Министерство науки и высшего образования Казанский государственный архитектурно-строительный университет Кафедра оснований, фундаментов, динамики сооружений и инженерной геологии Реферат на тему: " Конструктивные особенности и технология погружения опускных колодцев. Расчет опускных колодцев на нагрузки, возникающие при строительстве" Выполнил: Проверил: Казань 2019 Содержание Введение....................................................................................................... 3 1. Конструктивные особенности и технология погружения опускных колодцев ……………………………………………………………………4 2. Расчет опускных колодцев на нагрузки, возникающие при строительстве………………………………………………………………7 Заключение .................................................................................................. 9 Список литературы ................................................................................... 10 2 Введение В современном строительстве опускные колодцы имеют широкую сферу применения. Методом опускного колодца выполняются водозаборные сооружения, насосные станции, гаражи, вагоноопрокидыватели, установки непрерывной разливки стали, корпуса дробления горно-обогатительных комбинатов, фундаменты глубокого заложения (для мостов, доменных печей, больших прессов) и т.д. С развитием технического прогресса и появлением новых видов инженерных сооружений, освоение новых районов строительства, сфера использования опускных колодцев постоянно расширяется. При проектировании опускного колодца необходимо учитывать следующие факторы: – особенности инженерно-геологических условий строительной площадки; – назначение и конструктивные особенности опускного колодца; – возможности строительных организаций, выполняющих строительные работы по сооружению и погружению опускного колодца. В связи с разнообразием инженерно-геологических условий различных строительных площадок, целевым назначением и многообразием способов погружения опускных колодцев, различными техническими возможностями строительных организаций, отдельные этапы проектирования и устройства опускных колодцев выполняются со своими особенностями. 3 1. Конструктивные особенности и технология погружения опускных колодцев Опускной колодец представляет собой открытую сверху и снизу железобетонную (реже стальную, бетонную или каменную) конструкцию (рис. 1), стены которой в нижней части имеют заострения (консоли), обычно усиленные металлом (ножи). Опускные колодцы погружаются в грунт под действием собственного веса по мере разработки и удаления грунта, расположенного в полости колодца и ниже его ножа. Рисунок 1. Опускной колодец: а — погружение колодца.; б — фундамент в виде опускного колодца; 1 — консоли; 2 — стенки колодца; 3 — надфундаментная часть опоры;4— железобетонная плита;5— бетон, уложенный насухо; 6 — подводный бетон; 7— прочный грунт; 8 — слабый грунт. Стены колодцев либо сооружают сразу на полную высоту, либо наращивают по мере погружения колодцев в грунт (рис. 1,а). Погружение опускных колодцев в грунт производят с откачкой или без откачки воды из их полости. После достижения опускным колодцем проектной глубины заложения фундамента полость колодца целиком (рис. 1,б) или частично заполняют бетонной смесью сначала подводным способом, а затем насухо. В верхней части колодца сооружают распределительную железобетонную плиту, на которой впоследствии ведут кладку надфундаментной части опоры; в некоторых случаях такую плиту не делают. Опускные колодцы применяют в случаях расположения грунтов с достаточной несущей способностью на больших (более 5—8 м) глубинах, когда сооружение фундаментов в открытых котлованах из-за сложности крепления их стен экономически нецелесообразно или технически неосуществимо. Так как в подобных случаях кроме опускных колодцев можно применять фундаменты из свай или оболочек, выбор типа фундамента производят на основе технико-экономического сравнения вариантов. Достоинством фундаментов из опускных колодцев является возможность их погружения без использова4 ния сложного технологического оборудования. Недостатками их являются большой объем кладки и значительные трудности, возникающие при встрече колодцев в водонасыщенных грунтах с препятствиями в виде крупных валунов, скальных прослоек, топляков и т. п. Устранение таких препятствий возможно лишь после откачки воды из колодцев, что при водонасыщенных грунтах не всегда удается сделать. Трудности, связанные с необходимостью осушения колодца, возникают и при посадке его на скальный грунт, поверхность которого не бывает строго горизонтальной и нуждается в планировке для возможности опирания на него колодца по всему периметру. Очертание и габаритные размеры опускного колодца в плане определяются формой и размерами поперечного сечения надфундаментной части сооружения на уровне обреза фундамента, а также несущей способностью грунта, на который намечается опереть колодец. Фундаменты из опускных колодцев для опор мостов имеют, как правило, вытянутую в плане прямоугольную форму (рис. 2,а,б), либо форму, близкую к прямоугольной, но отличающуюся от нее закруглениями в углах (рис. 2,в,г), либо вытянутую форму с короткими сторонами в виде полуокружности (рис. 2,д); применяют также круглые колодцы (рис. 2,е). Прямоугольные колодцы проще в изготовлении, но погружать их в грунт тяжелее, чем колодцы с очертаниями в плане, показанными на рисунке 2, в – е. В связи с этим колодцы прямоугольного очертания применяют, в основном, в случаях, когда надо преодолеть слой легкопроходимого грунта толщиной не более 10 м. На уровне верха опускного колодца (на уровне обреза фундамента) устраивают уступы во всех направлениях шириной не менее 1/50 глубины погружения колодца и не менее 40 см. Это позволяет обеспечить проектное положение надфундаментной части опоры при возможных смещениях верха колодца в плане. От горизонтального давления грунта в наружных стенах колодца возникают изгибающие моменты. Уменьшения этих моментов достигают устройством внутренних стен (рис. 2,б - д). Расстояния в свету между стенами (размеры шахт) должны быть достаточными для нормальной работы землеройных снарядов. При грейферной разработке грунтов размеры шахт должны минимум на 0,5 м превышать размер грейфера в раскрытом состоянии. Размеры шахт в плане обычно принимают от 2 до 5 м. Рисунок 2. Формы опускных колодцев в плане: а — прямоугольная; б — прямоугольная с внутренней стеной; в, г —- прямоугольные с закруглениями в углах; д — вытянутая с короткими сторонами в виде полуокружности; е — круглая. 5 При погружении колодцев на глубину 8—10 м их наружные поверхности делают вертикальными (рис. 3,а). В случаях погружения колодцев на большую глубину приходится преодолевать значительные силы трения, возникающие между наружными поверхностями колодцев и грунтом. Для обеспечения погружения колодцев в этих случаях их наружные поверхности делают с одним или несколькими уступами (рис. 3,б) шириной не менее 10 см, из которых первый располагают на высоте 2—4 м от низа колодца. Иногда вместо уступов наружным поверхностям придают наклоны, сохраняя вертикальность этих поверхностей лишь в пределах нижней части колодцев высотой 3—4 м (рис. 3,в). При развитии уступов или увеличении наклонов наружной поверхности колодца облегчается его погружение в грунт, но в то же время колодец в процессе погружения становится менее устойчивым, легче кренится и смещается в стороны, что затрудняет обеспечение его проектного положения. В связи с этим развитие уступов и наклоны наружных поверхностей колодцев ограничивают прямыми, имеющими наклоны не более 20:1. Толщину наружных стен железобетонного колодца обычно принимают равной 0,7—1,5 м, а внутренних 0,5—1 м. Принятая толщина стен должна обеспечить вес колодца, достаточный для преодоления сил трения грунта о колодец, препятствующих его погружению. Рисунок 3. Наружные стены опускных колодцев: а — вертикальные; б — с уступами; в — наклонные. Резкого снижения сил трения грунта о колодец удается достичь применением тиксотропной рубашки. В этом случае колодец изготовляют с одним уступом шириной до 15 см, расположенным в его нижней части, и вертикальной боковой поверхностью независимо от размеров и глубины погружения колодца в грунт. Тиксотропная рубашка образуется из глинистого раствора, нагнетаемого через специальную трубу (в процессе погружения колодца) в пространство между наружной поверхностью колодца и грунтом. Применение тиксотропных рубашек позволяет снизить толщину стен колодцев до 0,4—0,6 м. Стены колодцев армируют горизонтальной и вертикальной арматурой. Площадь сечения арматуры определяют, как правило, расчетом на усилия, возникающие в процессе погружения колодцев. 6 2. Расчет опускных колодцев на нагрузки, возникающие при строительстве Расчет на строительные нагрузки является основным, поскольку, как правило, конструкция колодцев при их изготовлении и в процессе погружения оказывается в более неблагоприятном напряженном состоянии, чем при эксплуатации. Расчет на строительные нагрузки включает: - расчет на погружение; - расчет стен на разрыв; - расчет ножевой части колодца; - расчет стен колодца на боковое давление грунта; - расчет прочности стен на изгиб в вертикальной плоскости; - расчет на всплытие. Рис.4. Схема нагрузок, действующих на опускной колодец во время его погружения Методики этих расчетов приведены в специальной литературе. Ниже, в качестве примера, рассмотрим только основные положения расчетов опускных колодцев на погружение, разрыв и всплытие: Расчет на погружение и разрыв - Погружение колодца обеспечивается при соблюдении условия: Где T – полная расчетная сила трения грунта по боковой поверхности колодца; F – сила расчетного сопротивления грунта под ножом колодца; - коэффициент надежности погружения, принимается - При погружении колодца в тиксотропной рубашке сила трения учитывается только в ножевой части. 7 - При зависании верхней части колодца в стенах колодца возникают растягивающие напряжения (сила N), которые могут привести к отрыву его нижней части. Такая вероятность может возникнуть у глубоких колодцев (H>15м). - Расчетная нормальная сила определяется из условия: - если высота верхнего, более плотного, слоя меньше половины глубины погружения. Здесь - расчетная сила трения стен колодца по прочному грунту. - при высоте более плотного верхнего слоя более половины проектной глубины погружения. - Для обеспечения прочности колодца на возможный разрыв вертикальное армирование стен проектируется исходя из определенной т.о. силы N/ Расчет на всплытие - После полного погружения колодца в водонасыщенные грунты и устройства днища, на его подошву будет действовать гидростатическое давление воды, направленное снизу вверх. От всплытия его будут удерживать собственный вес и наружные силы трения. - Колодец не всплывет, если будет выполняться условие: Где - площадь колодца по внешнему периметру ножа; - высота столба воды (расстояние от УГВ до низа ножа); >1,2 – коэффициент надежности на всплытие. - Если это условие не выполняется необходимо предусмотреть устройство анкерных креплений или увеличить вес колодца. 8 Заключение Отдельные конструктивные элементы колодца рассчитываются на прочность и устойчивость по действующим нормативным документам, при этом необходимо учитывать все реально возможные условия его эксплуатации. Расчет общей устойчивости опускных колодцев, а также их устойчивости на сдвиг по подошве и опрокидывание необходимо выполнять только при действии больших горизонтальных нагрузок. Вертикальное перемещение (осадку) опускных колодцев определяют по методике, используемой для свайных фундаментов. При этом плошадь реального опирания колодца на грунт заменяют площадью опирания условного фундамента, размеры которого определяют через среднее значение расчетных углов внутреннего трения для грунтов, пройденных опускным колодцем. Кроме постоянных внешних нагрузок учитывают собственный вес фундамента и вес грунта, расположенного в пределах условного фундамента После заглубления колодца в грунт до проектной отметки производят освидетельствование основания, чтобы удостовериться в его надежности и соответствии проекту. Затем в нижней части колодца бетонируют подушку, а шахты заполняют песком или бетонной смесью, укладываемой насухо или же под воду. При отсутствии сплошного бетонного заполнения в верхней части колодца сооружают железобетонную плиту, на которой впоследствии будет возведена надфундаментная часть опоры. 9 Список литературы 1. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01 – 83*. М., Минрегион России, 2011. 2. СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03 – 85. М., Минрегион России, 2010. 3. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения (под редакцией Сорочана). М., 2007. 10
