Погружение колодцев

Работы по погружению опускных колодцев в грунт являются наиболее сложными и ответственными. Погружению колодца в грунт предшествуют подготовительные работы.

К подготовительным работам относятся работы по распалубке сооружения, снятию колодца с подкладок. Снимают колодец с подкладок таким образом, чтобы он от состояния равномерного опирания по всему периметру на временные опоры постепенно переходил к равномерному опиранию на грунт. При этом он не должен иметь перекосов и сдвигов относительно начального состояния. Подкладки разрешается извлекать, когда бетон колодца неберёт не менее 70% прочности.

Подкладки извлекают в следующей очерёдности (см. рис.):

1. Удаляют подкладки из-под внутренних и торцевых стен

2. Удаляют симметрично относительно продольной оси колодца каждую вторую подкладку.

3. Симметрично относительно четырёх фиксированных подкладок удаляют все остальные

4. Одновременно извлекают фиксированные подкладки, и колодец врезается ножевой частью в грунт основания.

Подкладки удаляют, подкапывая их сбоку и снизу и выбивая или выталкивая из-под стен. Удаление подкладок сопровождается одновременно тщательной подбивкой песчаного или песчано гравелистого грунта под нож колодца.

Рис. Удаление подкладок из-под ножевой части опускного колодца

После того как нож колодца перейдёт с подкладок на грунт, проверяют правильность осей его в вертикальном и горизонтальном измерениях относительно проектного положения и затем приступают к погружению.

Колодец опускается за счёт преодоления сил трения по боковой поверхности собственным весом. Для этого необходимо, чтобы масса колодца на проектной отметке с учётом потерь веса в воде превосходила величину сил трения не менее чем на 20…25%. Силы трения определяют по опытным данным для грунтов, аналогичных имеющимся на месте опускания колодца. Ориентировочные значения сил трения по боковой поверхности составляют:

песчаный грунт – 1,2…2,5 т/м²;

гравелистый грунт – 1,5…3,0 т/м²;

глинистый грунт – 2,5…5,0 т/м².

Разработку грунта следует выполнять равномерно во всех шахтах, не допуская перекосов. В устойчивых грунтах с малым притоком воды земляные работы ведут с водоотливом, насухо. При проходе несвязных водонасыщенных грунтов колодцы опускают без водоотлива, разрабатывая грунт под водой. Уровень воды в колодце при этом должен быть близок к уровню воды в реке.

В зависимости от свойств грунтов, выбирают способы их разработки и извлечения из колодцев. При связных грунтах плотного сложения обычно применяют четырёхчелюстные грейферы, при супесчаных и суглинистых – двухчелюстные грейферы. Грейфер применяют также при разработке гальки, гравия и крупного песка.

Несвязные грунты, особенно мелкопесчаные разрабатывают с помощью гидромеханизации - эрлифтами, реже гидроэлеваторами.

Рис. Схема погружения опускного колодца с островка, ограждённого деревянным шпунтом.

Опускные колодцы часто применяются в таких геологических условиях, когда основную толщу грунтов составляют очень плотные и скальные грунты. Для облегчения разработки таких грунтов применяют пневматический инструмент или взрывной способ рыхления.

Для производства взрывных работ должна привлекаться специализированная организация. Первоначально грунт рыхлится взрывами в центре колодца, а затем разрабатывается экскаваторами или вручную.

По периметру колодца у ножевой части оставляют берму из невзорванной породы. Грунт бермы вначале разрабатывают одновременно по двум противоположным сторонам пневматическими отбойными молотками или предварительно рыхлят шпуровыми зарядами. Берму разрабатывают с таким расчётом, чтобы скальный грунт был разобран за стенами ножевой части на 10…15 см, а ниже банкетки ножа – на величину равную H, которая ориентировочно составляет 50 см. На место разработанной бермы подсыпают щебёночную призму и укладывают подкладки для увеличения площади опирания ножа колодца. Затем разбирают берму по двум другим сторонам колодца на величину равную H+h. На месте разработанной бермы отсыпают призму высотой h≥30 см. после отсыпки призм по всем четырём сторонам опускного колодца приступают к его опусканию путём разборки щебёночных призм, отсыпанных первоначально по двум противоположным сторонам колодца. Призмы разбирают постепенно и равномерно. Колодец при этом садится на заранее подготовленные призмы по двум другим противоположным сторонам. В дальнейшем процесс повторяется.

Для облегчения погружения колодца применяются следующие способы:

1. П рименение тиксотропной рубашки по наружной поверхности тела колодца. Для применения тиксотропной рубашки вокруг колодца создают свободную полость, в которую подаётся тиксотропный раствор (смесь бентонитовой глины с водой и реагентами). На наружной поверхности стены колодца устраивают уступ шириной 7…15 см, который размещают выше банкетки ножа на 1/5 высоты колодца, но не менее 2…3 м. Высота уступа должна быть такой, чтобы силы трения по ножевой части колодца были бы оптимальными. Высота уступа должна обеспечивать защиту против прорыва тиксотропной суспензии внутрь колодца, а также устойчивость колодца во время погружения.

На наружном уступе стены колодца делается специальный замок, предназначенный для удержания тиксотропной суспензии.

Рис. Схема замка на наружном уступе опускного колодца 1 – металлическая форшахта; 2 – глинистый раствор; 3 – опускной колодец; 4 – замок (уплотнение); 5 – мятая глина; 6 – опорное железобетонное кольцо форшахты; 7 – болт.

2. Устройство конических наружных стен;

3. Продувка воздухом по наружному периметру колодца. Этот способ особенно эффективен при проходке связных грунтов. К наружной стенке в пределах первых захваток бетонирования над ножевой частью присоединяют вертикальные полихлорвиниловые трубки. На них через каждый метр высоты прикрепляются резиновые лепестки-заслонки. После снятия опалубки в трубках под заслонками сверлятся отверстия диаметром 4-5 мм. Нагнетаемый воздух выходит через отверстия, а заслонки предотвращают попадание в систему грунта во время погружения. Сжатый воздух, выходя из отверстий, попадает в зазор между бетоном и массой грунта, снижает сопротивление трению по всему периметру колодца. Объём и давление подаваемого воздуха можно регулировать, открывать разное количество отверстий или отключать какую-либо грань колодца целиком. Давление воздуха должно быть на 50% выше давления воды в уровне острия ножа колодца. Максимальное давление воздуха обычно не превышает 7 кг/см². Продувка позволяет снизить трение о грунт до 20%. Систему полихлорвиниловых трубок впоследствии используют для инъецирования цементного раствора в окружающий грунт после бетонирования тампонажного слоя.

4. Применение подмыва или рыхления грунта. Подмыв используют в твёрдых глинистых грунтах Для этой цели с наружной поверхности стен ярусами по высоте через 3…4 м и через 2 м по периметру устанавливают подмывные трубы (до бетонирования). Необходимо, чтобы в пределах каждого яруса и с каждой стороны колодца можно было обеспечить независимый подмыв.

5. Задавливание домкратами. Основной принцип этого способа состоит в приложении к верхнему обрезу колодца дополнительной силы, создаваемой домкратами, с использованием реакции грунтовых анкеров. Грунтовые анкеры в основном представляют собой работающие на выдёргивание висячие сваи. При этом их несущую способность по грунту определяют на длине ниже проектной отметки заложения подошвы фундамента. В случае использования этого метода, стенки колодца делают заведомо более толстыми, чем это требуется по конструктивным прочностным расчётам. Этот способ даёт возможность эффективно управлять процессом погружения, устранять завалы и смещения. Возможно его применение в сочетании с продувкой или подмывом.

Рис. Принципиальная схема системы задавливания: 1 – гидравлический домкрат, 2 – стальная опора, 3 – стальная распределительная балка, 4 – кран, 5 – домкраты, соединённые с грунтовыми анкерами.

После достижения заданной в проекте отметки колодцы заполняют бетоном насухо. Тампонажную подушку устраивают методом ВПТ. Толщина слоя бетона, укладываемого подводным способом должна быть не менее 1 м.