В сильно обводненных грунтах, содержащих прослойки скальных пород или твердых включений (валуны, погребенную древесину и т.д.) погружение опускных колодцев по схеме «насухо» требует больших затрат на водоотлив, а разработка грунта под водой невозможна из-за наличия в грунте твердых включений.

В этом случае используется кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения, который был предложен во Франции в середине 19в.

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 ведется насухо без водоотлива.

Рис.13.9. Схема устройства кессона:

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

Метод является более дорогостоящим и сложным, поскольку требует специального оборудования. Кроме того, этот способ связан с пребыванием людей в зоне повышенного давления воздуха, что значительно сокращает продолжительность рабочих смен (до 2 часов при 350…400кПа(max)) при максимальной глубине 35-40м.

В связи с вышесказанным кессоны применяют значительно реже других типов фундаментов глубокого заложения.

Кессонная камера, высота которой по санитарным нормам принимается не менее 2,2 м, выполняется из ж/б и состоит из потолка и стен, называемых консолями.

Способ погружения кессона аналогичен опускному колодцу. Глубину погружения кессона и его внешние размеры определяют так же, как и для опускных колодцев.

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.

Рабочий процесс . Рабочий входит в прикамерок шлюза, где давление постепенно повышается до имеющегося в рабочей камере. На этот процесс затрачивается от 5 до 15 мин., что необходимо для адаптации организма человека, 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 прикамерке шлюза до уровня атмосферного давления требуется 3-3,5 раза больше времени, чем вначале, т.к. быстрый переход от повышенного давления к атмосферному может быть причиной начала кессонной болезни.

Сжатый воздух в кессонную камеру начинают подавать не сразу, а как только ее нижняя часть при погружении достигнет уровня подземных вод. Давление воздуха, обеспечивающее отжим воды из камеры кессона, определяется из условия:

Где - избыточное (сверх атмосферного) давление воздуха, кПа ;

Гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м ;

Удельный вес воды,

После опускания кессона на проектную глубину все специальное оборудование демонтируется, а рабочая камера заполняется бетоном.

Грунт в камере кессона разрабатывается или ручным или гидромеханическим способом.

Имеется опыт разработки грунта в кессонной камере вообще без присутствия в ней рабочих, когда все управление гидромеханизмами выносится за ее пределы. Такой способ опускания кессона называется слепым.

41. Возведение фундаментов методом "стена в грунте".

а – котлованы в городских условиях; б – подпорные стенки; в – тоннели; г – противофильтрационные диафрагмы; д – подземные резервуары

Способ заключается в том, что сначала по контуру будущего сооружения в грунте отрывается узкая глубокая траншея (b=60…100 см, H≤40…50 м), которая затем заполняется бетонной смесью или сборными железобетонными элементами. Затем, после полного удаления грунта из внутреннего пространства до проектной отметки возводят внутренние конструкции.

Стена может служить:

1. элемент фундамента

2. заглубленные сооружения

3. противофильтрационные завесы: в водонасыщенных грунтах при высоком уровне подземных вод. Способ особенно эффективен при заглублении стен в водоупорные грунты, что позволяет полностью отказаться от водоотлива или глубинного водопонижения.

4. ограждение котлована в городе: в стесненных условиях, а также при реконструкции сооружений. Устройство глубоких котлованов и заглубленных помещений вблизи существующих зданий и сооружений без нарушения их устойчивости.

Технология устройства «стены в грунте» - методом последовательных захваток .

1. Устройство сборной или монолитной форшахты, которая служит направляющей для землеройных машин, опорой для подвешивания армокаркасов, бетолитных труб, сборных железобетонных панелей и т.п. и обеспечивает устойчивость стенок в верхней части.

2. Отрывка котлована отдельными захватками. Откопав первую захватку, на всю глубину стены по ее торцам устраивают ограничители, арматурный каркас и укладывают бетонную смесь.

3.Затем переходят к захватке «через одну», а после ее устройства – к промежуточной и т.д., в результате получается сплошная стена (рис. 13.14).

Конструкция форшахты из Г-образных (уголкового профиля) блоков

Рис.13.14. Последовательность возведения «стены в грунте»: а – первая очередь работ; б – вторая очередь работ; 1 – форшахта; 2 – базовый механизм; 3 – бетонолитная труба; 4 – глинистый раствор; 5 – грейфер; 6 – траншея под одну захватку; 7 – арматурный каркас; 8 – бетонная смесь; 9 – забетонированная секция; 10 – готовая «стена в грунте»

Для удержания стен захватки против обрушения по мере отрывки подливают глинистый раствор . После отрывки захватки и заполнения ее бетонной смесью вытесненный глиняный раствор, содержащий частицы разрабатываемой породы, идет на очистку и снова в траншею (с потерей ~10%).

После возведения «стены в грунте» по всему периметру сооружения (т.е. конструкция замыкает в плане будущее сооружение) поэтапно удаляют грунт из внутреннего пространства. Можно по периметру делать грунтовые анкера или распорки. Если нет, то устойчивость стены обеспечивается заделкой в грунт основания.

ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА НА СООРУЖЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ И КЕССОНОВ

МОНТАЖ КЕССОНОВ

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Типовая технологическая карта разработана на монтаж кессонов.

Общие сведения

Погружение кессонов

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 (рис.1). 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.

Рис.1. Общий вид кессона

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 - надкессонная кладка; 9 - надкессонная обшивка; 10 - потолок кессона; 11 - кессонная камера; 12 - стены кессона; 13 - лестница; 14 - тельфер; 15 - вагонетка с грунтом

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. Не 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.

Кессоны, как и опускные колодцы, погружаются в грунт под действием собственной массы. Но погружению здесь препятствует не только сопротивление грунта, но и давление воздуха в кессонной камере. Сначала кессон погружают без подачи сжатого воздуха в камеру, но как только появляются подземные воды, кессон переводят на режим воздушного давления. Воздух отжимает воду из кессонной камеры, благодаря чему в ней можно разрабатывать грунт.

Воздушное давление в камере кессона должно удовлетворять требованию

где - избыточное воздушное давление в кессонной камере, Па; - гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м; - плотность воды, т/м.

Эффективность погружения определяется следующим соотношением активных и реактивных сил:

, (2)

где - вес кессонной камеры, кН, - вес надкессонного массива, кН; - сила бокового трения кессона о грунт, кН; - давление грунта под ножом кессона, кПа; - избыточное давление воздуха в кессоне, кПа; - площадь внутренней поверхности ножевой части кессона, м; - площадь кессона по наружному очертанию, м.

Регулируя в определенных пределах избыточное давление воздуха, можно управлять процессом погружения и уровнем воды в кессоне.

Сооружение фундаментов глубокого заложения кессонным методом включает следующие процессы: подготовительные работы, изготовление кессона, погружение кессона до проектной отметки, заполнение кессонной камеры.

В течение подготовительного периода должна быть смонтирована компрессорная станция с резервными агрегатами и разводящая сеть.

Для погружения наплавным способом кессонную камеру частично обстраивают стеной оболочки с таким расчетом, чтобы при закрытом потолочном люке камеры пустая оболочка придавала сооружению надежную плавучесть во время транспортировки. Отбуксированный к месту погружения кессон расчаливают к анкерным сваям. Обеспечив точность посадки кессона, его затопляют, нарастив предварительно шахту так, чтобы после погружения она возвышалась над поверхностью воды. Затем на шахте монтируют шлюзовую камеру, подают сжатый воздух в кессонную камеру, осушают ее и приступают к погружению.

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.

Грунт в кессонной камере разрабатывают методами гидромеханизации: размывают гидромониторами и удаляют пульпу эжекторами или гидроэлеваторами. Вначале устраивают зумпфы в центральной части кессонной камеры. В зумпфе устанавливают всасывающее устройство гидроэлеватора. Управление стволами гидромонитора может быть ручным или дистанционным, когда оператор находится в специальной надкессонной камере, где сохраняется нормальное давление воздуха. В последнем случае за ходом работ наблюдение ведут в перископы. Гидромеханизированную разработку плотных грунтов ведут от ножа к середине, в слабых грунтах - только в средней части камеры. Слабый грунт из-под ножа выдавливается под действием веса сооружения и сползает в центральную воронку, где подвергается размыву струей гидромонитора и удаляется гидроэлеватором.

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.

Работать в кессоне можно при давлении не более 0,4 MПa, что соответствует глубине 40 м. Наибольшая глубина погружения кессона составляет 38 м, так как давление в кессоне должно быть на 10% выше давления столба воды. Погружение кессонов на большую глубину возможно при автоматической разработке грунтов или дистанционным управлением механизмами.

Кессонные камеры после погружения на проектную отметку должны заполняться материалом, предусмотренным в проекте, с плотной подбивкой материала под потолок кессона. Оставшиеся пустоты заполняются цементно-песчаным раствором, нагнетаемым через закладные трубки под давлением не менее 0,1 MПa. В некоторых случаях допускается посадка потолка кессона непосредственно на грунт. Материалами заполнения кессонной камеры являются бетон, бутобетон и песок. Заполнение камеры начинается с укладки по всей площади кессона слоя бетона или песка такой толщины, чтобы оставшаяся высота камеры допускала дальнейшее выполнение работ по устройству забутовки. Толщину предварительно укладываемого слоя принимают 0,5 м. Вначале производят подбивку под скошенную часть ножа (консоли), затем заполняют среднюю часть рабочей камеры кессона. В некоторых случаях кессонную камеру заполняют местными грунтовыми материалами (глинами или суглинками).

2. ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

Основные оси опускных колодцев или кессонов должны быть закреплены на местности посредством обносок (рис.2). Положение каждой основной оси колодца или кессона следует нанести на четырех обносках - по две обноски с каждой из четырех сторон сооружения, чтобы обеспечить возможность постоянного контроля реек, укрепленных на наружной боковой поверхности сооружения (по его основным осям). Контроль положения каждой рейки осуществляется визированием по меткам двух обносок.

Рис.2. Схема закрепления основных осей опускного колодца или кессона на местности

1 - колодец или кессон; 2 - обноски; 3 - рейки, закрепленные на колодце; 4 - границы призмы обрушения

Обноски должны быть установлены на площадках, расположенных вне зоны возможных подвижек грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях (за пределами призм обрушения), а на акваториях - вне мест приливно-отливных колебаний и волновых воздействий.

Устройство фундаментов капитальных сооружений, подводящих и отводящих коллекторов, а также монтаж трубопроводов и других коммуникаций в пределах призмы обрушения допускается только после завершения опускания кессона бетонирования днища, полного закрепления колодца на проектной отметке, отключения системы осушения и восстановления естественного состояния окружающего грунтового массива (восстановления естественного уровня грунтовых вод, оттаивания грунта после замораживания и т.п.).

Размещение в пределах призмы обрушения временных сооружений и оборудования для строительства кессонов (бетонорастворный и глинорастворный узлы, компрессорная станция, краны и т.п.) допускается при условии принятия мер по обеспечению их нормальной работы в случае возможного перемещения грунта.

В связи с тем что при опускании кессонов не исключена возможность подвижек и оползания грунта в пределах их призм обрушения, не допускается в указанной зоне строительство капитальных сооружений в период опускания и до окончания устройства днища и отключения водопонижения, а в колодцах, погружаемых в тиксотропных рубашках, - до завершения работ по тампонажу полости тиксотропной рубашки.

При эксплуатации башенных кранов на рельсовом ходу, используемых при опускании кессонов, ежедневно должна производиться нивелировка рельсовых путей с соответствующей рихтовкой.

Для уменьшения и равномерной передачи на поверхность грунта давления от первого яруса опускного кессона до начала работ по его бетонированию (монтажу) под ножевую часть сооружения должно быть подготовлено специальное временное основание в виде песчано-щебеночных призм, деревянных или железобетонных подкладок, бетонных или железобетонных монолитных или сборных колец или других опорных конструкций.

При опускании кессонов схема воздухопроводов должна обеспечивать возможность подключения в сеть или отключения от сети каждого компрессорного агрегата.

На компрессорной станции должен быть предусмотрен резервный компрессор, производительность которого должна быть равна или больше самого мощного из работающих. Резервный компрессор в период выполнения кессонных работ должен постоянно находиться в состоянии , готовом для немедленного пуска и подключения в сеть.

Компрессорная станция должна иметь питание от двух независимых источников электроэнергии.

Сжатый воздух должен поступать из коллектора компрессорной станции в наружный воздуховод не менее чем через два последовательно поставленных воздухосборника, общий объем которых определяется в зависимости от количества всасываемого компрессорами воздуха, согласно табл.2.1.
Таблица 2.1

N п.п.	Количество всасываемого воздуха, м/мин	Минимальный объем воздухосборников, м
1	5	3
2	10	5
3	20	7
4	30	9
5	50	11
6	70	13
7	90	15
8	100	16
9	120	18
10	140	19
11	160	20
12	180	21
13	200	22
14	220	23
15	240	24
16	250	25

Наружный воздухопровод следует укладывать не меньше, чем в две нитки и защищать от воздействия наружной температуры. Воздухоподающие трубы должны быть равномерно распределены по площади кессона. Число воздухоподающих труб, идущих от сборного воздухопровода к кессону, назначается из расчета одной трубы на 100 мплощади кессона в плане, но должно быть не менее двух.

Воздух в шлюзовые аппараты следует подавать по отдельным трубам.

Число и размеры сифонных труб для обмена воздуха и удаления его излишков следует определять из условия, чтобы их площадь сечения составляла не менее 20% суммарной площади воздухоподающих труб (но не менее двух сифонных труб).

При опускании кессона потребность в сжатом воздухе увеличивается, поэтому типы и число компрессоров на компрессорной станции необходимо подбирать так, чтобы питание кессона сжатым воздухом было равномерно возрастающим - от минимума, соответствующего начальному периоду опускания, до максимума, соответствующего проектному положению кессона.

В связи с этим комплект компрессоров на компрессорной станции подбирается из компрессоров различной производительности.

В то же время производительность самого мощного компрессора должна быть не более 50% общей производительности компрессорной станции.

Количество сжатого воздуха, подаваемого в кессон, должно обеспечивать воздушное давление, при котором создаются оптимальные условия для производства работ. На каждого работающего в кессоне следует подавать не менее 25 м сжатого воздуха в 1 ч.

Температура воздуха в рабочей камере при давлении до 0,2 МПа должна быть 16-20 °С, до 0,25 МПа - 17-23 °С, выше 0,25 МПа - 18-26 °С.

Воздушное давление в кессонах, погружаемых без применения гидромеханизации, должно быть достаточным, чтобы исключить приток воды из-под ножа, но не превышать больше чем на 0,02 МПа гидростатическое давление на уровне ножа.

Количество и давление сжатого воздуха, подаваемого в камеру кессона, должно обеспечивать:

а) обмен воздуха в опускаемом кессоне, отвечающий требованиям действующих правил безопасности производства кессонных работ;

б) возможность осуществления в кессоне оптимального режима воздушного давления, соответствующего принятому методу разработки грунта при опускании кессона до проектной отметки;

в) условия, исключающие возможность наплыва грунта вследствие понижения давления воздуха при гидромеханической разработке грунтов.

Расчетное количество воздуха, необходимое по правилам безопасности при кесонных работах, должно составлять , где - количество сжатого воздуха, подаваемого компрессором, м/ч; - полная численность людей, занятых на работе в рабочей камере и шлюзовом аппарате.

Расчетное количество воздуха, необходимое для опускания кессона по производственным требованиям, следует определять по формуле

, (3)

где - количество сжатого воздуха, подаваемого компрессором, м/ч; - суммарная внутренняя поверхность стен и потолка кессона, м; - периметр кессона, м; - часовая потеря воздуха, приходящаяся на 1 м периметра ножа и принимаемая для плотных и мягких грунтов 1-3 м/ч и для скальных грунтов 4-6 м/ч; - часовая потеря воздуха через 1 м стен и потолка, принимаемая равной от 0,67 до 0,35 м/ч в зависимости от плотности бетона (0,35 м/ч - при торкретированной поверхности); - коэффициент, учитывающий расход воздуха на шлюзование грунта и в среднем принимаемый равным 1,25, при применении гидромеханизации в кессоне 1.

Для подбора производительности компрессорной станции в формулы следует ввести множитель .

Расчетное избыточное воздушное давление в камере кессона , МПа, следует принимать:

а) при разработке грунта без применения гидромеханизации ;

б) при разработке грунта с применением гидромеханизации ,

где - гидростатический напор, м, водяного столба на уровне ножа кессона; - допускаемая разность гидростатического и воздушного давления, МПа, зависящая от физических свойств грунтов, окружающих кессон.

Принимают следующие наименьшие значения величины , МПа:

	Для песчаных грунтов	0,01
	Для супесей	0,02
	Для суглинков	0,03
	Для глин	0,04

Наибольшая величина допускаемой разности давлений должна уточняться опытным путем в процессе опускания кессона , причем при правильно назначенной величине должны исключаться наплыв грунта и приток фильтрующейся воды, при котором невозможно обеспечить баланс пульпы в зумпфе.

Для предотвращения резких посадок кессонов при проходке слабых грунтов необходимо вследствие недостаточности сил бокового трения погружать их с применением шпальных клеток или же клеток из других материалов.

При опускании кессонов на шпальные клетки в проекте производства работ предусматривается последовательность их перестановки по мере разработки грунта между форсированными зонами. Пример размещения клеток и последовательность их перестановки приведены на рис.3.

Рис.3. Последовательность перестановки шпальных клеток

1 - первоначальное положение клеток; 2 - последующее положение клеток

Когда кессон опущен на большую глубину, силы трения, развивающиеся между его боковой поверхностью и грунтом, могут стать настолько большими, что действия собственного веса кессона для погружения его в грунт будет недостаточно. В этом случае прибегают к так называемым форсированным посадкам кессона. Сущность форсированных посадок кессона состоит в том, что выкопав траншею по периметру кесонной камеры и удалив грунт из-под ножевой части, снижают давление воздуха в кессоне. Вследствие уменьшения давления воздуха на потолок кессонной камеры сопротивление погружению в грунт значительно уменьшается, и кессон быстро опускается на глубину выработки грунта. Форсированные посадки кессона разрешается производить на глубину не более 0,5 м при снижении воздушного давления не больше чем на 50%.

Так как при форсированных посадках не исключена возможность наплыва грунта в кессонную камеру, то их нельзя допускать в тех случаях, когда в пределах призмы обрушения грунта имеются сооружения.

В этих условиях, чтобы облегчить погружение кессона, зажатого силами трения, следует применять другие способы, например, дополнительную пригрузку его.

Подборка грунта под банкеткой перед форсированной посадкой на глубину больше чем 0,5 м запрещается.

Разработку грунта в камере кессона, как правило, для всех грунтов ведут в два приема : сначала выбирают грунт в средней части камеры, не трогая участков, расположенных под консолями, и только после этого, удалив грунт из-под консолей, сажают кессон. Таким образом, опускание кессона происходит не непрерывно, а отдельными ступенями.

Разработка грунта на первых метрах погружения кессона производится в такой последовательности: грунт снимают ровными слоями по всей площади кессона до уровня банкетки, берму шириной около 0,5 м оставляют у консолей (рис.4). После того как грунт в средней части кессона будет выбран вровень с банкеткой, разрабатывается оставленная берма. Разработка бермы производится от середины продольных сторон к углам и одновременно от углов (или фиксированных зон) к середине коротких сторон (рис.5). По мере разработки бермы кессон постепенно садится. После того как берма будет удалена вровень с поверхностью грунта, на остальной площади кессона возобновляется выборка грунта в средней части кессона, и описанные выше операции повторяются.

Рис.4. Схема бермы у консоли кессона при разработке грунта

Рис.5. Схема удаления берм у консоли кессона

1 - шахтная труба

При опускании кессона в полускальных и скальных породах в результате соприкосновения наружных поверхностей стен кессона с поверхностью скалы кессон может быть зажат. Чтобы избежать этого, необходимо при разработке грунта под ножевой частью захватывать и грунт, находящийся вне кессонной камеры на расстоянии 10-15 см от наружной поверхности ножевой части.

Разработку слабых, несвязных грунтов следует вести в центральных частях кессонной камеры, тогда под тяжестью кессона грунт от ножевой части будет сползать к центральным выработкам, а вследствие этого кессон по мере разработки грунта будет постепенно опускаться.

Затопление камеры кессона (в случае вынужденного перерыва в производстве работ) должно производиться постепенным понижением воздушного давления. Вытеснение воды из затопленной камеры должно производиться под давлением, не превышающим проектное.

Камеры кессона должны заполняться материалом, предусмотренным в проекте, с плотной подбивкой материала под потолок кессона. Оставшиеся пустоты должны быть заполнены цементно-песчаным раствором нагнетанием его через закладные трубки под давлением не менее 0,1 МПа.

Посадка потолка кессона непосредственно на грунт допускается только по решению проектной организации.

Затопление кессонов, оборудованных гидромеханизированными установками, должно производиться подачей воды в рабочую камеру с одновременным постепенным снижением давления воздуха. Обратное удаление воды из кессона должно осуществляться вытеснением ее сжатым воздухом и одновременной откачкой гидроэлеватором.

Заполнение рабочей камеры кессона бетонной смесью, бутобетоном или песком должно производиться в строгом соответствии с проектом производства работ. Бетон, применяемый для заполнения камер, должен обладать достаточной пластичностью. Заполнение камеры начинается с укладки по всей площади кессона слоя песка или бетона такой толщины, чтобы оставшаяся высота рабочей камеры допускала вполне удобное производство работ по дальнейшей забутовке. Толщина предварительно укладываемого слоя принимается равной около 0,5 м.

Вначале производят подбивку под скошенную часть консоли, затем заполняют среднюю часть площади кессона. Укладку заполнителя все время ведут симметрично относительно продольной и поперечной осей кессона. Принятая в проекте последовательность заполнения камеры кессона бетоном или песком должна обеспечивать равномерную его укладку, в первую очередь, вдоль консолей, а затем из центра камеры к внешней линии монорельса.

Помимо заполнения камеры кессона бетоном, бутобетоном, песком в некоторых случаях в целях экономии может применяться заполнение камеры кессона местными грунтовыми материалами (глинами, суглинками).

3. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

ПРИЕМКА РАБОТ

В процессе возведения и опускания кессонов приемке подлежат:

закрепленные в натуре геодезическими знаками основные оси сооружений;

искусственные островки, площадки и временное основание под нож;

арматура, закладные части и детали;

стыки и швы между элементами сборных конструкций;

сооружения, подготовленные к снятию с временных оснований и опусканию (спуску на воду);

установка наплавных кессонов на дно;

заполнение пазух колодца, погруженного в тиксотропной рубашке (тампонаж полости тиксотропной рубашки).

В процессе работ по возведению и опусканию кессонов надлежит вести журналы работ по опусканию кессона.

В ходе строительства инженерно-технические работники обязаны оформлять исполнительные документы - журналы производства работ, бетонных работ, опускания сооружений, температурный журнал и др.

Все журналы должны быть пронумерованы, прошиты и скреплены печатью; не реже одного раза в месяц они должны проверяться руководством строительных организаций. По окончании работ на участке последнюю запись в каждом журнале делает начальник участка, который подписывает журнал на титульном листе.

Акты на скрытые работы должны составляться на все конструктивные элементы и работы, скрытые в процессе последующего производства, например гидроизоляция, арматура, омоноличиваемые стыки сборных железобетонных элементов, закладные части и др.

Приемка скрытых работ раньше достижения применяемыми материалами проектной прочности допускается при условии отбора и испытания образцов (после твердения).

Акты на скрытые работы должны составляться в трех экземплярах: один передается представителю технадзора, два других хранятся в строительной организации (один из них при сдаче работ прилагается к акту сдачи).

Исполнительные чертежи подписываются геодезистом, руководителем объекта и представителем заказчика.

Строительная организация, выполнившая работы не по объекту в целом, а только по отдельному виду работ или части сооружения (опускной колодец, кессон), должна сдавать эти работы генподрядной организации (в присутствии представителя заказчика) под монтаж и для дальнейшего производства работ по акту.

При сдаче законченных работ на объекте строительная организация в любом случае должна предъявить следующие документы:

перечень и краткую техническую характеристику подлежащих сдаче сооружений;

комплект рабочих чертежей, соответствующих выполненным работам или с внесенными в них изменениями , если последние имели место в процессе строительства, с подписью лиц, ответственных за строительство;

акты промежуточной приемки ответственных конструкций и акты на все работы, скрываемые последующими работами и конструкциями (скрытые работы);

акты испытания установленного оборудования;

документы, характеризующие качество использованных материалов (сертификаты, акты и паспорта на испытание материалов и т.д.);

документы, характеризующие качество выполненных работ (результаты испытания сварных стыков, арматуры, образцов бетона и др.);

журналы работ;

акты геодезической разбивки основных осей сооружений, а также ведомости реперов и осевых знаков.

Вся документация в одном экземпляре после окончания работы рабочей комиссии передается заказчику.

4. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Установка БСО-1 обеспечивает изготовление опор глубиной до 70 м и диаметром 820-1220 мм при скорости проходки скважин до 6 м/ч.

Буровая установка СО-1200/2000 служит для устройства буровых опор длиной до 24 м и диаметром 800-1500 м с уширением основания до трех диаметров ствола сваи. У этой установки днище бурового ковша укреплено на шарнире и в закрытом положении фиксируется защелкой. На днище бурового ковша смонтированы ножи для разрушения грунта в забое скважины. Разбуренный грунт поступает в окна забора днища.

Буровая установка УРП-1 предназначена для устройства опор длиной до 37 м и диаметром до 1400 мм с уширением основания. В качестве базовой машины используют кран МКГ-25 или экскаватор Э-1254. Рабочим органом является ковшовый бур. При устройстве уширения ковшовый бур заменяют буровым расширителем циклического действия.

Буровая установка МБС-1,7 может быть использована для устройства буровых опор глубиной до 28 м, диаметром ствола 1,3 и 1,7 м и диаметром уширения до 3,5 м в любых грунтовых условиях с креплением стенок скважин глинистым раствором. В качестве базовой машины используется кран-экскаватор Э-1258Б, оснащенный консольной площадкой с ротором-вращателем. Сквозь него проходит телескопическая квадратная штанга с укрепленным на ней рабочим органом (буровыми ковшами, шнеками и уширителями). Установка оснащена дополнительной стрелой, которая используется для ударного бурения грейфером или долотом. Основной отличительной особенностью установки является возможность принудительной подачи рабочего органа на забой, а также быстро переходить с одного вида бурения на другой.

Установки ЕДФ-55 французской фирмы "Беното" позволяют делать буровые опоры диаметром до 2100 мм и глубиной до 120 м в сложных грунтовых условиях. Скорость проходки скважин до 6 м/ч. Оборудование позволяет выполнять все операции по устройству буровых опор. Проходку скважины ударным бурением ведут с помощью грейфера "Хаммер-Граб". Особенностью разработки скважин стенками "Беното" является оригинальный способ обуривания забоя обсадной трубой, которая внедряется в забой, совершая возвратно-вращательные движения и одновременно поступательное движение на забой.

Водонасыщенные пески и ил разрабатывают желонкой.

Уширение разбуривают расширителем "Сегби", ножи которого раскрываются с помощью гидропривода. Грунт извлекается из скважины при сомкнутых режущих ножах. По окончании бурения дно скважины очищают от грунта грейфером. Бетонирование свай выполняют методом ВПТ или контейнерным способом.

В Японии получили широкое распространение фундаменты в виде мощных бетонных опор глубокого заложения с большой несущей способностью, сооружаемых с помощью специальных станков. Диаметр опор достигает 2-3,5 м. Наиболее часто бетонные опоры выполняют машинами, выпускаемыми фирмой "Като". Установки 20-ТН фирмы "Като" при скорости проходки грейфером 3-5 м/ч и ротором до 18 м/ч обеспечивают получение опор диаметром до 1200 мм, глубиной до 27 м.

5. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

Все рабочие, ИТР, принимающие участие в возведении и опускании кессонов, перед началом работ должны пройти обучение по безопасным способам производства работ применительно к конкретной строительной площадке и соответствующим специальностям.

Для обеспечения безопасности работ при устройстве глубоких буровых опор и фундаментов из тонкостенных железобетонных оболочек должны соблюдаться правила и требования, установленные для ведения буровых и свайных работ, а также общие правила техники безопасности, предусмотренные СНиПом.

При возведении и опускании кессонов следует руководствоваться и выполнять все требования действующих норм безопасности труда на строительстве (СНиП 12-03-2001 и СНиП 12-04-2002) и правил эксплуатации используемого оборудования, механизмов и инструмента. Особое внимание должно быть обращено на возможность подвижек и оползания грунта в пределах их призм обрушения и недопущение расположения в этой зоне действующих механизмов и других средств производства работ.

При возведении стен в грунте вдоль разрабатываемой траншеи следует делать ограждения на расстоянии 3 м с каждой стороны, а переход людей через открытую часть траншеи допускается только по предусмотренным для этой цели мостикам.

Перемещение и установка машин и механизмов вдоль траншеи допускаются лишь на расстоянии, установленном в проекте.

Должны быть подробно указаны способы и схемы отрывки траншей и удаления грунта, строповки и установки арматурных конструкций и сборных элементов, установки бетонолитных труб и процессов бетонирования.

Условия работы в кессоне вредны для здоровья людей . Особенно неблагоприятно влияют на организм и вызывают кессонную болезнь нарушения режима постепенного изменения давления воздуха, т.е. сокращение длительности шлюзования. Рабочие очередной смены, перед тем как опуститься в кессон, помещаются в прикамерок шлюзового аппарата, в который постепенно (в течение 10-20 мин) нагнетается воздух до давления, равного кессонному. Затем рабочие опускаются в кессонную камеру для выполнения работы. В зависимости от величины давления смена длится 2-4 ч. После окончания смены рабочие вновь помещаются в шлюзовый прикамерок и подвергаются длительному "вышлюзовыванию", нарушение режима которого особенно опасно.

Подаваемый в кессон воздух должен быть сухим, прохладным и чистым, для этого применяют воздухосборники, фильтры и очистительные установки.

Количество сжатого воздуха, подаваемого в кессон, должно обеспечивать воздушное давление, при котором создаются оптимальные условия для производства работ. На каждого работающего в кессоне следует подавать сжатого воздуха не менее 25 м/ч.

Температура воздуха в кессонной камере при давлении до 0,2 МПа должна быть 16-20 °С, до 0,25 МПа 17-23 °С, выше 0,25 МПа - 18-26 °С. Обмен воздуха в кессонной камере должен отвечать требованиям техники безопасности производства кессонных работ. При опускании кессонов схема воздухопроводов должна обеспечивать возможность подключения в сеть или отключения от сети каждого компрессорного агрегата.

На компрессорной станции должен быть резервный компрессор производительностью, равной или больше самого мощного из работающих компрессоров . Резервный компрессор в период выполнения работ должен постоянно находиться в готовности для немедленного пуска и подключения в сеть. Компрессорная станция должна иметь питание от двух независимых источников электроэнергии.

Внезапное снижение давления в кессоне может привести к аварии и тяжелым заболеваниям рабочих, поэтому двери и люки необходимо всегда делать открывающимися в сторону большего давления, что исключает случайные потери воздуха.

При опускании кессонов вблизи существующих сооружений за последними должен быть установлен систематический инструментальный контроль. При обнаружении деформаций сооружений необходимо срочно прекратить опускание сооружений и принять меры, предотвращающие развитие опасных деформаций.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТНЫЕ СМЕТНЫЕ НОРМЫ. СВАЙНЫЕ РАБОТЫ

Государственные элементные сметные нормы ГЭСН, предназначены для определения состава и потребности в ресурсах, необходимых для выполнения строительных работ, составления сметных расчетов (смет) ресурсным методом, а также для расчетов за выполненные работы и списания материалов.

ГЭСН являются исходными нормативами для разработки Государственных единичных расценок на строительныеработы федерального (ФЕР) и территориального (ТЕР) уровней, индивидуальных и укрупненных норм (расценок) и других нормативных документов, применяемых для определения прямых затрат в сметной стоимости строительных работ.

ГЭСН отражают среднеотраслевые затраты на принятую технику, технологию и организацию работ по видам работ. В связи с этим ГЭСН могут применяться для определения затрат всеми организациями-заказчиками и подрядными организациями независимо от их организационно-правовых форм и ведомственной принадлежности.

ГЭСН разработаны в составе следующих сборников:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции.

СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Ч.1. Общие требования.

СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Ч.2. Строительное производство.

ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

ГОСТ 12.2.003-91. ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.3.009-76. ССБТ. Работы погрузочно-разгрузочные. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.3.033-84. ССБТ. Строительные машины. Общие требования безопасности при эксплуатации.

ГОСТ 24258-88. Средства подмащивания. Общие технические условия.

ППБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.

Электронный текст документа подготовлен ЗАО "Кодекс"
и сверен по авторскому материалу.
Автор: Демьянов А.А. - к.т.н., преподаватель
Военного инженерно-технического университета,
Санкт-Петербург, 2009

Содержание статьи

ФУНДАМЕНТ, 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 ~90 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.

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.

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.

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.

Кессоны, как и опускные колодцы, погружаются в грунт под действием собственной массы. Но погружению здесь препятствует не только сопротивление грунта, но и давление воздуха в кессонной камере. Сначала кессон погружают без подачи сжатого воздуха в камеру, но как только появляются подземные воды, кессон переводят на режим воздушного давления. Воздух отжимает воду из кессонной камеры, благодаря чему в ней можно разрабатывать грунт.

Регулируя в определенных пределах избыточное давление воздуха, можно управлять процессом погружения и уровнем воды в кессоне.

Сооружение фундаментов глубокого заложения кессонным методом включает следующие процессы: подготовительные работы, изготовление кессона, погружение кессона до проектной отметки, заполнение кессонной камеры.

В течение подготовительного периода должна быть смонтирована компрессорная станция с резервными агрегатами и разводящая сеть.

Для погружения наплавным способом кессонную камеру частично обстраивают стеной оболочки с таким расчетом, чтобы при закрытом потолочном люке камеры пустая оболочка придавала сооружению надежную плавучесть во время транспортировки. Отбуксированный к месту погружения кессон расчаливают к анкерным сваям. Обеспечив точность посадки кессона, его затопляют, нарастив предварительно шахту так, чтобы после погружения она возвышалась над поверхностью воды. Затем на шахте монтируют шлюзовую камеру, подают сжатый воздух в кессонную камеру, осушают ее и приступают к погружению.

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.

Грунт в кессонной камере разрабатывают методами гидромеханизации: размывают гидромониторами и удаляют пульпу эжекторами или гидроэлеваторами. Вначале устраивают зумпфы в центральной части кессонной камеры. В зумпфе устанавливают всасывающее устройство гидроэлеватора. Управление стволами гидромонитора может быть ручным или дистанционным, когда оператор находится в специальной надкессонной камере, где сохраняется нормальное давление воздуха. В последнем случае за ходом работ наблюдение ведут в перископы. Гидромеханизированную разработку плотных грунтов ведут от ножа к середине, в слабых грунтах - только в средней части камеры. Слабый грунт из-под ножа выдавливается под действием веса сооружения и сползает в центральную воронку, где подвергается размыву струей гидромонитора и удаляется гидроэлеватором.

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.

Работать в кессоне можно при давлении не более 0,4 МПа, что соответствует глубине 40 м. Наибольшая глубина погружения кессона составляет 38 м, так как давление в кессоне должно быть на 10 % выше давления столба воды. Погружение кессонов на большую глубину возможно при автоматической разработке грунтов или дистанционным управлением механизмами.

Кессонные камеры после погружения на проектную отметку должны заполняться материалом, предусмотренным в проекте, с плотной подбивкой материала под потолок кессона. Оставшиеся пустоты заполняются цементно-песчаным раствором, нагнетаемым через закладные трубки под давлением не менее 0,1 МПа. В некоторых случаях допускается посадка потолка кессона непосредственно на грунт. Материалами заполнения кессонной камеры являются бетон, бутобетон и песок. Заполнение камеры начинается с укладки по всей площади кессона слоя бетона или песка такой толщины, чтобы оставшаяся высота камеры допускала дальнейшее выполнение работ по устройству забутовки. Толщину предварительно укладываемого слоя принимают 0,5 м. Вначале производят подбивку под скошенную часть ножа (консоли), затем заполняют среднюю часть рабочей камеры кессона. В некоторых случаях кессонную камеру заполняют местными грунтовыми материалами (глинами или суглинками).

Кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения применяют, когда погружению обычных … Наплавные кессоны. Оборудование для опускания кессонов... Собственно кессон состоит из кессонной камеры, надкессонного строения, гидроизоляции.

www.сайт/spravochnik-161-stroitelnye

а. Кессоны для устройства глубоких фундаментов и заглубленных зданий. Собственно кессон состоит из кессонной камеры, надкессонного строения, гидроизоляции. Обычно кессонная камера устраивается из железобетона и лишь в редких случаях - из металла.

При погружении кессонов в песчаные, супесчаные и песчано-гравелистые грунты целесообразно применять гидромеханическую разработку грунта в камере. … Первым этапом работ является образование зумпфов в центральной части кессонной камеры (в кессонах...

www.сайт/spravochnik-127-fundamenty

При сооружении кессонной камеры и надкессонной кладки к … Организация работ по опусканию кессонов в основном зависит от условий местности, наличия средств механизации, глубины опускания, площади кессона.

www.сайт/spravochnik-127-fundamenty/

Способы производства работ по сооружению наплавных кессонов и доставке их к месту опускания различны. … Например, можно наплавные кессоны (кессонные камеры) сооружать на временных стапелях и буксировать к месту погружения наплаву.