Файл: Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие.pdf

женных камнем ряжей, составляющих опору конструкции, и проти-

Рис. 31. Ряж с защитной присыпкой:

/ — песчаная отсыпка; 2 — фашинный тюфяк; 3 — каменная засыпка; 4 — ряж

ние основания и потеря устойчивости откосов. В таких случаях оказывается необходимым применить искусственное понижение уровня грунтовых вод и обеспечить тем самым нормальные усло­

Этот способ основан на том, что при откачке воды из сква­ жины, оборудованной фильтром, вокруг нее образуется депрессионная воронка тем большего диаметра, чем выше водопрони­ цаемость водовмещающих грунтов. Если по периметру котлована (а для траншей — вдоль траншеи) заложить систему скважин, из которых производить откачку воды, то между скважинами про­

64

изойдет понижение уровня грунтовых вод (рис. 32). При этом пре­ кратится поступление воды в котлован с откосов и со дна, увели­ чится устойчивость откосов и произойдет уплотнение грунтов

Рис. 32. Схема водопонижающей установки:

основания под воздействием нисходящего тока откачиваемой воды. Кроме того, таким образом может быть снят напор подзем­ ных вод, залегающих под водоупорными грунтами основания, чем будет уменьшена возможность их выпора и прорыва дна котло­ вана.

Всасывающие насосы понижают уровень воды на 7—8 м, по­ этому глубина водопонижения внутри контура работы установки будет не более 5 м. Для получения большей глубины водопони­ жения применяют ярусную систему расположения в о д о п о н и ­

водопонижение в скважины на определенную глубину устанавли­ вают погружные центробежные насосы, которые обеспечивают водоотлив с понижением уровня грунтовых вод на заданную глу­ бину. Для этих целей применяют такие эжекторные насосы и эр­

лифты, которые позволяют получить большую глубину водопонижения при расположении двигателей и компрессоров на поверх­ ности земли.

Для устройства водопонизительных колодцев применяются бурение и гидропосадка. Гидропосадка — это метод погружения в грунт трубы с фильтром путем нагнетания в нее воды и размыва грунта. При этом выходящая на поверхность вода выносит мелкие частицы, а крупнопесчаные час­ тицы оседают вокруг трубы и создают дополнительный песчано­ гравелистый фильтр.

Для неглубокого или много­ ярусного водопонижения широко применяют легкие иглофильтро­ вые установки. Основная часть установки—иглофильтр (рис. 34) состоит из трубы диаметром 50—70 мм, имеющей внизу нако­ нечник с шаровым клапаном. Над наконечником располагается

всасывающая часть трубы с отверстиями, покрытая фильтрацион­ ной сеткой. При гидропогружении вода, нагнетаемая в трубу, раз­ мывает грунт и иглофильтр погружается под действием собствен­ ного веса. При откачке шаровой клапан закрывает нижнее отвер­ стие и вода через фильтр поступает во всасывающую часть трубы.

66

диняют их с общим всасывающим трубопроводом, подключенным к насосу.

При гидропогружении иглофильтров в пески воду для размыва подают под давлением 5—8 атм. Для погружения их в толщу пес­ ков с глинистыми или торфяными прослоями наконечник игло­ фильтра снабжается специальным рыхлителем. Для облегчения погружения в крупнообломочный материал (гравий, галечник) од­ новременно с водой в иглофильтр подается сжатый воздух.

Применение искусственного водопонижения наиболее целесо­ образно в песчаных и гравийно-песчаных грунтах, коэффициент фильтрации Кф которых находится в пределах от 1 до 150 м/сут.

Водопонижение должно начинаться несколько ранее момента достижения котлованом глубины залегания грунтовых вод и про­ должаться без всяких перерывов (во избежание затопления котло­ вана) в течение всего периода проходки.

Проектирование глубинного водопонижения производится исходя из размеров котлована, его глубины, а также водопрони­ цаемости грунтов. При этом определяют необходимые мощности насосных установок, расстояния между скважинами, расстояния от скважин до бровки котлована, глубину и конструкцию сква­ жин и фильтров. Для получения надежных величин водопониже­ ния весь этот расчет ведется с некоторым запасом, обеспечиваю­ щим ведение строительных работ в осушенном котловане.

Для проходки котлованов в слабых водонасыщенных суглин­ ках, тяжелых супесях и плывунах, когда понижение уровня грун­ товых вод трудно осуществимо, может быть применено искусствен­ ное замораживание грунтов, что позволяет получить устойчивые вертикальные стенки котлована, создать водонепроницаемую пре­ граду притоку вод и вообще увеличить устойчивость грунтов во­ круг котлована. Искусственное замораживание грунтов применяет­ ся также при проходке шахт и наклонных тоннелей в неустойчи­ вых водонасыщенных грунтах. Этот метод исключительно надежен и обеспечивает безопасное ведение работ. Однако он не лишен не­ достатков, к числу которых относится высокая стоимость, а также затрата длительного времени до вскрытия котлована для замора­ живания грунтов. При высоких скоростях движения подземных вод получение мерзлотной завесы является весьма сложным, если не невозможным.

Для создания мерзлотной завесы вокруг котлована по замк­ нутому контуру бурят скважины на глубину, превышающую глу­ бину котлована (желательно на всю мощность пласта водоносных и неустойчивых грунтов). Расстояние между скважинами выби­ рается исходя из водопроницаемости грунтов — обычно 1,0—2,5 м.

В скважины опускаются герметически заваренные трубы-колонки

сопущенными в них тонкими трубками, по которым подается охлажденный раствор. Из колонки раствор возвращается по об­

67

ратному трубопроводу на замораживающую станцию, где снова подвергается охлаждению. В процессе циркуляции охлажденного раствора в замораживающих колонках вокруг последних проис­ ходит охлаждение грунта и нарастание ледяного цилиндра. Актив­ ное замораживание продолжают до тех пор, пока между сосед­ ними замораживающими колонками не произойдет смыкание ледогрунтовых цилиндров и не образуется сплошная стенка замо­ роженного грунта. После этого осуществляют охлаждение для под­ держания грунта в замороженном состоянии.

Вся система замораживания грунтов работает по двум зам­ кнутым циклам: холодильная машина, «вырабатывающая холод», и внешний цикл циркуляции охлажденного раствора к заморажи­ вающим колонкам и обратно в холодильник. В первом цикле ис­ пользовано свойство сжиженного газа (аммиака или углекисло­ ты) поглощать тепло при испарении и расширении, для чего сжа­ тый компрессором газ поступает в большой резервуар — испари­ тель, где он испаряется и отбирает тепло из окружающей среды. Испаритель погружен в бассейн — холодильник, наполненный рас­ твором хлористого кальция, не замерзающим при температурах до —30—35°. Специальный насос перекачивает охлажденный рас­ твор по замкнутому кругу: холодильник — трубопровод—-замора­ живающая колонка и по обратному трубопроводу снова в холо­ дильник. Такая система позволяет охладить грунт до температу­ ры —10—15° у поверхности колонки и до температуры —4—5° на расстоянии 0,5 м от колонки. В 2 м от колонки температура грун­ та сохраняется положительной.

Для создания мерзлотной завесы в зависимости от особенно­ стей свойств грунтов требуется непрерывная работа заморажи­ вающей станции в течение 1—2 месяцев. Для последующего под­ держания завесы станция может работать периодически, подавая охлажденный раствор в течение 6—8 час ежесуточно, однако режим работы станции зависит от особенностей инженерно-гео­ логической и, главное, гидрогеологической обстановки.

Фундаменты глубокого заложения

Устройство глубокого котлована в слабых водонасыщенных грунтах всегда представляло собой весьма сложную задачу. Для опирания одиночного или группы фундаментов на глубоколежащие плотные и устойчивые грунты в течение длительного времени при­ меняли метод опускного колодца. Он заключается в том, что на поверхности строительной площадки изготовляется наружная оболочка фундамента из каменной кладки или бетона. Эту наруж­ ную оболочку (ее первое звено или всю целиком, в зависимости от размеров и глубины фундамента), имеющую вид колодца, ис­ пользуют вначале как крепь. Для этого, установив ее вертикально (рис. 35), начинают разрабатывать и удалять грунт внутри колод­ ца. По мере выемки грунта колодец под влиянием собственного

68

веса постепенно погружается. Для облегчения погружения на ниж­ ней части стен колодца имеются «ножи», прорезывающие грунт. После достижения плотного грунта (или проектной отметки) вы­ емку грунта прекращают и колодец заполняют каменной кладкой, тощим бетоном или даже грунтом.

Разработка грунта внутри колодца может производиться вруч­ ную или с применением той или иной механизации (грейферный подъем, гидромеханизация и т. п.).

а

Опускные колодцы небольшой глубины изготовляются сразу на всю высоту, а затем опускаются. При большой глубине колод­

представляющие собой рабочие камеры с повышенным давлением воздуха, с помощью которого из окружающих грунтов отжимается вода (рис. 36). Повышенное давление должно постоянно поддер­ живаться в кессоне и по мере его заглубления увеличиваться.

Разработка грунта в кессоне может производиться вручную или с применением той или иной механизации.

Отсутствие в кессоне воды позволяет применять его в грун­ тах, содержащих твердые прослои и крупные препятствия—валу­ ны, погребенные деревья и пр.

Начало работ по погружению кессона в значительной степени похоже на работу методом опускного колодца. Рабочая камера

69