для каких целей в опускных колодцах устраивается тиксотропная рубашка
Строй-справка.ру
Отопление, водоснабжение, канализация
Навигация:
Главная → Все категории → Водозаборные и очистные сооружения
В Советском Союзе и за рубежом при строительстве заглубленных сооружений все шире применяется способ погружения опускных колодцев в тиксотропной рубашке; он был впервые предложен в СССР Н. В. Озеровым в 1946 г. и получил дальнейшее развитие в 60-х годах.
Использование при погружении колодца глинистого раствора из бентонитовых глин, который, заполняя пространство между грунтом и стенкой колодца, служит смазкой, сводит к минимуму возникающие при погружении силы трения; эта смазка, обволакивающая колодец по его периметру, получила название тиксотропной рубашки.
Значение тиксотропной рубашки далеко не ограничивается только уменьшением сил трения, но и создает ряд дополнительных преимуществ. Такая рубашка заметно уменьшает водопроницаемость стен колодца, предотвращает вероятность зависания колодца в грунте, обеспечивает спокойное и ровное погружение его без местных просадок около колодца. Кроме того, появляется возможность значительно уменьшить толщину стен колодца против той, которая требуется при обычном способе опускания. Например, в Ленинграде на опытном строительстве колодца в тиксотропной рубашке, при диаметре его 8,8 м и глубине погружения 9,2 м, в результате уменьшения толщины стен удалось сэкономить 25% бетона и 65% арматурной стали.
В Великобритании методом опускного колодца построен самый крупный в Западной Европе подземный восьмиэтажный гараж на 500 автомобилей; он имеет круглую форму в плане с диаметром 60 м. При опускании железобетонной конструкции использовался бентонитовый раствор, толщина слоя которого по всей внешней цилиндрической ее поверхности достигала 20 см. Раствор закачивался насосом за пределы конструкции по разводящим трубам и патрубкам, насквозь пронизывавшим толщу бетонной стены. Патрубки располагались в шахматном порядке по всей площади стен. Через них закачивался затем (после посадки колодца на проектный уровень) цементный раствор в пазухи за пределами конструкции.
Немаловажное значение при работах вблизи жилых домов имеет и то, что рассматриваемый способ опускания колодцев гораздо менее шумен, чем обычные приемы. Технология строительства подземных сооружений с применением тиксотропных рубашек хорошо разработана и проверена на практике.
Тиксотропная рубашка обеспечивает смазку стен бентонитовым раствором на всю высоту колодца, за исключением его ножа, имеющего в месте перехода нижнего кольца в стену уступ 10-15 см. Таким образом, полная сила трения между грунтом и стенами колодца развивается только на высоте ножевой части, а трение упомянутого уступа можно при расчете не учитывать, поскольку пространство выше уступа, образующееся при погружении колодца, заполняется тиксотропным раствором.
При относительно небольшом заглублении колодца (порядка 10 м) пополнение раствора по мере погружения может все время производиться через форшахту (рис. 2). При большей глубине опускания подача раствора в зазор между грунтом и стеной колодца, после погружения в грунт ножа, производится через инъекционные трубки, заложенные в тело стен или закрепленные снаружи по внешнему их периметру.
До начала опускания колодца вокруг него устраивается специальная форшахта, в которую заливается первоначальная порция тиксотроп-ного раствора. Капитальная бетонная форшахта более трудоемка в изготовлении, так как требует отрывки специального котлована; кроме того, она обладает еще одним недостатком: верх ее расположен на уровне поверхности грунта, что облегчает попадание в нее мусора. Достоинство ее состоит в том, что она служит надежной направляющей в самом начале работ; это весьма важно для точности погружения колодца.
Более целесообразна конструкция форшахты, поднятой на высоту 1-1,2 м и состоящей из отдельных секций длиной 2-4 м, с фланцами из уголковой стали, прикрепляемыми болтами к предварительно подготовленной деревянной опоре. В последние годы, кроме деревянных опор, встречаются опоры из железобетонных плит.
Форшахту можно частично заполнить глинистым раствором к тому времени, когда уступ колодца еще не дошел до уровня земли, и поддерживать уровень раствора на таком же примерно горизонте. По мере углубления колодца бентонитовый раствор подается по трубкам диаметром 38-42 мм, расположенным на расстоянии 3-5 м друг от друга.
При устройстве стен из сборных блоков инъекционные трубки размещаются в пустотах блоков или замоноличиваются в швах между блоками; нижние концы трубок выводятся на поверхность стен колодца приблизительно на 300 мм выше уступа ножа. При наружном креплении трубок, имеющих в нижней части круглые отверстия диаметром 0,5-1 см, они крепятся к стенам колодца хомутами.
Если глубина погружения колодца не превышает 10-12 м, то инъекционные трубки необязательны. Глинистый раствор можно заливать за форшахту; таким образом, для колодцев глубиной 10-12 м ширина уступа должна быть не менее 10 см, а для более глубоких колодцев — не менее 15 см.
При высоком уровне грунтовых вод надо учитывать возможность всплытия опускного колодца после бетонирования днища и водоотлива. Усилия, препятствующие всплытию, рассчитываются на силу гидростатического взвешивания, взятую с коэффициентом 1,25. Увеличить сопротивление силам взвешивания можно нагнетанием тампонажного раствора в нижнюю часть тиксотропной рубашки. Величину сил трения такого раствора о стены колодца можно принять до 0,2 МПа.
Характерен пример погружения монолитного железобетонного колодца в тиксотропной рубашке на фабрике «Красное знамя» в Ленинграде. Колодец с наружным диаметром 8 м, внутренним 7 м опускался на глубину 10,15 м вблизи фундаментов очистных сооружений. Низ ножа колодца достиг проектной отметки после восьми смен работы. Если бы он погружался без тиксотропной рубашки (тогда силы трения преодолеваются только за счет массы колодца), то на «посадку» колодца на проектную отметку ушло бы не менее 40-50 суток. При наличии тиксотропной рубашки наблюдались лишь поверхностные трещины в грунте с раскрытием до 50 мм на расстоянии от 1 до 3 м от колодца. Никаких нарушений устойчивости соседних фундаментов очистных сооружений не было обнаружено.
Более крупный колодец с наружным диаметром 20 м, со стенами толщиной 1 м и при заглублении 13,4 м был построен на берегу Ладожского озера. Интересно, что он погружался в полускальные грунты. Для преодоления трения колодца о грунт проектом предусматривалось одновременное возведение как наружных (масса — около 2000 т), так и внутренних (около 900 т) стен колодца. Эти стены, разделяющие колодец на пять маленьких клеток, могли настолько стеснить работу экскаватора внутри колодца, что она стала бы практически невозможной. Решили отложить сооружение этих стен до полного погружения колодца и опускать его в тиксотропной рубашке, что и было осуществлено.
На основании опыта погружения колодцев в тиксотропной рубашке можно дать некоторые рекомендации по производству таких работ.
Научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений проводит опытные работы по погружению опускных колодцев больших диаметров в двойной тиксотропной рубашке. Этот способ найдет применение в водонасыщенных сильно фильтрующих грунтах, ибо позволит исключить глубинное водопонижение и уменьшить толщину стен колодца.
Навигация:
Главная → Все категории → Водозаборные и очистные сооружения
Для каких целей в опускных колодцах устраивается тиксотропная рубашка
Главное меню
Строительные работы
Устройства для создания тиксотропной рубашки и другие специальные конструкции колодцев
В колодцах, погружаемых в тиксотропной рубашке, между грунтом и оболочкой создается полость, заполненная глинистой суспензией. Полость образуется при погружении за счет выступа стены в ножевой части. Контакт колодца с грунтом происходит только на участке ниже выступа, а верхняя часть погружается в жидкостную среду.
Таким образом, значительно снижаются силы трения, возникающие при опускании колодца. Уменьшение сил трения в свою очередь позволяет уменьшить собственный вес сооружения. Опускные колодцы выполняются тонкостенными, что облегчает решение их конструкций в сборном железобетоне. Многолетний опыт показал, что высоту ножевой части, т. е. расстояние от банкетки до наружного уступа следует принимать в пределах 2—2,5 м независимо от высоты стен. За рубежом ширину уступа принимают равной 5—10 м в отечественной практике 10—15 см. При небольшой толщине щели рубашки снижается расход тиксотропной суспензии, но повышаются требования к точности соблюдения вертикальности погружения. В более тонкой щели чаще происходят навалы, что вызывает деформацию грунтовой стенки.
НИИ оснований и подземных сооружений в настоящее время достаточно полно разработана технология изготовления и погружения колодцев в тиксотропной рубашке из местных глин. Для создания тиксотропной рубашки на колодце дополнительно сооружают форшахту, манжет на уступе и трубные разводки.
Верхняя часть откоса грунтовой стенки щели рубашки обладает наименьшей устойчивостью. Она подвергается неблагоприятным воздействиям колебаний уровня тиксотропной суспензии. Поэтому по периметру устья рубашки устраивают специальную форшахту из обвалованных деревянных или металлических щитов или в виде монолитного железобетонного пояса.
Деревянные и металлические щиты форшахты устанавливают на деревянное или железобетонное основание. Деревянное основание выполняют из шпал, уложенных радиально относительно центра колодца. Для увеличения жесткости наружные концы шпал скрепляют досками на гвоздях.
Железобетонное кольцо фундамента под металлические щиты форшахты укладывают по бровке полости тиксотропной рубашки. Фундаментная плита толщиной 20—30 см армируется сеткой из стержней диаметром 6—8 мм. Для крепления щитов закладывают болты диаметром 12 мм. Щиты делают из стального листа толщиной 3—5 мм длиной 2—2,5 и высотой 1,0 м. По контуру щитов приваривают уголки размером 75×75 с отверстиями для крепления к фундаменту и между собой. В пролете приваривают ребра жесткости. Стыки между щитами уплотняют резиновыми прокладками.
Рис. 48. Форшахта:
а, б — из железобетона (2); в, г — из стальных щитов (3); 1 — стена колодца; 4 — фундамент форшахты; 5 — тиксотропная суспензия.
Рис. 49. Устройство манжеты тиксотропной рубашки:
а — уплотнитель; б — защита инъекционных труб; 1 — тиксотропная суспензия; 2 — инъекционная труба; 3 — планка; 4 — защитный уголок; 5 —форшахта; 6 — глиняный замок; 7 — уплотнитель из транспортной ленты; 8 — стена.
Снаружи щиты обваловывают до верха песчаным грунтом.
Наиболее целесообразно форшахту устраивать в виде монолитного железобетонного кольца (рис. 48). При такой конструкции по верху колодца образуется кондуктор, фиксирующий положение колодца на поверхности. Устойчивость форшахты увеличивается при устройстве под железобетонным кольцом подушки из крупнозернистого песка или шлака высотой 40—50 см. Песчаная подушка, пропитываясь глинистым раствором, уплотняется и приобретает свойства весьма прочного основания. Железобетонное кольцо форшахты армируют плоскими прямоугольными сетками, укладываемыми по верху и по низу сечения.
На резиновый манжет укладывается замок из пластичной глины. Высота глиняного замка 0,4-0,6 м, причем верх его должен быть на 15—20 см выше отогнутого вверх по грунтовой стенке края резиновой ленты. Пример устройства манжеты приведен на рис. 49.
При погружении опускного колодца в глинистые грунты заполнение полости рубашки производится заливкой суспензии сверху за форшахту. Суспензия закачивается насосом из резервной емкости по трубам, уложенным по поверхности. При погружении колодца в песчаных и водонасыщенных грунтах подачу раствора производят в нижнюю зону тиксотропной рубашки над манжетом по инъекционным трубам. В качестве инъекторов применяют трубы диаметром 
, располагаемые в плане через 3—6 м по наружному периметру опускного колодца. Нижнюю часть трубы на длину 70—80 см перфорируют. Диаметр отверстий 10—45 мм. Отверстия располагают в шахматном порядке на расстоянии 5—7 см друг от друга. Конец трубы закрывают заглушкой. Перфорируется половина периметра трубы со стороны стены колодца. Этим предотвращают возможность засорения отверстий со стороны грунтовой стенки при навалах. Конец инъектора располагают на 10—15 см выше уровня глиняного замка манжета. Для беспрепятственного выхода глинистого раствора инъекционная труба крепится хомутами на расстоянии 1—2 см от поверхности стен.
От раздавливания при навалах инъекционные трубы защищают сплошным уголком. Одновременная подача в полость тиксотропной рубашки глинистого раствора через все иньекторы обеспечивается коллектором из трубы диаметром 70—100 мм. Коллектор крепится у верхнего края опускного колодца, объединяя верхние концы инъекционных труб. Он соединяется при помощи гибкого гладкого шланга с трубопроводом от нагнетающего насоса у резервной емкости.
Подмыв облегчает погружение колодцев в песчаных грунтах и малоэффективен в связных грунтах. При подмыве сильный поток воды, подымаясь вдоль стены, размывает грунт вокруг колодца и взвешивает его частицы. Тем самым снижаются силы трения и улучшаются условия погружения.
Сопла подмывных труб располагают над уступом на расстоянии 3—5 м по периметру стен колодца. По высоте яруса сопла располагают через 5—7 м, приурочивая их к уступам. Подмывные трубы вводят внутрь колодца к коллектору, который гибким шлангом соединяют с нагнетающим насосом. Эффективность подмыва может быть повышена нагнетанием воздуха через специальные воздушные трубы диаметром 13—25 мм, укладываемые рядом с подмывными трубами. Трубные разводки внутри колодца защищают уголками от возможных ударов бадьей или ковшом экскаватора. На подмывных трубах внутри колодца ставят вентили для регулирования интенсивности подмыва по периметру колодца и, тем самым, управления погружением. Для обслуживания трубных разводок устраивают лестницу и площадки.
Динамическая пригрузка колодцев вибраторами улучшает условия погружения. Возникающие от работы вибраторов в конструкциях колебания концентрическими волнами распространяются в прилегающем грунтовом массиве. При этом снижаются силы трения, возникающие при погружении, и несколько увеличивается давление грунта на стены.
Для каких целей в опускных колодцах устраивается тиксотропная рубашка
При классическом способе строительства опускных колодцев опускание их рассчитывается на преодоление сил трения грунта о наружные поверхности стен колодца под действием его массы. В этом случае уменьшение сил трения путем применения тиксотропной рубашки или какого-либо другого способа применяется в основном для уменьшения сроков опускания колодца и исключения его зависания.
На наружном уступе стены колодца делается специальный замок, предназначенный для удержания тиксотропной суспензии и предохранения от вытекания ее внутрь забоя. Замки бывают различных конструкций.
Рис. 50. Монтаж резинового уплотняющего манжета на наружном уступе опускного колодца
Вблизи опускного колодца рекомендуется иметь еще одну резервную емкость с готовой тиксотропной суспензией, расположенную на уровне низа форшахты и соединенную трубопроводом с полостью, заполненной тиксотропной суспензией. Таким образом, тиксотропная суспензия по принципу сообщающихся сосудов может поступать из резервной емкости в полость опускного колодца и заполнять ее в случае утечки суспензии в колодец. При аварийном погружении колодца, происходит автоматическое заполнение его полости суспензией.
Форшахта выполняется из листового металла с ребрами жесткости с наружной стороны и крепится к закладной металлической пластинке, заанкеренной в опорном кольце форшахты. Высота форшахты принимается 1 м, что обусловливается требуемым превышением уровня тиксотропной суспензии над поверхностью грунта, с которой опускается колодец. Форшахта может быть выполнена из дерева, бетона или обвалованием грунтом.
Приготавливают тиксотропную суспензию следующим образом: сначала в глиномешалку заливают воду, затем засыпают кальцинированную соду и перемешивают в течение 5-7 мин, после чего загружают 50% требуемого количества глинопорошка и перемешивают еще 10-12 мин. Затем засыпают вторую половину глинопорошка и перемешивают примерно 15-20 мин. Таким образом, на один цикл приготовления тиксотропной суспензии затрачивается 35-40 мин.
Контроль за подбором состава (компонентов) и качеством приготовления тиксотропной суспензии выполняет передвижная лаборатория глинистых суспензий, которая должна работать непосредственно на строительной площадке весь период опускания колодца.
Высоту ножевой части колодца рекомендуется делать равной высоты погружения колодца, так как при большой высоте значительно возрастает опасность затягивания грунта, прилегающего к наружной поверхности ножа, и образования больших «осадочных воронок» вокруг колодца при его погружении. Это влечет за собой частичный выплыв грунта из-под опорного кольца форшахты, если она делается до погружения ножевой части колодца в грунт, или же происходит частичное и крайне нежелательное разрушение структуры грунта под будущим опорным кольцом форшахты, если ее строительство предусматривается после погружения ножевой части колодца в грунт.
Образованию больших осадочных воронок способствуют резкие и большие (более 30-50 см) «посадки» колодца за один прием в процессе его опускания. Поэтому рекомендуется плавное и равномерное погружение колодца (не более 50 см за один прием) без резких посадок.
Чтобы удерживать глинистый раствор в тиксотропной рубашке, рекомендуется устраивать глинистые или другие «замки» и применять вместо тиксотропной суспензии пасту текучей консистенции. Хотя в последнем случае трение стенок колодца о грунт будет несколько больше, однако вероятность прорыва пасты внутрь колодца уменьшается.
Применение пасты вместо тиксотропной суспензии впервые было осуществлено по предложению работников Главспецпромстроя Минмонтажспецстроя СССР. Опыт показывает, что применение чистых бентонитовых порошков при строительстве опускных колодцев не вызывается необходимостью. В большинстве случаев бентонитовые порошки могут быть успешно заменены более дешевыми местными глинами, которые сравнительно легко можно обогатить путем введения в суспензию определенных реагентов. Поэтому во всех случаях при строительстве опускных колодцев в тиксотропной рубашке рекомендуется прежде всего изучить (лабораторно) с помощью различных приборов возможность использования местных глин для приготовления тиксотройной суспензии. Требования, предъявляемые к тиксотропной суспензии, характеризуются определенными параметрами (табл. 5).
При строительстве облегченных опускных колодцев с применением тиксотропного раствора в водонасыщенных грунтах необходимо учитывать возможность всплытия опускного колодца после устройства днища и поднятия уровня грунтовых вод. Особенно это касается больших опускных колодцев, имеющих большую объемную кубатуру подземного помещения и сравнительно небольшую массу.
Если взвешивающее давление воды превышает массу стен колодца вместе с днищем и сопротивлением трению, то тиксотропный раствор необходимо вытеснить из полости и заполнить ее цементно-песчаным раствором, песком, гравием, глинобетоном или каким-либо другим материалом (достаточно прочным и имеющим большое сопротивление трению).
При расчете опускного колодца на всплытие иногда учитывается и масса «начинки» колодца (внутренние стены, перегородки, фундаменты и технологическое оборудование). В этом случае в основном проекте и в проекте производства работ делается специальная оговорка о том, что водопонижение уровня грунтовых вод должно продолжаться до полного выполнения этой начинки.
Вытеснение тиксотропного раствора из полости и заполнение ее цементно-глинистым раствором особого труда не представляет. Эта работа выполняется с помощь инъекторов, опущенных в полость «рубашки», через которые нагнетают цементный раствор. Хорошие результаты дает заполнение полости (равномерное и послойное) песком или песчано-гравелистым грунтом с последующим устройством по его верху бетонной пробки толщиной не менее 1 м.
В последнее время для предотвращения «всплытия» опускных колодцев и уменьшения толщины стен и днища стали применять различного рода анкерные устройства. К ним следует отнести железобетонные сваи, которые забивают в грунт основания перед устройством днища. Головки свай разбивают и оголенную арматуру связывают с рабочей арматурой днища.
При строительстве опускных колодцев также нашли применение различного рода грунтовые анкеры: в виде буровых скважин с металлическими тяжами, закрепленными в скважинах бетоном или путем нагнетания под высоким давлением цементного раствора.
Однако следует отметить, что вопросы предотвращения всплытия опускных колодцев (особенно сборных) в настоящее время разработаны недостаточно, так же как и вопросы заполнения пазухи за стенами колодца, и требуют дальнейшего изучения и совершенствования.
Для каких целей в опускных колодцах устраивается тиксотропная рубашка
Сущность метода погружения сооружений в тиксотропных рубашках заключается в том, что пространство между грунтом и наружной поверхностью опускного сооружения (колодец, кессон) заполняется глинистым раствором, т.е. создается так называемая тиксотропная рубашка.
Конструктивно стены в нижней части опускного сооружения на высоту 1,5—3 м делаются на 5—10 см толще (рис. VII-28).
Непосредственное соприкасание стен опускного колодца с грунтом имеет место только в пределах ножевой части. Глинистый раствор нагнетается в полость через трубы-инъекторы, устанавливаемые вертикально на стенах колодца или с внешней стороны по его периметру на равных расстояниях друг от друга, или с внутренней стороны стен с выводом нижних концов труб наружу у обреза ножа.
Трубы-инъекторы делаются с закрытым нижним концом (пробками) для устранения возможности их загрязнения и имеют в нижней части перфорированные отверстия для вытекания раствора. Глинистый раствор приготовляется с помощью глиномешалок, затем сливается в запасные емкости и по мере надобности при помощи насосов или компрессоров подается через кольцевой коллектор или шланги в трубы-инъекторы, а оттуда в полость тиксотропной рубашки.
Основные технико-экономические преимущества метода заключаются в том, что тиксотропная рубашка в результате значительного сокращения сил трения поверхности сооружения о грунт исключает опасность «зависания» опускного сооружения, позволяет уменьшить толщину стен примерно в 3,4 раза, сократить объем работ, стоимость и сроки строительства, использовать вместо монолитного железобетона сборные конструкции стен [48].
VII.3.2. Конструкции и приспособления для создания тиксотропной рубашки
Форшахта. Степень устойчивости грунтовой стены полости тиксотропной рубашки зависит от величины гидростатического напора глинистого раствора. В нижней зоне тиксотропной рубашки этот напор будет наибольшим и, следовательно, будет создавать наибольшую устойчивость грунтовой стены. Опасной, с точки зрения возможности обрушения грунта, является верхняя часть грунтовой стены. Для создания в верхней зоне тиксотропной рубашки гидростатического напора глинистого раствора, обеспечивающего устойчивость грунтовой стены в ее верхней части, устраивают форшахту. Для устройства форшахты устанавливают непроницаемые для глинистого раствора ограждения, располагаемые по бровке полости по всему периметру последней.
Ограждения выполняются из деревянных дощатых или сборных металлических щитов. Конструкция ограждения форшахты металлическими щитами представлена на рис. VII-29. Щиты имеют длину 2—2,5 м, высоту 1 м, толщину 3—5 мм. Они окантованы уголками 75×75 мм, имеющими отверстия под болты для соединения друг с другом и закрепления на опорном железобетонном кольце. Через центр каждого щита по вертикали приварен уголок 75×75 мм, служащий ребром жесткости. Форшахта такой конструкции в плане образует многоугольник, близкий к окружности. Опорное кольцо форшахты устраивается из монолитного железобетона с легким армированием. Ширина кольца 50—60 см, высота 20—30 см. Для предотвращения утечек глинистого раствора через вертикальные стыки отдельных щитов и стыки в горизонтальной плоскости щитов с опорным кольцом форшахту обсыпают до верха грунтом.
Кроме форшахты устойчивость грунтовой стены может обеспечиваться устройством бровки полости тиксотропной рубашки с углом наклона к горизонту, меньшим угла естественного откоса грунта строительной площадки. Недостатком варианта срезки бровки является возможность засорения тиксотропной рубашки.
Инъекторы. Для изготовления инъекторов применяют трубы диаметром 1,5—2″ (38—50 мм). Инъекторы располагают в плане через 3—6 м по наружному периметру опускного сооружения. Нижняя часть их на длину 70—80 см перфорируется отверстиями диаметром 10—15 мм, расположенными в шахматном порядке на расстоянии 5—7 см друг от друга. Отверстия делаются только на половине периметра трубы со стороны стены опускного сооружения для уменьшения возможности засорения отверстий грунтом обрушивающимся по каким-либо причинам с грунтовой стены полости тиксотропной рубашки. Конец трубы закрывается заглушкой.
Коллектор, шланги. Для одновременной подачи по периметру в полость тиксотропной рубашки глинистого раствора через все инъекторы или часть их применяется коллектор из трубы диаметром 70—100 мм. Коллектор крепится у верхнего края стены опускного сооружения, объединяя верхние концы инъекционных труб. Штуцер, с помощью которого шланг от нагнетающего растворонасоса присоединяется к коллектору, может находиться в любом месте последнего. Внутренний диаметр шлангов не должен быть меньше внутреннего диаметра трубы коллектора. Гладкий шланг более предпочтителен, чем гофрированный. Так как при подаче глинистого раствора давление в нем может иногда достигать 0,3—0,4 МПа, то следует употреблять напорные шланги.