Тема 8. Улаштування фундаментів

7. Улаштування фундаментів глибокого закладання

Під будівлі та споруди, чутливі до нерівномірного осідання або передавання на фундамент значних зосереджених навантажень, необхідно влаштовувати надійні підвалини зі скельних, напівскельних порід або слабостискуваних ґрунтів. Такі підвалини залягають на великій глибині і часто перекриваються водоносними пластами. За таких умов застосовувати відкритий спосіб влаштування фундаментів глибокого закладання технічно складно й економічно недоцільно. Їх споруджують у вигляді глибоких бурових опор, опор з тонкостінних збірних оболонок, стін, що споруджуються методом «Стіна в ґрунті», опускних колодязів, кесонів.

Глибокі бурові опори є різновидом буронабивних паль, технологія їхнього улаштування аналогічна, але вони відрізняються за розмірами: їхній діаметр досягає 1,6; 2 і 3 м, а глибина – 60 м. Щоб їх утворити, спеціальним обладнанням бурять свердловини, потім буровим розширювачем пробурюють у підвалині розширення діаметром 2,5; 4 і 5 м відповідно. Обладнання придатне для використання в будь-яких ґрунтах, крім скельних. Усі роботи виконують під шаром глинястого розчину.

 Опори з тонкостінних збірних оболонок. Металеві та залізобетонні оболонки, що збираються з секцій завдовжки 12 м та діаметром до 4,5 м, занурюють шляхом загвинчування або вібрування з підмивом. Усі способи аналогічні до використовуваних під час занурення паль, застосовується лише інше обладнання. Перевагою фундаментів зі збірних тонкостінних оболонок є індустріальність їхнього виготовлення і можливість механізувати процеси. У багатьох випадках такими фундаментами замінюють опускні колодязі та кесони. Дещо менша несуча здатність фундаментів-оболонок компенсується можливістю влаштування з них кущових опор, що поєднуються загальним залізобетонним ростверком.

Оболонки, що занурюються за допомогою загвинчування, складаються з гладкого циліндричного стовбура, гвинтових лопатей і гострого наконеччя. Лопаті й наконеччя – металеві, стовбур оболонки – із залізобетонних секцій, з’єднаних болтами. Для загвинчування великих оболонок застосовують спеціальний механізм – кабестан, який обертається з частотою до 0,5 об./хв, розвиваючи крутний момент до 1000 кН/м.

Безперервне розроблення ґрунту здійснюють шляхом гідромеханізації, пропускаючи подавальний і відвідний трубопроводи через спеціальні отвори в наголовники віброзанурювача. Періодичне розроблення застосовують, якщо ґрунти містять кам’янисті включення або потрібно пробурити верхній шар скелястих порід у разі посадження підошви оболонки на підвалини.

Скельні ґрунти розробляють на глибину вивітреного шару або, у разі похилого залягання пласта, методом ударно-канатного буріння, застосовуючи важкі долота масою до 7 т. Посаджену на проектну відмітку оболонку очищують від ґрунту, промивають і бетонують. За наявності підпору ґрунтових вод оболонку перед бетонуванням заповнюють водою до рівня ґрунтових вод і потім тампонують методом підводного бетонування. Коли бетон тампону набуває необхідної міцності, воду відкачують і подальше бетонування проводять насухо, заповнюючи всю порожнину оболонки або тільки потовщуючи її стінки.

Влаштування фундаментів і стін заглиблених споруд в нестійких водою насичених ґрунтах успішно здійснюється методом «Стіна в ґрунті». Сутість методу полягає в тому, що вузька траншея для майбутніх стін і фундаментів заглибленої споруди відривається відразу на всю глибину під шаром глинястого тиксотропного розчину. Гідростатичний тиск останнього запобігає обваленню ґрунтових стін і потраплянню ґрунтової води в траншею (рис. 6.9).

Рис. 6.9 – Технологічна схема методу «Стіна в ґрунті»: 1 – штанговий екскаватор; 2 – бетонолитна труба; 3 – автокран для укладання бетону; 4 – кран для монтажу панелей; 5 – механізм для зворотного засипання

Спеціальний широкозахватний грейфер з копровою стійкою або штанговий екскаватор дає змогу вирити траншею глибиною до 20 м. Широко-захватний грейфер, під’єднаний до екскаватора не на штанзі, а на підйомному канаті, вириває траншею завглибшки до 45 м.

Збірні стіни монтують із тонкостінних панелей, встановлюваних на шар щебеню, що підсипають на дно траншей. Чергову панель, яка занурюється в траншею, фіксують спереду кондуктором, а позаду інвентарним швелером, що з’єднує її в замок із заставними деталями попередньої панелі.

Зафіксовані в проектному положенні панелі стіни замонолічують під час бетонування фундаментної подушки. Бетонну суміш подушки укладають одночасно по обидва боки панелей через бункер по двом бетонолитним трубам. Пазухи траншеї заповнюють шляхом засипання так: зовнішню – глиняно-щебеневою сумішшю, яка надалі слугує як гідроізоляція, а внутрішню – легкорозроблюваною ґрунтово-піщаною сумішшю. Глинястий розчин, що витісняється у бік забою екскаватора, наприкінці траншеї відводять у відстійник або відсмоктують грязьовим насосом.

Після замикання контуру стін ґрунт усередині контуру розробляють поярусно до заданої відмітки дна. Стики панелей, що відкриваються, закладають бетоном. Монолітні стіни в траншеях влаштовують за методом ВПТ за захватками завдовжки 6...12 м. Суміжні захватки розділяють інвентарною залізобетонною палею або сталевою інвентарною трубою, що вдавлюється між стінками траншей врозпір до її дна. Перед бетонуванням дно траншеї на захватці очищують від опадів, а вкритий шламом глинястий розчин замінюють свіжим.

 Після цього в траншею занурюють арматурні каркаси, облаштовані відгинами-санчатами, що забезпечують необхідну товщину захисного шару, і діафрагмами зі сталевих листів завтовшки 3 мм. Крізь отвори діафрагм пропущені кінці горизонтальних стрижнів арматурного каркаса, що необхідно приварити до випусків арматури сусідньої захватки. Далі в траншею опускають бетонолитну трубу і бетонують стіни на захватці. Глинястий розчин що, витискається бетоном, відводять у відстійники. Коли бетон набуває розпалубленої міцності, інвентарну палю витягують і переставляють на межу з наступною захваткою. Після досягання проектної міцності бетону розробляють ґрунти внутрішнього об’єму.

Стійкість і міцність стін, що відкриваються під час розроблення внутрішнього масиву, забезпечують тимчасовими або постійними розпірками, установленням рам, діафрагм, перекриттів, а в спорудах більше 30 м – анкерами. За подомогою методу «Стіна в ґрунті» можна влаштовувати підземні приміщення всередині наявних будівель під час їхньої реконструкції безпосередньо близько до їхніх фундаментів. Він дає змогу скоротити обсяги земляних робіт порівняно з відкритим способом, позбавляє від необхідності водозниження, зменшує обсяги водовідливу, запобігає рухові ґрунтових вод, що сприяє збереженню підвалин сусідніх споруд.

Опускні колодязі застосовуються для зведення фундаментів глибокого закладання і опускних (заглиблених) споруд. У плані опускні колодязі можуть бути круглі, іноді еліптичні й прямокутні, а за обрисом зовнішньої поверхні – циліндричні, конічні й східчасті. Опускні колодязі виготовляють із залізобетону. У нижній частині колодязь обладнаний ножем (залізобетонним), ріжучий окрайок якого обличкований сталевими кутками або листами (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Схема занурення опускного колодязя: 1 – опускний колодязь;  2 – тиксотропна сорочка; 3 – комір (форшахта); 4 – ніж (консоль); 5 – голкофільтр

Метод влаштування опускних колодязів базується на тому, що конструкцію зводять (встановлюють) на поверхні землі, а потім всередині неї розробляють ґрунт у напрямку від центру до ножа. Ніж, втрачаючи опору з внутрішнього боку, під дією ваги конструкцій, що розташовуються вище, видавлює ґрунт всередину, і колодязь опускається. За найпростішого способу перевірення співвідношення цих величин припускають, що сила тертя ґрунту на одиницю бічної поверхні стінки колодязя збільшується до глибини 5 м, а далі не змінюється. Якщо вага колодязя не перевищує силу тертя об ґрунт, збільшують товщину стін колодязя, щоб зменшити силу тертя стін колодязя об ґрунт шляхом застосування підмиву або влаштування тиксотропної сорочки.

Опускні колодязі можна влаштовувати як із поверхні суходолу, так і з місцевості, залитої водою. Підготувальні роботи на поверхні суходолу передбачають влаштування котлована у верхніх сухих ґрунтах відкритим способом. Дно котлована повинне розміщуватися на 0.5...1 м вище рівня ґрунтових вод; його планують під горизонтальну площину й ущільнюють. У разі опускання колодязів на місцевості, вкритій водою, роботи проводять зі штучних острівців або риштування. Верх острівців влаштовують на 0,5 м вище рівня води, передбачуваного на період опускання колодязя. Острівці насипають з укосами (у разі малої глибини водоймища) або в шпунтових огорожах (у разі великої глибини або сильної течії).

Кесонний метод влаштування фундаментів глибокого закладання застосовують, коли зануренню звичайних опускних колодязів заважає сильний наплив ґрунту або ґрунти містять великі включення твердих порід, а значний приплив води ускладнює роботи з осушення. У нижній частині оболонки фундаменту розташовується кесонна камера, у верхній – шлюзовий апарат.

 Сутність методу полягає в тому, що під час занурення оболонки в кесонну камеру нагнітається стиснуте повітря, що витісняє ґрунтові води за межі ножа. Внутрішній тиск повітря запобігає напливові ґрунту, і тверді включення розробляються в осушеному просторі камери. Шлюзовий апарат, що має герметичні двері назовні і люк в шахту, використовується для входу в кесон і транспортування вийнятого ґрунту.

Стиснуте повітря в кесон і в шлюзовий апарат подають окремо. Раптове зниження тиску в кесоні може призвести до аварії і важких захворювань робітників, тому двері й люки завжди роблять такими що, відкриваються в бік більшого тиску, що униможливлює випадкові втрати повітря. Щоб відкрити зовнішні двері, коли кесон знаходиться під тиском, потрібно закрити люк в шахту і знизити тиск в шлюзовому апараті.

Коли зовнішній і внутрішній тиски будуть однакові, двері можна відчинити. До того ж тиск повітря в шахті і в кесоні збережеться. Увійшовши в шлюзову камеру, зовнішні двері закривають. Потім піднімають тиск повітря всередині камери до рівня тиску в кесоні. Тільки після цього можна відкрити люк шахти, щоб увійшли робітники або для транспортування ґрунту.

Шахту монтують з ланок труб на фланцях. Її можна нарощувати в разі опускання, не знижуючи тиску в кесоні. Із цією метою закривають люк на стелі кесона, знижують тиск в шахті і виконують роботи з нарощування.

Кесони, як і опускні колодязі, занурюються в ґрунт під дією ваги конструкцій. В цьому випадку зануренню перешкоджає не тільки опір ґрунту, а й тиск повітря в кесонній камері. Регулюючи в певних межах надлишковий тиск повітря, можна керувати процесом занурення й рівнем води в кесоні.

 Спорудження фундаментів глибокого закладання кесонним методом передбачає такі дії: підготувальні роботи, виготовлення кесона й оболонки, занурення конструкції до проектної відмітки, заповнення оболонки.

На суходолі й острівцях риштовання проводять так само, як і під час влаштування опускних колодязів.