Ограждение котлованов на местности, покрытой водой

При постройке фундаментов на местности, покрытой водой, котлованы защищают от затопления специальными ограждениями - перемычками (рисунок 1.20). Учитывая возможные колебания уровня воды, подпор, высоту волн и прочее, верх перемычек располагают выше уровня воды не менее чем на 0,7 м.

Для обеспечения своих функций перемычки должны быть прочными и устойчивыми при действии на них давления воды, льда навала судов; не размываться течением воды и волнами; быть водонепроницаемыми и надежно защищать котлован от подтопления водой.

Стеснение перемычками русла реки должно быть минимальным. Допустимую величину стеснения определяют из расчетов размыва дна реки и скорости течения воды. По условиям судоходства стеснение русла не должно превышать 30 %.

В зависимости от глубины воды, грунтов дна реки и других местных условий перемычки могут быть грунтовыми, деревянными, стальными и железобетонными, весьма распространены смешанные конструкции, преимущественно деревогрунтовые.

а - грунтовая; б – однорядная дерево-грунтовая; в - двухрядная дерево-грунтовая; 1 - ось опоры; 2 -шпунт; 3 - распорка; 4 - стяжка. Размеры в сантиметрах

Рисунок 1.20 - Виды перемычек

Грунтовые перемычки (рисунок 1.20, а), применяют при глубине воды до 2…3 м, скоростях течения до 0,4…0,5 м/с и отсутствии фильтрации дна. Они могут быть отсыпаны из любого грунта, кроме глины и тяжелых суглинков, обладающих пучинистыми свойствами, плохо уплотняющимися, размокающими при увлажнении и легко размывающиеся водой. Лучшие грунты для грунтовых перемычек - супеси и легкие суглинки. Грунтовые перемычки намывают с помощью средств гидромеханизации, располагаемых на плавучих средствах, зимой отсыпают со льда и другими способами.

В поперечном сечении перемычки имеют форму трапеции с шириной поверху от 1 до 2 м, в зависимости от водонепроницаемости грунтов, из которых они возводятся, глубины воды, а также необходимости размещения на них различных строительных механизмов (насосов, кранов и др.). Крутизну боковых откосов назначают со стороны котлована от 1:1 до 1:2, а речные - от 1:2 до 1:4. При скорости течения воды до 0,1 м/с наружные откосы оставляют без крепления. При больших скоростях откосы укрепляют от размыва каменной наброской, мощением, хворостяной выстилкой и т.п. Недостаток земляной перемычки - большая ее ширина, создающая значительное стеснение русла и увеличение скоростей течения воды в реке. Уменьшить размеры можно устройством смешанных перемычек.

Смешанные перемычки состоят из деревянных шпунтовых рядов, водонепроницаемость которых повышается грунтом или, в редких случаях, бетоном. Такие перемычки применяют при водопроницаемых грунтах для защиты котлована не только от поверхностных, но и от грунтовых вод.

Однорядная дерево-грунтовая перемычка, состоящая из шпунтовой стенки, обсыпанной с одной стороны грунтом (рисунок 1.20, б), может быть одновременно использована для ограждения стен котлована; в этом случае перемычку укрепляют распорным креплением. Однорядные шпунтовые перемычки применяют при глубине воды до 2…3 м и скорости течения до 0,4…0,5 м/сек.

При постройке фундаментов мостовых опор, расположенных в русле реки, при глубине 4…5 м и скорости течения воды до 1,5 м/с применяют двухрядные шпунтовые перемычки (рисунок 1.20, в). Они состоят из двух деревянных (в редких случаях стальных) шпунтовых рядов, пространство между которыми заполнено грунтом. Внутренний шпунтовый ряд одновременно служит для защиты котлована от грунтовых вод и для укрепления стен котлована. Его забивают ниже дна котлована на глубину, обеспечивающую прочность и устойчивость шпунта, а также устойчивость грунта основания. Наружный шпунтовый ряд предназначен для удержания грунтового заполнения и придания перемычке общей жесткости и устойчивости, а также для повышения ее водонепроницаемости. Шпунт наружного ряда погружают в грунт на глубину не менее 2 м от линии размыва. Головы маячных свай шпунтовых рядов соединяют горизонтальными стяжками, обеспечивающими их совместную работу. Грунтовое заполнение повышает устойчивость и создает водонепроницаемость перемычки. Для заполнения могут быть использованы любые грунты с содержанием глинистых частиц не более 20 %. Ширину перемычек принимают не менее 2,0 м.

Наибольшее применение в современном мостостроении находят стальные шпунтовые перемычки, состоящие из одиночных шпунтовых рядов (см. п. 1.2.). Их достоинства - небольшое стеснение русла реки, возможность устройства при глубокой воде, большая прочность, возможность погружения шпунта в плотные грунты.

При глубине воды до 6…8 м применяют перемычки прямоугольного очертания в плане с распорным креплением (рисунок 1.21).

При больших глубинах более выгодны цилиндрические перемычки.

В случаях, когда подошва фундамента расположена в уровне дна реки или имеет небольшое заглубление, применяют бездонные ящики. Они целесообразны также при наличии грунтов, не допускающих забивку шпунта.

Конструкции бездонных ящиков должны быть прочными, жесткими, водонепроницаемыми, сборно-разборными, удобными для перевозки и монтажа. Ящики изготавливают из дерева или металла. Возможно применение тонкостенных железобетонных ящиков, входящих в состав конструкции фундамента.

Рисунок 1.21 - Ограждение котлованов стальным шпунтом

Деревянный ящик (рисунок 1.22) состоит из каркаса и водонепроницаемой обшивки. Обшивку делают из двух слоев досок с прокладкой между ними изоляции из толя или рубероида. Толщина досок не менее 4 см. Доски располагают наклонно под углом 45°, поверхность их покрывают смолой или битумом. Каркас ящика образуется из брусчатых обвязок, стоек и распорок, соединяемых болтами.

Бездонные ящики изготавливают непосредственно над местом опускания на подмостях, а зимой на поверхности льда или на берегу с последующей транспортировкой на ось опоры, используя их собственную плавучесть или с помощью понтонов.

Собирают ящики из блоков (щитов), удобных для перевозки и монтажа. Блоки соединяют болтами с установкой резиновых уплотнителей в стыках. К низу ящика прикрепляют металлический, деревянный или железобетонный нож, облегчающий заглубление ящика в грунт. При укладке тампонажной подушки высоту ножа при съемных ящиках принимают равной ее толщине. При установке ящика на скальный грунт к нижней брусчатой обвязке прикрепляют валик из мешковины или брезента, заполненный паклей или глиной.

Для уменьшения притока воды по низу бездонного ящика с наружной стороны по периметру укладывают мешки с глиной, а изнутри устраивают тампонажную подушку из подводного бетона.

а, б - фасад и план; в - деталь щита; г – сопряжение щитов; 1 - щит с наружной обвязкой; 2 - распорки; 3 - внутренняя обвязка; 4 - доски щита; 5 - толь; 6 - мешки с мятой глиной

Рисунок 1.22 - Конструкция сборного деревянного бездонного ящика

При постройке опор больших мостов применяют инвентарные перемычки из понтонов КС (рисунок 1.23). Понтоны КС представляют собой стальные замкнутые водонепроницаемые коробки размером 1,8×3,6×7,2 м. Перемычки состоят из железобетонного или деревометаллического ножа, на котором смонтирована верхняя часть из понтонов, устанавливаемых на ребро. Водонепроницаемость стыков обеспечивают прокладкой резины между понтонами.

1 - понтоны КС; 2 - воздухопровод от компрессора; 3 - нож; 4 - подводный бетон тампонажного слоя

Рисунок 1.23 - Металлическая перемычка из понтонов КС

Перемычки из понтонов КС могут ограждать котлованы при глубине воды в реке до 10…12 м. Конструкции инвентарных перемычек собирают на берегу, на стапеле и после спуска доставляют по воде к месту опускания. Для опускания перемычки на дно понтоны заполняют водой.

После устройства фундамента опоры нижнюю часть перемычки с ее ножом обычно оставляют в грунте. Водолазы разбирают болтовые соединения ножа с понтонами, и в понтоны подают сжатый воздух. Воздух отжимает воду, и понтоны свободно выплывают на поверхность реки.

Ледяные перемычки применяют в районах с суровым климатом продолжительной зимой и при глубинах воды в реке до 3…4 м (рисунок 1.24). На очищенной от снега поверхности первоначально вырубают углубление во льду на площади, несколько большей размеров фундамента. Благодаря сокращению толщины слоя льда снизу намерзает новый слой, после чего в такой же последовательности повторно срубают сверху слой части льда. И так постепенно, намораживая лед снизу и вырубая его сверху, создают ледяную перемычку на полную высоту до дна реки и ниже вплоть до грунта основания.

(I - III) – этапы вымораживания котлована; 1 - лед; 2 - слой льда намерзающего снизу; 3 - снег; 4 - замороженный грунт

Рисунок 1.24 - Устройство ледяной перемычки

В период вымораживания следят за тем, чтобы не ослаблять ледяные стенки во избежание прорыва через них воды. С целью получения минимального ущерба при прорыве ледяной стенки, вся площадь разрабатываемого льда разделяется на карты. Карты одна от другой отделяются ледяными стенками, которые разрабатываются в последнюю очередь после промораживания ледяной перемычки до грунта (рисунок 1.25).

Хотя процесс устройства ледяной перемычки протекает медленно, однако он не требует больших затрат. Ледяные перемычки особенно эффективны при наличии скального основания.

Рисунок 1.25 - Разработка котлована методом промораживания

Дата добавления: 2014-12-29