2014-02-24
1231
Сооружение фундаментов опор
Тема №1
Готовят тему 2-3 человека
Соотношение показателей в СНС.
(книга Матвеевой Введение в макроэкономику. стр. 66-70 – выписать формулы, определения)
Вопрос 1
К фундаментам мелкого заложения относят фундаменты, закладываемые на глубину до 5…6 м, в том числе свайные ростверки.
Устройство фундаментов включает в себя:
· Устройство котлована
· Устройство фундаментного массива.
Устройство котлована может быть выполнено двумя способами:
· Открытым способом;
· С устройством специального ограждения.
Устройство котлованов открытым способом
Котлованы без креплений разрабатывают в сухих или маловлажных естественных или плотнослежавшихся насыпных грунтах при отсутствии грунтовых вод. В условиях водоносных грунтов возможно применение искусственного водопонижения. Переувлажнённые песчаные, лёссовидные и насыпные грунты разрабатывать без крепления не допускается. При устройстве котлована с откосами работы упрощаются, но значительно увеличивается объём земляных работ.
Прочность, жёсткость и неизменяемость форм котлована обеспечивается за счёт крутизны откосов, которые назначаются в зависимости от грунтовых условий и глубины котлована (см. справочник). Для котлованов глубиной свыше 5 м крутизну откосов устанавливают по расчёту их устойчивости.
Временная нагрузка (грунт, строительные материалы, транспортные средства и т.д.) должна быть удалена от бровки котлована на расстояние не менее 1 м. В любом случае машины, механизмы и оборудование должны находиться за пределами призмы обрушения.
В зимних условиях допускается разработка котлованов с вертикальными стенками глубиной до 4 м способом естественного промораживания грунтов без устройства креплений при условии, что быстрота и глубина промерзания обеспечивают безопасность работы в котловане. Разработка таким способом котлованов в сухих песчаных грунтах не допускается.
Устройство котлованов со специальными ограждениями
Тип ограждения котлованов следует назначать с учётом конструкции фундамента, климатических условий, геологических и гидрологических условий, условий производства работ, а также наличия тех или иных материалов для ограждения.
Конструкция ограждения должна обеспечивать:
· Наименьшую водопроницаемость ограждения;
· Прочность, жёсткость и неизменяемость его в процессе воздействия нагрузки (давление воды, бетонной смеси, грунта);
· Наименьшее количество крепёжных работ, выполняемых в процессе возведения фундамента;
· Устойчивость близлежащих существующих сооружений.
1. Закладное крепление
Закладное крепление стен котлованов устанавливают по мере разработки грунта при незначительном притоке грунтовых вод, а также в сухих сыпучих грунтах. Различают простое закладное крепление и инвентарное.
Простое закладное крепление выполняется полностью деревянным. Конструкция простого закладного крепления приведена на рис. 1.
Рис. 1. Простое закладное крепление 1 – горизонтальные доски, 2 - вертикальные доски, 3 – распорки диаметром 15 – 18 см, 4 – поддерживающие бобышки
Простое закладное крепление устраивается при небольшой глубине котлована (до 1,5 м), а затем осаживается по мере разработки. В грунтах с естественной влажностью, кроме сыпучих, при глубине котлована до 3 м горизонтальные доски можно устанавливать с просветом, равным ширине доски. При большей глубине котлована, а также в сыпучих грунтах и в грунтах с повышенной влажностью независимо от глубины котлована горизонтальные доски устанавливают без просветов.
При больших размерах котлованов применяют инвентарное закладное крепление с металлическими стойками из двутавров №30-55, забиваемых на глубину более 1 м ниже дна котлована. Между полками двутавров укладывают горизонтальные доски на предварительно забитые деревянные клинья. Доски по высоте укрепляют брусками, прибивая их гвоздями к каждой доске. Распорки предусматриваются из брёвен или металлическими из двутавров или швеллеров (см. рис.2).
Рис.2 Инвентарное закладное крепление
1 – стойка из двутавров; 2 – клинья; 3 – доски крепления; 4 – упорные швеллерные коротыши; 5 – распорки крепления; 6 - бруски
Закладное крепление разбирают, начиная снизу, по мере возведения фундамента и засыпки грунтом пазух. Металлические стойки крепления извлекают после заполнения пазух на всю высоту.
2. Шпунтовое ограждение
Котлованы в шпунтовом ограждении устраивают:
· На открытых водотоках;
· На местности, не покрытой водой – в неустойчивых и водоносных грунтах и в стеснённых условиях возведения опор вблизи действующих транспортных или других искусственных сооружений.
Для шпунтовых ограждений в качестве материала используется прокатный металл специального профиля. Шпунтовый профиль является инвентарным имуществом, поэтому извлекается для повторного использования.
Металлический шпунт погружается в песчаные, глинистые и гравелистые грунты. Возможно погружение шпунта в песчаные или глинистые грунты с включением галечника (без валунов).
Для ограждения котлованов мостовых опор используется главным образом шпунт корытного профиля (ШК-1, ШК-2, Ларсен IV, Ларсен V, Hoesch и др.)
Для образования цилиндрических стенок ограждения искусственных островков применяют плоский шпунт (ШП-1, ШП-2, «Union» и др.).
| Union (толщина 11, 12, 12.7 мм) | |
| Рис. Размеры шпунтовых свай |
На заводах шпунт прокатывают длиной от 8 до 22 м. При необходимости шпунтины наращивают с перекрытием стенки накладками длиной не менее 600 мм со сварными соединениями. Чтобы обеспечить совпадение замков наращиваемых шпунтин, нужно предварительно собрать стык и временно его закрепить, пропуская в замках отрезки шпунтин длиной 2-3 м.
При погружении шпунта низ паза замка, переднего по ходу забивки, закрывают стальной пробкой для предохранения от заполнения его грунтом. Для облегчения погружения и последующего извлечения шпунта его замки рекомендуется смазывать солидолом.
Шпунтовые сваи могут погружаться забивкой, вибропогружением или вдавливанием (см. видео).
До начала забивки необходимо проверить правильность и прямолинейность замков шпунта. Для этого вдоль замков протаскивают шаблон из обрезка шпунта длиной 2 м. Чтобы погружение шпунта на акватории происходило правильно, его погружают между парными направляющими схватками, прикрепляемыми к маячным сваям. Маячные сваи обычно располагают вне линии шпунтовой стенки (см. рис.).
Рис. Конструкция направляющих для забивки шпунта
1 – маячная свая, 2 – горизонтальная схватка, 3 – прокладка, 4, 5 – шпунтовая свая
Глубина погружения шпунта в грунт определяется из условий:
· Устойчивости шпунтовой стенки против опрокидывания
· Устойчивости грунта против выпора в котлован при водоотливе.
Во всех случаях величина погружения шпунта ниже дна котлована должна быть не менее 1 м в связных, крупнопесчаных и гравелистых грунтах и не менее 2 м в мелкопесчаных и плывунных грунтах.
Верх шпунтового ограждения должен быть на 0.2 – 0.4 м выше уровня грунтовых вод и не менее чем на 0.7 м выше рабочего уровня воды в реке. За рабочий горизонт воды принимают возможный уровень десятилетней повторяемости, определяемый по гидрогеологическим данным за период производства работ в котловане.
Ограждения без креплений в виде свободно стоящей стенки применяют только для неглубоких котлованов. При этом шпунт заглубляется ниже дна котлована на 6…7 м. Такое ограждение открывает широкий фронт работ для устройства опоры (см. рис.).
Во всех остальных случаях предусматривается внутреннее распорное крепление. Количество ярусов креплений назначается по условиям прочности шпунта и его устойчивости. При этом применяется минимальная заделка шпунта в грунт (см. рис.).
Ограждения прямоугольного очертания должны раскрепляться горизонтальными поясами (обвязками) по внутреннему контуру котлована и системой поперечных распорок и угловых подкосов (см. рис.). Верхний ярус креплений рекомендуется использовать как направляющий для забивки шпунта. Расстояния между распорками креплений назначают с учётом способа разработки котлована и вида применяемых механизмов.
3. Перемычки
Для ограждения котлованов на местности, покрытой водой, в случае отсутствия стального шпунта применяют перемычки. Дно реки в месте устройства перемычки предварительно очищают от корчей и камней, планируют, а в необходимых случаях верхний слой грунта удаляют.
Применяют следующие виды перемычек:
1. Грунтовые;
2. Деревянные шпунтовые стенки с односторонней засыпкой грунта;
3. Двухрядные деревянные шпунтовые стенки с засыпкой грунтом между рядами;
4. Ряжевые перемычки;
5. Бездонные ящики;
6. Ледяные перемычки
Грунтовые перемычки не допускают перелива через них воды и не могут применяться для ограждения котлованов, затапливаемых в паводок. Грунтовые перемычки отсыпают из мелких песков, супесей и суглинков с содержанием глинистых частиц не более 20%. Обычно грунт перемычки намывают с помощью гидромеханизмов, располагаемых на плавучих средствах, зимой отсыпают со льда.
Их применяют при неразмываемом, слабофильтрующем дне водотока, при глубине воды до 2 м, скорости течения без укрепления откоса – до 0.5 м/с, при укреплении откоса – до 1.5 м/с. Откосы в сторону котлована назначают с уклоном от 1:1 до 1:2, а речные — от 1:3 до 1:4. Наличие откосов существенно стесняет живое сечение русла реки, поэтому увеличивается скорость течения, что может привести к размыву самой перемычки или дна.
Рис. Грунтовая перемычка
Уменьшить размеры грунтовой перемычки можно устройством односторонней деревянной шпунтовой стенки по периметру котлована.
Деревянные шпунтовые стенки с односторонней засыпкой грунта применяют при глубине воды 2…3 м. Деревянное шпунтовое ограждение применяют, если в грунтах отсутствуют твёрдые включения (галька, валуны и т.д.), прослойки мергеля, плотной глины и др.
Рис. Грунтовая перемычка с односторонней шпунтовой стенкой
При глубине воды 3…4 м и скорости течения реки до 1.5…2 м/с применяют двухрядные шпунтовые стенки с засыпкой грунтом
Рис. Грунтовая перемычка с двухрядной шпунтовой стенкой
Шпунт изготавливают из леса хвойных пород не ниже 2-го сорта. Каждая шпунтина снабжается гребнем и пазом. Наилучшая форма гребня и паза – прямоугольная. Гребень и паз треугольной формы применяют при толщине шпунта до 8 см.
Для удобства погружения деревянный шпунт сплачивают в пакеты из двух-трёх шпунтин, скрепляемых скобами впотай через 1…1,5 м., а по концам через 0,5 м. скобы забивают в шпунт под углом 450 попеременно в противоположных направлениях.
Головы шпунтин срезают перпендикулярно их продольной оси и объединяют бугелем прямоугольной формы, а концы заостряют на правильный клин длиной от одной (для тяжёлых грунтов) до трёх (для лёгких грунтов) толщин шпунта. Забивку шпунта всегда ведут гребнем вперёд.
Рис. Конструкция пакетной шпунтины
а – пакет из двух шпунтин; б – обработка головы и заострение низа пакета;
1 – скобы; 2 - бугель
Направляющие для забивки шпунта прикрепляют к маячным сваям, размещаемым снаружи шпунтовой стенки, и к одной из угловых шпунтовых свай, забиваемой одновременно с маячными. Внутренние направляющие прикрепляют к маячным сваям через деревянные прокладки, удаляемые по мере забивки шпунта (см. рис.).
При глубине воды до 6 м и скальном основании дна водотока устраивают ряжевые перемычки. Ряжевая перемычка выполняется из ряжа заполненного песком или камнем. Скорость потока не должна превышать 3 м/с.
Рис. Ряжевая перемычка
3 – камень; 4 – мелкий песок; 5 – дощатый экран; 6 – подводный бетон
Ледяные перемычки применяют в районах с суровым климатом с продолжительной зимой и при глубинах воды в реке до 3-4 м. На очищенной от снега поверхности первоначально вырубают углубление во льду на площади несколько большей размеров фундамента. Благодаря сокращению толщины слоя льда снизу намерзает новый слой, после чего в такой же последовательности повторно срубают сверху слой части льда. И так постепенно, намораживая лёд снизу и вырубая его сверху, создают ледяную перемычку на полную высоту до дна реки и ниже вплоть до грунта основания. В период вымораживания следят за тем, чтобы не ослаблять чрезмерно намерзающие ледяные стенки во избежание прорыва через них воды.
Процесс образования котлована происходит медленно, однако он не требует больших средств. Ледяные перемычки особенно эффективны при наличии скального основания.
Рис. Последовательные этапы создания ледяной перемычки:
1 – лед; 2 – слой льда намерзающего снизу; 3 – снег; 4 – замороженный грунт
В тех же условиях, как и ряжевые перемычки могут быть применены перемычки – бездонные ящики. Применяют их при глубине воды до 12 м и скорости потока до 1.5…2 м/с. Закладываются при незначительном (до 0.5 м) заглублении в основание.
Ограждения из бездонных ящиков применяют главным образом в виде съёмной конструкции, монтируемой из понтонов типа КС. Бездонные ящики имеют ножевую часть, являющуюся несъёмным элементом нижней части ограждения и водонепроницаемую перемычку, выполняемую из отдельных секций и системы распорных креплений. Для возможности разборки перемычки после сооружения фундамента, между ножом и перемычкой устраивают замковые устройства.
Понтон типа КС представляет собой стальную прямоугольную коробку с размерами сторон 1,8х3,6х7,2 м. Название понтонов КС дано по первым буквам фамилий авторов, предложивших этот тип конструкций в 1947 г., профессоров Н. М. Колоколова и К. С. Силина.
Конструктивные элементы понтона имеют наружную тонкостенную обшивку толщиной 3—4 мм, систему внутренних продольных и поперечных подкрепляющих ребер (кильсонов и шпангоутов) и внутренние поперечные решетчатые связи. Для доступа и осмотра внутреннего пространства в палубе понтона устроена закрепленная на болтах крышка - люк, через который в понтон можно заливать или откачивать забортную воду при балластировании плашкоутов. Конструкция понтона допускает возможность набора и сброса водного балласта также и путем регулирования давления сжатого воздуха внутри понтона. Для этого штуцер воздухопровода присоединяют к одному из отверстий в понтоне, закрываемых пробкой с резьбой, а вода набирается в понтон или уходит из него через другие такие же отверстия внизу.
Рис. Боковой вид и план понтона КС: 1 — люк,
2 — отверстие, закрытое пробкой с резьбой.
Перемычка из понтонов представляет собой замкнутый контур, состоящий из металлических понтонов КС, соединённых между собой посредством болтов и накладок. Для обеспечения водонепроницаемости стыков между понтонами прокладывают специальные резиновые жгуты или маты. Нижнюю часть перемычки посредством съёмных замковых соединений присоединяют к железобетонному или металлическому ножу, оставляемому в конструкции ростверка.
Для возможности опускания и подъёма понтонной перемычки отверстия в понтонах КС с наружной стороны оставляют открытыми, а с внутренней объединяют воздухопроводом и подключают к источнику сжатого воздуха.
Рис. Схема плавучей перемычки из понтонов КС для сооружения низкого ростверка:
1 – подача сжатого воздуха; 2 – тело опоры; 3 – воздухопровод; 4 – распорные крепления перемычки; 5 – секции инвентарной пустотелой перемычки; 6 – вода в секциях перемычки; 7 – плита фундамента; 8 – отверстия в секциях перемычки для отжатия воды; 9 – железобетонный или металлический нож перемычки; 10 – замковые соединения съёмной и ножевой части перемычки; 11 и 12 на рисунке не показывать
Технология устройства перемычки из понтонов заключается в следующем (см. рис.):
1. На отдельных понтонах (в последующем используемых в верхней части перемычки) изготавливают железобетонный (металлический) нож, на выступах которого монтируют первый ряд перемычки;
2. Затопляя поддерживающие понтоны, опускают первый ярус перемычки до состояния плавучести;
3. Первый ярус перемычки транспортируют буксиром на ось будущей опоры и раскрепляют на якорях
4. Наращивают следующие секции перемычки с постепенным затапливанием её до опускания на дно реки.
5. Извлекая грунт в пределах ножевой части и пригружая водным балластом в понтонах, перемычку погружают до проектной отметки.
6. По окончании сооружения опоры с помощью водолазов понтонную перемычку отсоединяют от ножа и, вытесняя воздухом воду из понтонов, поднимают последнюю на поверхность. По мере всплытия перемычки её демонтируют для последующего использования.
Рис. Технологическая схема устройства инвентарной перемычки
из понтонов КС: 1 – понтоны КС; 2 – нож; 3 - эрлифт
