Устройство котлованов на суходолах и местности, покрытой водой. Крепление котлованов. Разработка котлованов. Открытый водоотлив и глубинное водопонижение.

Устройство котлованов на суходолах и местности, покрытой водой. Крепление котлованов. Разработка котлованов. Открытый водоотлив и глубинное водопонижение.

 

Возведению фундаментов в открытых котлованах предшествуют подготовительные работы: расчистка и планировка строительной площадки с организацией водоотвода, прокладка дорог, перенос подземных коммуникаций, подводка электроснабжения и другие работы [6, 9]. Для закрепления на местности проектного положения фундаментов и их котлованов производят разбивочные геодезические работы. Размеры котлованов назначают в соответствии с проектными размерами фундаментов с запасом для устройства их креплений, установки опалубки, организации водоотлива.

Для закрепления осей и контура фундамента, а также границ котлована устраивают обноску, состоящую из досок толщиной 40 мм, закрепленных на столбиках диаметром 14–16 см, забитых на расстоянии 1,5–2 м от бровки котлована. На кромках досок обноски наносят метки (пропилы), соответствующие линиям граней котлована и фундамента. Через метки натягивают шнуры и с помощью отвесов сносят их положение на поверхность земли.

При строительстве на местности, покрытой водой, разбивочные работы удобно вести зимой со льда. В летний период оси фундаментов на акватории закрепляют сваями, которые устанавливают в проектное положение методом триангуляции с береговых базисов.

Вертикальную разбивку производят нивелированием проектных отметок в процессе ведения работ, пользуясь реперами, закрепленными на стройплощадке.

 

Крепление стен котлованов

Котлованы без крепления

 

Отрывку котлованов в маловлажных устойчивых грунтах можно выполнять без крепления откосов, крутизну которых назначают по табл. 6.1 в зависимости от вида грунта, слагающего откос, и глубины котлована [6, 9].

Работы в котловане без крепления следует вести в сжатые сроки во избежание намокания откосов и их оползания. От притока дождевых вод котлован защищают нагорными канавами. Для обеспечения устойчивости откосов места складирования строительных материалов, отвалы грунта и механизмы располагают не ближе 1 м от бровки котлована. Нагруженные откосы котлованов глубиной более 1,5 м обычно проверяют расчетами на устойчивость.

Допустимая крутизна неукрепленных откосов Таблица 5.1

 

Котлованы без крепления наиболее просты. Однако за счет откосов они увеличивают объемы земляных работ, а в стесненных условиях строительства их устройство часто оказывается невозможным.

При устройстве котлованов с вертикальными стенками в неустойчивых грунтах требуется их крепление.

 

Закладные крепления

 

Если уровень подземных вод ниже дна котлована или если предусматривается осушение котлована с помощью глубинного водопонижения, применяют закладные крепления [6, 9].

Простейшее закладное крепление (рис. 5.1, а) состоит из горизонтальных досок или горбылей («забирки») и поддерживающих их стоек и распорок. Доски забирки заводят за стойки снизу по мере отрывки котлована в несколько приемов. Стойки при этом заменяют на более длинные, а распорки перезакрепляют. В котлованах шириной более 6 м стойки закрепляют подкосами.

Другой тип закладного крепления состоит из двутавровых стальных стоек, предварительно забитых по периметру котлована, за полки которых по мере отрывки котлована закладывают забирку из досок или бревен (рис. 5.2). При большой глубине котлована устанавливают один или несколько ярусов распорок.

Рис. 5.1 Деревянное закладное крепление: а — схема крепления; б — расчетная схема закладных досок; в — расчетная схема стоек; г — расчетная схема распорок; 1 — закладные доски; 2 — стойки; 3 — распорки   Рис.5.2 Закладная крепь с забивными стальными стойками: а — свободно стоящее закладное крепление; б — расчетная схема свободно стоящей стойки; в — эпюра изгибающих моментов по длине стойки; 1 — закладные доски; 2 — забивная стойка

Шпунтовые крепления

 

Шпунтовое крепление служит не только для удержания вертикальных стен котлована от обрушения, но и препятствует притоку грунтовых вод в котлован [6, 9]. Его применяют, когда уровень подземных или поверхностных вод расположен в пределах глубины котлована, и выполняют в виде сплошной стенки, заглубленной ниже отметки дна. Такое крепление состоит (рис. 5.3) из шпунтин, погружаемых по контуру котлована до его отрывки, маячных свай и направляющих схваток (обвязки), обеспечивающих проектное положение шпунта в процессе его погружения, а также распорок или анкерующих устройств, удерживающих шпунт от обрушения.

Рис. 5.3. Схемы шпунтовых креплений котлованов: а — свободно стоящая стенка; б, в — распорные; г — анкерная; 1 — шпунт; 2 — обвязка; 3 — распорка; 4 — анкерная тяга; 5 — анкерная свая; 6 — маячная свая; 7 — водоупор

Заглубление шпунта ниже дна котлована должно быть достаточным для обеспечения его устойчивости и определяется расчетом. Если на небольшой глубине от дна котлована залегает водонепроницаемый грунт (водоупор), целесообразно погрузить шпунт до этого слоя, чем достигается защита котлована от притока воды через его дно. Минимальное заглубление шпунтовой стенки ниже дна котлована должно быть не менее 2 м в текучих и текучепластичных глинистых грунтах, мелких и пылеватых песках и не мене 1 м — в других грунтовых условиях. Маячные сваи погружают с расстоянием между ними 2–4 м.

Положение верха шпунтовых стенок определяется уровнем воды, а в русле рек его следует назначать выше рабочего уровня с учетом подпора и высоты возможных волн на акватории не менее 0,7 м. Высоту подпора воды при скорости ее потока v ³ 2 м/с вычисляют по формуле , где g = 9,81 м/с2— ускорение свободного падения.

Шпунтовые стенки могут быть деревянными, стальными и железобетонными. По способу их крепления различают свободно стоящие, распорные и с анкерным креплением (см. рис. 5.3).

Деревянный шпунт применяют при глубине его погружения не более 6 м из-за ограниченной длины древесины, идущей на его изготовление, если грунты не содержат камней или других крупных включений, препятствующих погружению шпунта. Деревянный шпунт трудно погружать также в гравелистые и галечниковые грунты, в глинистые твердой консистенции.

Толщину шпунта назначают по расчету на прочность и делают из досок толщиной до 8 см или из брусьев толщиной 10…24 см В сплошную стенку шпунтины соединяют с помощью гребня и паза. Досчатый шпунт с треугольным гребнем имеет меньшую плотность соединения, чем брусчатый или составной из досок с прямоугольным гребнем (рис. 5.4, а). Обычно шпунт забивают пакетами из 2–3 отдельных шпунтин, соединенных наклонными скобами, втопленными в шпунтины заподлицо с поверхностью (рис. 5.4, в).

Рис. 5.4 Конструкции деревянного шпунта: а — типы сечений; б, в — соединение шпунтин; г — крепление направляющих схваток к маячным сваям; 1 — шпунт; 2 — направляющие схватки; 3 — маячные сваи; 4 — прокладки

 

Нижний конец шпунтин или пакета из них заостряют на высоту 1–3 толщин шпунта. С боков заострение симметричное, а со стороны гребня скошенное, что обеспечивает более плотное прилегание шпунтины при ее погружении к ранее забитой. Забивка шпунта ведется гребнем вперед. Верх шпунтин (голову) для предохранения от размочаливания при забивке закрепляют бугелем из полосовой стали.

Для погружения шпунта по периметру котлована забивают маячные сваи из бревен диаметром 18–26 см, к которым крепят направляющие парные схватки из пластин диаметром не менее 22 см или брусьев сечением не менее 14´14 см2с прокладками между ними через 1,5–2,0 м (рис. 5.4, г). По мере забивки шпунта эти прокладки убирают.

Стальной шпунт применяют при глубине воды более 2 м, а также в труднопроходимых грунтах (гравий, прослойки мергеля и т. п.). Его используют многократно. Профили стального шпунта показаны на рис. 5.5, а их технические характеристики приведены в табл. 5.2.

Типы стального шпунта Таблица 5.2

 

 

Примечание. B скобках приведены значения моментов инерции и сопротивления 1 м шпунтовой стенки в плане при учете совместной работы шпунтин на изгиб. Остальные характеристики даны для одной шпунтины.

Рис. 5.5 Профили стального шпунта: а — плоский; б — коробчатый; в — зетовый; г — типа “Ларсен”; д — сварная шпунтовая панель

 

Сварные шпунтовые панели ПШСК и ПШСКМ изготавливаются заводом “Курганстальмост” из универсальной полосовой стали с продольными сварными швами и уголковыми сварными замками. Сортамент панелей включает 57 номеров, в которых варьируются высота сечения Н (400, 420, 450, 500, 600, 700 и 800 мм), ширина полок bf(350, 400, 430 и 460 мм), толщина полок t (10–20 мм с шагом 2 мм и 25 мм), толщина стенок d (10, 12 и 14 мм) с моментом сопротивления при изгибе от 1800 до 11000 см3/м. Наибольшая длина поставляемых панелей — 36 м. Для погружения панелей используются известные технологии: забивка молотом и вибропогружение.

Замки стального шпунта обеспечивают работу шпунтового ряда на растяжение и взаимный поворот шпунтин до 10°, что позволяет устраивать ограждения, имеющие в плане криволинейные очертания. Угловые шпунтовые сваи составляют из разрезанных вдоль шпунтин, соединенных сваркой. Конструкция ограждения из стального шпунта показана на рис. 5.6.

Железобетонные шпунты применяют для ограждения котлованов, включая их составной частью в конструкцию фундаментов. Недостатком их является большая масса, что затрудняет их погружение по сравнению со стальными шпунтами.

Рис. 5.6 Конструкция крепления стен котлована стальным шпунтом: 1 — шпунт; 2 — обвязка; 3 — распорки; 4 — накладки

Разработка и подготовка котлованов

 

Способы разработки грунтов подробно рассматриваются в курсах технологии строительного производства и строительства мостов. Из землеройных машин для рытья котлованов применяют одноковшовые экскаваторы. В широких сухих котлованах применяют экскаваторы с прямой лопатой, размещая их на дне котлована. Для выезда экскаватора из котлована устраивают пологий спуск. Обратную лопату размещают на бровке котлована. Драглайны для рытья котлованов с распорным ограждением не используют. Для разработки глубоких котлованов, в том числе под водой, применяют грейферы.

При постройке фундаментов мостов применяют экскаваторы с емкостью ковша 0,50–1,0 м3. Конструкция крепления котлованов должна быть согласована с размерами ковша.

Для подводной разработки грунтов в котлованах применяют также гидроэлеваторы (рис. 5.22) и эрлифты (рис. 5.23), которые подвешивают к стреле грузоподъемного крана и переставляют по площади котлована.

Рис. 5.22 Гидроэлеваторы: а — с кольцевой насадкой; б — с центральной насадкой; 1 — диффузор; 2 — смесительная камера; 3 — всасывающая труба; 4 — водонапорные трубы; 5 — насадка; 6 — кольцевая щель; 7 — выход пульпы

 

Гидроэлеваторы приводятся в действие подачей в них воды насосами высокого давления, эрлифты — сжатым воздухом. Производительность по грунту гидроэлеваторов составляет от 6 до 20 м3/ч, эрлифтов — до 4 м3/ч. Гидроэлеваторы могут работать при затоплении их всасывающей трубы. Для работы эрлифта котлован должен быть затоплен на глубину не менее 3 м. Чем глубже погружена в воду смесительная камера эрлифта, тем больше его производительность.

Рис. 5.23 Эрлифт: 1 — кольцевая камера; 2 — камера смешивания; 3 — подача воздуха; 4 — выход пульпы

 

Разработку грунта ведут с недобором, оставляя слой грунта над уровнем дна котлована толщиной до 30 см, который удаляют, и зачищают дно ручным инструментом или специальными машинами.

Для доуплотнения глинистого грунта в котловане на дно насыпают и втрамбовывают слой щебня толщиной 10–15 см.

При скальном основании породу расчищают до прочного невыветрелого массива, а перед кладкой фундамента поверхность скалы промывают напорной водой.

Дно котлована должна освидетельствовать комиссия и составить акт о его состоянии. При этом проверяют размеры котлована и отметки его дна, выявляют соответствие грунтов и их свойств проектным данным. При необходимости производят испытание несущей способности грунтов пенетрацией или штампами.

Разрабатывать котлованы и возводить фундаменты в них нужно в сжатые сроки. При производстве работ в зимнее время необходимо принимать меры защиты дна котлована от промерзания.

После возведения фундамента пазухи между ним и стенками котлована немедленно засыпают местным грунтом с послойной (толщиной 25–30 см) укладкой и трамбованием.

Удельный приток воды в котлован Таблица 5.3

 

Для грубой оценки притока воды в котлован можно использовать следующие значения удельного притока q¢wс 1 м2площади дна котлована:

через мелкозернистый песок 0,05...1,16 м3/ч;

через среднезернистый песок 0,10...0,24 м3/ч;

через крупнозернистый песок 0,30...3,00 м3/ч;

через трещиноватую скалу 0,14...0,25 м3/ч.
Тогда

Qw = q¢wAк, (5.17)
где Ак— площадь дна котлована.

По количеству воды Qw, увеличенному в 1,6 раза, подбирают насосы. На случай их поломки предусматривают резервные насосы.

Обычно насосы устанавливают на бровке котлована. Глубина всасывания для большинства насосов составляет 6–7 м. Если котлован имеет большую глубину, то насосы располагают внутри него.

Открытый водоотлив является простым и дешевым способом осушения котлованов. Недостатком его является то, что в пылеватых грунтах при интенсивном водоотливе возможно вымывание частиц (механическая суффозия) и снижение несущей способности основания.

 

Глубинное водопонижение

 

Искусственное понижение горизонта грунтовых вод на месте расположения котлована применяют в мелкозернистых пылеватых и глинистых грунтах. Сущность способа заключается в откачке воды из скважин, устраиваемых по периметру котлована. В результате откачки вокруг котлована образуется депрессионная поверхность грунтовых вод. Режим откачки назначают таким, чтобы уровень грунтовых вод опустился ниже дна котлована не менее 0,5 м.

При глубинном водопонижении исключается возможность вымывания частиц из грунта в основании гидродинамическим давлением восходящих токов воды, как это имеет место при открытом водоотливе. При водопонижении нисходящими токами воды происходит даже некоторое дополнительное уплотнение осушаемого грунта.

Для глубинного водопонижения применяют иглофильтровые установки типа ЛИУ-6Б, УВВ, эжекторные иглофильтры ЭИ-70 и водопонизительные скважины с глубинными насосами. В мостостроении обычно применяют иглофильтровые установки. В комплект такой установки входят иглофильтры, насосы, всасывающий коллектор и соединительные всасывающие шланги.

Иглофильтр представляет собой стальную трубу диаметром 38–50 мм, нижний конец которой снабжен специальным фильтрующим устройством (рис. 5.20). Фильтр состоит из двух труб. Наружная перфорированная труба обмотана спиральной проволокой с шагом 100 мм, поверх которой натянута плотная проволочная сетка из латуни или капрона. Внутренняя труба имеет в стенке всего несколько отверстий и закрывается шаровым клапаном.

 

Рис. 5.20 Конструкция иглофильтра: 1 — латунная сетка; 2 — спиральная проволока; 3 — наружная труба; 4 — внутренняя труба; 5 — шаровой клапан

 

Погружают иглофильтр, размывая перед ним грунт водой, которую подают под давлением через внутреннюю трубу (шаровой клапан открыт).

Перед началом откачки воды в иглофильтрах создают разряжение специальным вакуум-насосом (шаровой клапан закрыт) и после заполнения водой всей всасывающей сети включают центробежные насосы, которые ее откачивают. Полезная глубина понижения воды установкой типа ЛИУ составляет 4–5 м.

При слабой водопроницаемости и плохой водоотдаче грунтов приток воды к иглофильтру можно усилить, создавая в нижней части водопонизительных скважин вакуум. Для глубинного вакуумирования применяют эжекторные иглофильтры, которые откачивают воду эжекторными водоподъемниками. Эжекторные установки пригодны для водопонижения на глубину до 25 м.

Для глубокого водопонижения используют также глубинные насосы, которые погружают в оборудованные фильтрами глубокие скважины диаметром 200–250 мм.

Приблизительно приток воды в водопонизительную систему можно определить следующим образом.

Расположение иглофильтров по прямоугольному контуру при соотношении сторон a/b £ 10 (рис. 5.21) заменяют контуром по кругу радиусом

(5.18)

 

Рис. 5.21 Схема глубинного водопонижения иглофильтровой установкой: 1 — иглофильтр; 2 — коллектор; 3 — насос

Каждый иглофильтр создает вокруг себя депрессионную воронку радиусом Rw, который определяют пробными откачками. Для приближенных расчетов его можно определить по формуле, м,

(5.19)
где Sw = So + S — требуемая глубина понижения уровня грунтовых вод (S = 0,5…1,0 Ом); Hw— мощность водоносного слоя, м; kф— коэффициент фильтрации, м/с.

Общий радиус действия всех иглофильтров Rw, отсчитываемый от оси системы, можно принять

Rw = rw + Rw, (5.20)
а приток воды в систему можно определить по формуле

Qw = kф(2Hw – Sw)Sw /ln(Rw/rw). (5.21)

Иглофильтры расставляют с шагом 0,75...1,5 м, исходя из того, что предельная подача каждого иглофильтра qпр, при которой еще не происходит размыва грунта, будет

(5.22)
где do— диаметр иглофильтра.

Очевидно, число иглофильтров n в системе должно быть таким, чтобы выполнялось условие

Qw /n< qпр. (5.23)

 

Шпунтовые крепления

 

Шпунтовое крепление служит не только для удержания вертикальных стен котлована от обрушения, но и препятствует притоку грунтовых вод в котлован [6, 9]. Его применяют, когда уровень подземных или поверхностных вод расположен в пределах глубины котлована, и выполняют в виде сплошной стенки, заглубленной ниже отметки дна. Такое крепление состоит (рис. 5.3) из шпунтин, погружаемых по контуру котлована до его отрывки, маячных свай и направляющих схваток (обвязки), обеспечивающих проектное положение шпунта в процессе его погружения, а также распорок или анкерующих устройств, удерживающих шпунт от обрушения.

Рис. 5.3. Схемы шпунтовых креплений котлованов: а — свободно стоящая стенка; б, в — распорные; г — анкерная; 1 — шпунт; 2 — обвязка; 3 — распорка; 4 — анкерная тяга; 5 — анкерная свая; 6 — маячная свая; 7 — водоупор

Заглубление шпунта ниже дна котлована должно быть достаточным для обеспечения его устойчивости и определяется расчетом. Если на небольшой глубине от дна котлована залегает водонепроницаемый грунт (водоупор), целесообразно погрузить шпунт до этого слоя, чем достигается защита котлована от притока воды через его дно. Минимальное заглубление шпунтовой стенки ниже дна котлована должно быть не менее 2 м в текучих и текучепластичных глинистых грунтах, мелких и пылеватых песках и не мене 1 м — в других грунтовых условиях. Маячные сваи погружают с расстоянием между ними 2–4 м.

Положение верха шпунтовых стенок определяется уровнем воды, а в русле рек его следует назначать выше рабочего уровня с учетом подпора и высоты возможных волн на акватории не менее 0,7 м. Высоту подпора воды при скорости ее потока v ³ 2 м/с вычисляют по формуле , где g = 9,81 м/с2— ускорение свободного падения.

Шпунтовые стенки могут быть деревянными, стальными и железобетонными. По способу их крепления различают свободно стоящие, распорные и с анкерным креплением (см. рис. 5.3).

Деревянный шпунт применяют при глубине его погружения не более 6 м из-за ограниченной длины древесины, идущей на его изготовление, если грунты не содержат камней или других крупных включений, препятствующих погружению шпунта. Деревянный шпунт трудно погружать также в гравелистые и галечниковые грунты, в глинистые твердой консистенции.

Толщину шпунта назначают по расчету на прочность и делают из досок толщиной до 8 см или из брусьев толщиной 10…24 см В сплошную стенку шпунтины соединяют с помощью гребня и паза. Досчатый шпунт с треугольным гребнем имеет меньшую плотность соединения, чем брусчатый или составной из досок с прямоугольным гребнем (рис. 5.4, а). Обычно шпунт забивают пакетами из 2–3 отдельных шпунтин, соединенных наклонными скобами, втопленными в шпунтины заподлицо с поверхностью (рис. 5.4, в).

Рис. 5.4 Конструкции деревянного шпунта: а — типы сечений; б, в — соединение шпунтин; г — крепление направляющих схваток к маячным сваям; 1 — шпунт; 2 — направляющие схватки; 3 — маячные сваи; 4 — прокладки

Нижний конец шпунтин или пакета из них заостряют на высоту 1–3 толщин шпунта. С боков заострение симметричное, а со стороны гребня скошенное, что обеспечивает более плотное прилегание шпунтины при ее погружении к ранее забитой. Забивка шпунта ведется гребнем вперед. Верх шпунтин (голову) для предохранения от размочаливания при забивке закрепляют бугелем из полосовой стали.

Для погружения шпунта по периметру котлована забивают маячные сваи из бревен диаметром 18–26 см, к которым крепят направляющие парные схватки из пластин диаметром не менее 22 см или брусьев сечением не менее 14´14 см2с прокладками между ними через 1,5–2,0 м (рис. 5.4, г). По мере забивки шпунта эти прокладки убирают.

Стальной шпунт применяют при глубине воды более 2 м, а также в труднопроходимых грунтах (гравий, прослойки мергеля и т. п.). Его используют многократно. Профили стального шпунта показаны на рис. 5.5, а их технические характеристики приведены в табл. 5.2.

Типы стального шпунта Таблица 5.2

 

 

Примечание. B скобках приведены значения моментов инерции и сопротивления 1 м шпунтовой стенки в плане при учете совместной работы шпунтин на изгиб. Остальные характеристики даны для одной шпунтины.

Рис. 5.5 Профили стального шпунта: а — плоский; б — коробчатый; в — зетовый; г — типа “Ларсен”; д — сварная шпунтовая панель

 

Сварные шпунтовые панели ПШСК и ПШСКМ изготавливаются заводом “Курганстальмост” из универсальной полосовой стали с продольными сварными швами и уголковыми сварными замками. Сортамент панелей включает 57 номеров, в которых варьируются высота сечения Н (400, 420, 450, 500, 600, 700 и 800 мм), ширина полок bf(350, 400, 430 и 460 мм), толщина полок t (10–20 мм с шагом 2 мм и 25 мм), толщина стенок d (10, 12 и 14 мм) с моментом сопротивления при изгибе от 1800 до 11000 см3/м. Наибольшая длина поставляемых панелей — 36 м. Для погружения панелей используются известные технологии: забивка молотом и вибропогружение.

Замки стального шпунта обеспечивают работу шпунтового ряда на растяжение и взаимный поворот шпунтин до 10°, что позволяет устраивать ограждения, имеющие в плане криволинейные очертания. Угловые шпунтовые сваи составляют из разрезанных вдоль шпунтин, соединенных сваркой. Конструкция ограждения из стального шпунта показана на рис. 5.6.

Железобетонные шпунты применяют для ограждения котлованов, включая их составной частью в конструкцию фундаментов. Недостатком их является большая масса, что затрудняет их погружение по сравнению со стальными шпунтами.

Рис. 5.6 Конструкция крепления стен котлована стальным шпунтом: 1 — шпунт; 2 — обвязка; 3 — распорки; 4 — накладки

Расчет шпунтовых ограждений котлованов. Расчет шпунтового ограждения заключается в определении потребной глубины его забивки ниже дна котлована и подборе необходимых сечений шпунта и его распорных элементов. Для расчета шпунта в его стенке по длине и плане выделяют участок шириной 1 м. В качестве нагрузки на шпунт, как и в закладном креплении, расматривают активное и пассивное давления грунта и дополнительно учитывают давление воды.

Расчет свободно стоящего шпунта. Расчетная схема для такого шпунта аналогична схеме для забивной стойки закладного крепления с возможностью его опрокидывания относительно точки О, расположенной ниже дна котлована (рис. 5.8).

Рис. 5.8 Схемы к расчету свободно стоящей шпунтовой стенки: а- в однородном несвяном грунте, б- заглубленный ниже дна котлована в связный грунт (водоупор)

 

Равнодействующие составляющих давления грунта на шпунт определяют по аналогии с выражением (5.8) для расчетной ширины шпунтовой стенки, равной 1 м (l = 1 м, bp = 1 м), а расчетный удельный вес водопроницаемых грунтов, расположенных ниже отметки горизонта воды, принимают с учетом гидростатического взвешивания gsr.

Давление воды на шпунтовую стенку шириной 1 м в водопроницаемых грунтах будет (рис. 5.8, а):

; (5.11)
где gw = 9,81 кН/м3— удельный вес воды.

Составляют уравнение моментов сил относительно точки О по аналогии с уравнением (5.9), выражая плечи сил через неизвестный размер ho, добавив к его левой части моменты сил от давления воды: Ew¢(ho + Hw/3) + Ew² 0,5ho. Решая это кубическое уравнение, например, методом подстановки, определяют ho. Полную глубину забивки шпунта ниже дна котлована принимают h = 1,2ho.

Принятая глубина забивки шпунта h, кроме того, должна быть достаточной, чтобы предотвратить вымывание грунта из-под него гидродинамическим давлением j при откачке воды из котлована. Для этого должно выполняться условие:

j = kIgw £ gsr, (5.12)
где k — коэффициент запаса, значение которого принимают не менее 2; I = Hw/(Hw + 2h) — гидравлический уклон,

откуда

(5.13)

При наличии ниже горизонта воды водонепроницаемого грунта (рис. 5.8, б)расчет шпунта выполняют по двум расчетным схемам. По первой схеме в пределах водоупора с наружной стороны ограждения учитывают активное давление, рассматривая давление воды на водоупоре как вертикальную пригрузку интенсивностью gwHw. В пределах водоупора боковое давление воды на шпунт при расчете по этой схеме не учитывают.

По второй схеме рассматривают образование зазора между шпунтом и водоупором вследствие смещения стенки в сторону котлована. В этом случае учитывается полное одностороннее давление воды на стенку ниже дна котлована на глубину образования зазора h3 = (0,5…0,6)ho. Если граница водоупора расположена выше дна котлована, глубину зазора назначают увеличенной на это превышение. Активное давление водоупора в пределах высоты hoпри этом не учитывают.

Из двух значений ho, вычисленных по разным схемам, принимают большее.

Сечение шпунта подбирают из расчета его на прочность восприятия наибольшего по длине изгибающего момента, который находят, последовательно рассматривая равновесие вышележащих отсекаемых частей стенки.

Сечения маячных свай и направляющих схваток шпунта, если они используются при изготовлении ограждения, назначают конструктивно (разд. 5.2.3).

 

Сваебойные молоты

 

Простейшим типом является подвесной (механический) молот(рис. 6.1), который представляет собой металлическую отливку массой от 0,25 до 4,0 т и по направляющей стреле сбрасывается на голову сваи с высоты 3–4 м. Подъем молота осуществляется тросом от ручной или механической лебедки. Частота ударов составляет 3–4 в минуту.

 

Рис. 6.1 Подвесной молот: 1 — трос; 2 — рычаг;

3 — направляющая стрела; 4 — пальцы; 5 — молот; 6 — ползун

 

Подвесные молоты просты по конструкции, безотказны в работе, но их производительность невелика. Их применяют, когда надо забить небольшое число свай на малую глубину.

Копровое оборудование

 

Копры представляют собой жесткие стержневые конструкции, предназначенные для подъема и установки свай на место погружения, для подвешивания молота и направления свай и молота в процессе погружения. В современном строительстве применяют металлические копры на рельсовом ходу. На рис. 6.7, апредставлена унифицированная схема универсальных полноповоротных самоходных копров типа СП с меняющимся вылетом копровой стрелы. Такие копры с одного рельсового пути обеспечивают забивку большого поля как вертикальных, так и наклонных свай. Некоторые полноповоротные копры (рис. 6.7, б) имеют шарнирно опертую стрелу с меняющимся наклоном. Существуют копры для забивки только вертикальных свай. Технические характеристики рельсовых копров [11] приведены в таблице 6.3.

Рис. 6.7 Схема полноповоротных копров: а-типа СП-33А, б-типа СССМ-582; 1-направляющие,2-поворотная платформа, 3-базовая ходовая тележка, 4-рельсовый путь, 5-кабина, 6-молот, 7-свая, 8-гидроцилиндры выдвижения и наклона стрелы, 9-стрела.

 

 

Рис. 6.8 Навесное копровое оборудование: а — навесной копер типа С-860; б — сменная копровая стрела на кране; 1 — экскаватор (кран); 2 — опорная стрела; 3 — копровая стрела; 4 — направляющие; 5 — молот; 6 — свая; 7 — телескопическая распорка

Есть копры навесного типа (рис. 6.8, а) на базе тракторов, экскаваторов и автомобилей, которые обладают большой маневренностью и позволяют забивать как вертикальные, так и наклонные сваи. Высоты таких копров меньше, чем универсальных, и с них можно забивать сваи длиной 8–12 м.

 

Характеристики рельсовых копров Таблица 6.3

 

Для забивки вертикальных и наклонных свай используют также стреловые краны, снабженные навесными (или подвесными) направляющими стрелами (рис. 6.8, б). Такие установки также весьма маневренны.

Тип копра определяют после подбора молота в зависимости от длины погружаемой сваи (определяется потребная высота копра с учетом высоты выбранного молота), массы сваи и молота (определяется необходимая грузоподъемность). Технические характеристики навесных копровых устройств [9, 11] приведены в таблице 6.4.

Характеристики навесного копрового оборудования Таблица 8.4

Краны при забивке свай молотами двойного действия можно использовать и без навесного оборудования. Заданное направление погружаемых свай обеспечивается при этом направляющими каркасами (рис. 6.9), которые чаще всего делают сборно-разборными из универсальных металлических конструкций.

Рис. 6.9 Забивка свай с крана через направляющий каркас: 1 — направляющий каркас; 2 — погружаемая свая; 3 — молот; 4 — первоочередные сваи, закрепляющие каркас; 5 — шпунт

 

В ячейках для свай по высоте каркаса устанавливают направляющие брусья, обеспечивающие направление свай при их установке и забивке. Каркас может служить одновременно распорной конструкцией ограждения котлована. Направляющие каркасы часто используют при забивке свай на местности, покрытой водой.

Технические характеристики вибропогружателей Таблица 6.6

Примечание: Вибропогружатели ВУ-1,6, ВРП-60/200 и ВУ-3 имеют проходное отверстие для извлечения грунта из полости свай-оболочек.

 

+ пункт лекций 5.2

Свайных фундаментов

 

При расчете свайных фундаментов исходят из тех же предпосылок, что и при расчете на статические нагрузки (см. разд. 4.6).

Свайные фундаменты зданий и сооружений рассчитываются на особое сочетание нагрузок по первой группе предельных состояний. Расчет предусматривает:

определение несущей способности свай на вертикальную и выдергивающие нагрузки;

проверку свай по сопротивлению материала на совместное действие усилий: продольной силы, изгибающего момента и перерезывающей силы;

проверку устойчивости грунта по боковой поверхности свай.

Для фундаментов с высоким свайным ростверком расчетные значения статических сил следует определять как для зданий с гибкой нижней частью, увеличивая коэффициент динамичности в 1.5 раза.

Для свай стоек несущая способность на действие вдавливающей нагрузки определяется так же, как и в условиях статики, без снижающих коэффициентов.

Несущая способность висячих призматических и набивных свай определяется по формуле:

, (8.26)

где - коэффициент условий работы сваи в грунте, равный единице;

_, - коэффициенты условий работы, учитывающие влияние сейсмических колебаний на напряженное состояние грунта под нижним концом сваи и по боковой поверхности, определяемые по СП [22] в зависимости от сейсмической бальности и типов грунта;

d – глубина погружения сваи в грунте;

h_p – глубина до которой не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности, определяется:

(8.27)

- условная расчетная ширина сваи, м: b_p = 1.5d + 0.5

- коэффициент упругой деформации, определяемый по формуле:

, (8.28)

k – коэффициент пропорциональности, зависящий от вида грунта и принимаемый по [17];

E, I – модуль упругости и момент сопротивления сечения сваи.

Сопряжение свай с ростверком в сейсмических условиях проектируется жестким.

После определения числа свай и их размещения в ростверке, определяется расчетное продольное усилие в сваях по обычной формуле для свай, при этом должно соблюдаться условие:

, (8.29)

- коэффициент надежности, принимается равным 1.25.

Далее проверяется сечение свай по сопротивлению материала на совместное действие усилий – нормальной силы, изгибающего момента и перерезывающей силы.

Расчета фундаментов на сейсмические воздействия по второй группе предельных состояний не требуется.

Свайные фундаменты с высоким ростверком проектируют либо на вертикальных сваях с большим поперечным сечением, либо с применением наклонных свай как вдоль, так и поперек моста.

 

Минимальная глубина заложения фундаментаТаблица 8.2.