная оболочка с несу­щей диафрагмой; в - оболочка, заде­ланная в скалу; г - оболочка с уширенной пятой; 1 - оболочка; 2 - бетонное заполнение; 3 - нож; 4 - несущая диафрагма; 5 - арматурный каркас; 6 - буровая скважина в скаль­ной породе; 7 - уширенная пята

Тонкостенные оболочки из сбор­ных железобетонных элементов об­ладают рядом достоинств, позволя­ющих им во многих случаях успеш­но конкурировать с другими типами фундаментов глубокого зало­жения. Прежде всего надо отметить индустриальность их изготов­ления, высокую сборность и механизацию всех работ, что позволяет значительно сократить сроки строительства и уменьшить трудоем­кость возведения фундаментов. Кроме того, применение оболочек позволяет лучше использовать прочностные свойства материала фундамента. Так, если при опускных колодцах и кессонах прочност­ные свойства материала фундамента используются на 10... 15%, то в оболочках - на 40...60%. Особенно экономичными являются обо­лочки, заделанные основанием в скальные грунты, когда их матери­ал может быть использован практически полностью.

Наиболее рационально тонкостенные оболочки применять при больших вертикальных и горизонтальных нагрузках. Такие сочета­ния нагрузок наиболее характерны для мостов, гидротехнических и портовых сооружений.

Буровые опоры представляют собой бетонные столбы, которые возводят путем укладки бетонной смеси в предварительно пробу­ренные скважины. Укладка бетонной смеси производится под защи­той либо глинистого раствора, либо обсадных труб, извлекаемых при бетонировании.

Технология устройства буровых опор та же, что и буронабивных свай (см. § 11.1), т. е., по существу, они представляют собой буронабивные сваи большого диаметра (более 80 см).

Нижние концы буровых опор обязательно доводят до плотных грунтов, поэтому они работают как стойки. Иногда их делают с уширенной пятой. При необходимости буровые опоры армируют­ся, но, как правило, только на участках сопряжений со скальной породой и с ростверком.

Буровые опоры обладают значительной несущей способностью (10 МН и более) и рассчитываются как сваи-стойки, изготовленные в грунте.

 

 
Это интересно: