Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Строительство тоннелей и метрополитенов Минимаркер Устройство фундаментов мостовых опор

Устройство фундаментов мостовых опор

Страница 1 из 6

Устройство котлованов

Способы устройства котлованов под фундаменты мостовых опор зависят от местоположения опор, грунтовых условий, глубины котлованов, наличия и глубины воды и т. д.

При строительстве опор на местности, не покрытой водой, котлованы устраивают открытыми. При отсутствии грунтовых вод стенки котлованов не укрепляют, причем при глубине до 1 м в песчаных и гравелистых грунтах, 1,25 м в супесях и суглинках, 1,5 м в глинах и 2 м в особо плотных грунтах стенки делают вертикальными, а при большей глубине – с откосами, выбирая их крутизну в зависимости от глубины котлована и вида грунта (рис. 9.1, а). Допускаемая крутизна откосов приведена в таблице 9.1.

Таблица 9.1

03042014_t1

Котлованы с вертикальными стенками и креплением устраивают для уменьшения объема земляных работ.

Простейшее закладное крепление состоит из стоек (2) (рис. 9.1, б), периодически осаживаемых в грунт, за которые по мере разработки грунта и углубления котлована закладывают доски (1). Стойки подкрепляют по высоте котлована распорками (3). При глубине свыше 5 м или при ширине более 4 м используют инвентарные крепления со стойками из прокатных двутавров №30–55, забиваемых по контуру котлована. Распорки при этом могут быть как деревянные, так и металлические.

Открытые котлованы и их крепление

Рис. 9.1 – Открытые котлованы и их крепление: а – котлован без крепления; б – котлован с закладным креплением; в – сплотка из двух деревянных шпунтин

В водоносных грунтах котлованы разрабатывают в деревянном или металлическом шпунтовом ограждении, не только поддерживающем стенки котлована, но и уменьшающем приток грунтовых вод.

Если глубина воды не превышает 5–6 м, а в грунте отсутствуют включения в виде камней, затонувших деревьев и т. д., применяют деревянное шпунтовое ограждение, причем при напоре воды до 3 м используют дощатый шпунт с толщиной досок до 10 см, а при большем напоре – брусчатый толщиной до 24 см.

Доски или брусья шпунта (шпунтины) имеют с одной стороны гребень треугольной или прямоугольной формы, а с другой – паз соответствующего очертания (рис. 9.1, в). Нижние концы шпунтин заостряют и несколько скашивают, что обеспечивает плотное их примыкание при погружении к ранее забитым за счет отпора грунта.

Глубина погружения шпунта должна превышать глубину котлована не менее чем на 1,5 м. Этим обеспечивается устойчивость ограждения, уменьшается приток воды через дно и устраняется возможность наплыва грунта в котлован из-под шпунта под воздействием одностороннего гидростатического давления при откачивании воды из котлована.

Для ускорения устройства и улучшения качества ограждения шпунтины погружают пакетами из 2–3 штук, сплачивая их скобами (5), втопленными в древесину, и бугелями (4).

Забивают шпунт свайными молотами через направляющие в виде парных схваток из бревен или пластин, прикрепленных к заранее погруженным так называемым маячковым сваям. Забивают шпунт в два приема: сначала на глубину 1,5–2 м, а затем на полную глубину. Такая технология обеспечивает правильность положения ограждения и его плотность.

Стальной шпунт применяют при глубине погружения в грунт свыше 5–6 м или при плотных глинистых и гравелистых грунтах.

Стальной шпунт является инвентарной конструкцией, т. е. извлекаемой и используемой многократно. Металлические шпунтины представляют собой плоский или корытообразный стальной прокат длиной от 8 до 22 м, имеющий по бокам замки для соединения смежных шпунтин друг с другом. Внутри ограждение раскрепляется горизонтальной обвязкой по контуру котлована и распорками, препятствующими деформациям стенок и обеспечивающими устойчивость ограждения.

Для сбора и откачивания воды при попадании котлована в зону грунтовых вод по его контуру устраивается канавка или желоб с приямком. Поэтому размеры котлована принимают несколько больше размеров фундамента в плане.

На местности, покрытой водой, котлованы сооружают под защитой перемычек – земляных, ряжевых, шпунтовых (смешанных) и др.

Земляные перемычки (рис. 9.2, а) из песчаного и супесчаного грунтов применяют при глубине воды до 2 м и скорости течения до 0,5 м/с. Грунт в перемычку намывают с помощью гидромеханизмов или доставляют к месту отсыпки баржами, разгружая их транспортерами или стреловыми кранами, установленными на понтонах. Зимой грунт отсыпается со льда.

Земляные перемычки значительно стесняют русло. Существенно меньше стеснение у однорядных шпунтовых перемычек (рис. 9.2, б), обсыпанных снаружи грунтом и применяемых при глубине воды до 3 м. Еще меньше стесняют русло двухрядные шпунтовые перемычки (рис. 9.2, в) с засыпкой пространства между рядами маловодопроницаемым грунтом.

Схемы ограждения котлованов перемычками

Рис. 9.2 – Схемы ограждения котлованов перемычками: а – земляными; б – шпунтовыми однорядными; в – шпунтовыми двухрядными; г – ледяными (I–III – стадии образования перемычки); 1 – шпунт; 2 – крепление шпунта; 3 – лед; 4 – намерзающий снизу лед; 5 – замороженный грунт

Если грунт в водоеме не допускает забивки шпунта, используют ряжевые перемычки, устраиваемые аналогично ряжевым опорам деревянных мостов, или бездонные ящики – замкнутые по периметру конструкции, опускаемые на дно. Ящики выполняют в виде жесткого брусчатого или металлического каркаса с водонепроницаемой дощатой обшивкой или используют инвентарные конструкции, допускающие многократное применение (съемные бездонные ящики). В последнем случае ящики выполняют из щитов, соединяемых водонепроницаемыми замками, или собирают из металлических понтонов, скрепляя их болтами. Наполняя понтоны водой, обеспечивают опускание ящика на грунт. Перемычки из понтонов могут применяться при глубине воды до 10–12 м.

Зимой при низкой отрицательной температуре можно применить вымораживание котлована (рис. 9.2, г) в реке естественным холодом. Для этого во льду вырубают углубление. После намерзания по сторонам и снизу этого углубления новых слоев льда глубину ледяного шурфа увеличивают. Вырубая, постепенно, таким образом лед и следя за достаточной толщиной образующихся ледяных стен, препятствующих прорыву воды в котлован, можно дойти до дна реки.

Грунт в котлованах разрабатывают, как правило, механизированным способом экскаваторами или при отрывке котлованов в ограждении грейфером. Экскаваторы при разработке грунта перемещаются по бровке котлованов или устанавливаются на плашкоутах из понтонов. Скальные грунты разрабатывают с помощью пневматического инструмента или взрывным способом. При разработке легкоразмываемых грунтов применяют средства гидромеханизации – эрлифты, гидроэлеваторы, землесосы. Разработанный грунт с учетом требований экологии следует подавать на баржи, разгружаемые в специально отведенном месте. Вынутый грунт целесообразно использовать для отсыпки насыпей подходов и регуляционных сооружений.

Перед закладкой фундамента воду из котлована откачивают насосами, которые при глубине котлована до 5–6 м устанавливают наверху, а при большей глубине – в котловане. Чаще всего для откачивания воды используют центробежные насосы как наиболее производительные и безотказные в работе.

Фундаменты на естественном основании

Перед началом работ по сооружению фундамента дно котлована тщательно планируют, а при мокрых глинистых грунтах в основание втрамбовывается слой щебня толщиной не менее 10 см.

При устройстве монолитных фундаментов опалубку из деревянных щитов раскрепляют внутренними распорками и стяжками. Если развитие фундамента книзу производится уступами, опалубкой нижней ступени может быть деревянное ограждение. При металлическом шпунтовом ограждении опалубка устраивается по всей высоте или принимаются меры, исключающие сцепление металлического шпунта с бетоном (шпунт покрывается слоем битума или иной смазки). По мере возведения фундамента распорное крепление ограждения удаляют, заменяя его коротышами и подкосами, упирающимися в возведенную кладку. Бетонную смесь подают в котлован в специальных емкостях стреловыми кранами, подвозя его автотранспортом. Возможна подача бетонной смеси по виброжелобам или наклонным лоткам. Высота падения бетонной смеси непосредственно в котлован не должна превышать 1,5 м.

Если в котлован поступает вода, производят водоотлив, не допуская заливания водой свежего слоя кладки. Однако при значительном поступлении воды удаление ее приводит к вымыванию из бетонной смеси цементного раствора. Поэтому в этом случае применяют подводную укладку бетона способом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Бетонная смесь при бетонировании способом ВПТ (рис. 9.3) подается в котлован по трубе (3) диаметром 300 мм, опущенной первоначально на всю глубину котлована. Нижнее отверстие трубы постоянно находится ниже поверхности уложенной бетонной смеси не менее чем на 0,8 м, поэтому с водой соприкасается только верхний слой первоначально уложенного бетона. По мере подъема трубы выходящая из нее пластичная бетонная смесь постепенно заполняет котлован. Бетонная смесь при бетонировании способом ВПТ должна укладываться без перерыва с максимально возможной интенсивностью. Толщина слоя подводного бетона должна быть не менее 1 м и определяется из условия превышения на 10% массы уложенного бетона гидростатического давления воды. После набора бетоном прочности не менее 5 МПа вода из котлована откачивается, верхний несхватившийся слой бетона, соприкасавшийся с водой (шлам), удаляется, и работы по возведению оставшейся части фундамента ведут в сухом котловане обычными методами.

Схема бетонирования методом вертикально-подъемной трубы

Рис. 9.3 – Схема бетонирования методом вертикально-подъемной трубы: 1 – кран для подачи бетонной смеси; 2 – бункер; 3 – бетонолитная труба; 4 – шпунтовое ограждение; 5 – опалубка; 6 – уложенная бетонная смесь

Блоки сборных фундаментов укладывают на песчаную или щебеночную подушку, отсыпанную на тщательно спланированное дно котлована. При песчаной подушке блоки укладывают непосредственно на песок, а при щебеночной – на свежий цементный раствор, который должен покрывать всю площадь, на которую устанавливается блок. Между собой фундаментные блоки соединяются укладкой в швы жесткой бетонной смеси или сваркой закладных частей и выпусков арматуры. При сооружении сборного фундамента на местности, покрытой водой, блоки укладывают на тампонажный слой подводного бетона, уложенного способом ВПТ, как на щебеночную подушку Предварительно с поверхности подводного бетона удаляется слой шлама.

Свайные фундаменты

При сооружении фундаментов мостовых опор применяют железобетонные и стальные сваи. Железобетонные сваи, изготавливаемые на заводах и полигонах, доставляются на стройплощадку цельными (сваи сплошного квадратного сечения) или по секциям, допускающим стыкование перед или в процессе их погружения в грунт (круглые цилиндрические сваи-оболочки). Сваи сплошного сечения имеют на концах заострения. Полые сваи-оболочки могут погружаться как с открытым нижним концом, так и со специальным наконечником. Стальные сваи круглого или иного сечения применяют при значительной глубине погружения в гравелистых или иных труднопроходимых грунтах.

Погружение свай осуществляется либо забивкой их молотами, либо с помощью вибропогружателей.

Молоты для забивки свай могут быть паровоздушные одиночного и двойного действия и дизельные. Выбор типа молота определяется грунтовыми условиями и видом энергии, имеющейся на стройплощадке.

Паровоздушные молоты одиночного действия применяют для погружения свай в плотные и тяжелые грунты. Их недостаток – небольшое число ударов в минуту и малая производительность. Молоты двойного действия имеют большую частоту ударов, что облегчает погружение свай, препятствуя засасыванию их в вязких грунтах. Такие молоты имеют небольшие размеры, высокую производительность и могут использоваться не только для забивки, но и для выдергивания свай. Система подачи и выпуска пара или сжатого воздуха при работе молота не имеет связи с атмосферой, допускает их работу пол водой. Недостаток паровоздушных молотов – необходимость снабжения их паром или сжатым воздух.

Дизель-молоты не требуют для своей работы дополнительного энергетического оборудования. Они работают по принципу двухтактного дизельного двигателя и приводятся в действие за счет энергии дизельного топлива, сгорающего в цилиндре. Дизели-молоты могут быть двух типов: штанговые и трубчатые. В первых, ударной частью служит подвижной цилиндр, во вторых – поршень. Дизель-молоты работают на дешевых сортах горючего, производительны при погружении свай в плотные грунты. В то же время их применение для забивки свай небольшого поперечного сечения в слабые грунты малоэффективно, так как при этом не создаются условия для самовоспламенения горючего в цилиндре.

При наличии на строительстве электроэнергии для погружения свай оболочек могут использоваться вибропогружатели (рис. 9.4), которые особенно эффективны при возведении фундаментов в несвязных песчаных и супесчаных грунтах. Вибропогружатели при работе с помощью вращающихся в противоположные стороны эксцентриков создают гармонически изменяющуюся силу, направленную вдоль сваи и вызывающую ее колебания (вибрацию) с частотой 400–600 колебаний в минуту.

Вибропогружатель, закрепленный на свае-оболочке

Рис. 9.4 – Вибропогружатель, закрепленный на свае-оболочке

При применении молотов одиночного действия и трубчатых дизель-молотов на головы свай устанавливаются стальные наголовники, смягчающие резкие удары молотов по торцу свай и предохраняющие их от разрушения. Если используется вибропогружение свай, необходимо надежно закрепить вибропогружатель на свае, причем ось вибропогружателя должна точно совпадать с осью сваи. Невыполнение этих требований приводит к повреждениям вибропогружателя из-за ударов его о сваю и к возникновению недопустимых поперечных колебаний сваи.

Для обеспечения проектного положения свай при забивке используются копровые агрегаты или краны с оборудованием, обеспечивающим подъем, установку и погружение свай в заданном направлении (рис. 9.5). С этой же целью применяют металлические и деревянные каркасы и железобетонные кондукторы, используемые затем в качестве ростверка.

Схемы сооружения свайных фундаментов

Рис. 9.5 – Схемы сооружения свайных фундаментов: а – забивка свай с помощью копра; б – забивка свай с помощью стрелового крана; в – погружение свай через направляющий каркас; г – погружение свай через железобетонный кондуктор; 1 – свая; 2 – молот: 3 – копер; 4 – подвесная стрела; 5 – кран; 6 – вибропогружатель; 7 – направляющий каркас; 8 – кондуктор; 9 – подсыпка

Состав работ по погружению свай включает перемещение копра или крана и установку их в рабочее положение, транспортировку, подъем и закрепление сваи и собственно погружение. Последовательность погружения свай в ростверке может быть рядовой (рис. 9.6, а), спиральной от центра ростверка к периметру (рис. 9.6, б) и секционной (рис. 9.6, в).

Последовательность погружения свай

Рис. 9.6 – Последовательность погружения свай

При наличии в основании гравелистых и песчаных грунтов применяется метод погружения или забивки свай с подмывом. Для этого к острию сваи по специальным трубам, погружаемым в грунт совместно со сваей, подается под давлением вода, которая размывает грунт вокруг сваи и уменьшает силы трения. После прекращения подачи воды разрыхленный вокруг сваи грунт постепенно уплотняется. На последней стадии погружения подмыв прекращают и до проектного «отказа» сваю погружают обычными способами. Погружение свай с подмывом не применяется при возможности возникновения осадок близко расположенных зданий и сооружений.

При забивке свай измеряют их «отказы», от величины которых зависит несущая способность сваи, прекращая забивку по получении расчетного «отказа». Под «отказом» понимают наименьшую величину осадки от одного удара, определяя ее как среднее арифметическое осадки за один «залог». В качестве «залога» для молотов одиночного действия принимается 10 ударов, а для молотов двойного действия и дизель-молотов – количество ударов в течение 1 мин. При вибропогружении контролируют скорость погружения, амплитуду колебаний и расход электроэнергии (потребляемую электрическую мощность).

После окончания погружения сваи обрубаются на, необходимом уровне, обеспечивающем их надежное защемление в плите ростверка при его бетонировании.

При отсутствии грунтовых или поверхностных вод плиту ростверка бетонируют в открытом котловане, в других случаях работы ведутся под защитой грунтовых перемычек, шпунтового ограждения, железобетонных кондукторов, бездонных ящиков. Размеры и форма ограждения определяются очертанием плиты ростверка. В случае незначительного фильтрационного притока воды плиту ростверка укладывают непосредственно на дно котлована. Если же приток воды большой, предварительно способом ВПТ укладывается тампонажный слой бетона толщиной не менее 1 м. При устройстве низких свайных ростверков тампонажный слой укладывается непосредственно на дно котлована, при высоких ростверках – на песчаную отсыпку, уложенную в ограждение до отметки низа тампонажного слоя, или на деревянное днище, устроенное на необходимом уровне.

Фундаменты из сборных железобетонных оболочек

При сооружении опор крупных мостов применяют фундаменты из сборных железобетонных оболочек диаметром 1 м и более. Погружают оболочки с помощью мощных вибропогружателей. Отдельные секции оболочек соединяют между собой болтами на фланцах или омоноличиванием выпусков арматуры. Нижний конец первой секции усиливают металлическим наконечником (ножом). В зависимости от мощности имеющегося оборудования оболочки могут собираться из отдельных звеньев на полную длину или наращиваться по мере их погружения.

С целью обеспечения проектного положения оболочек их погружают с применением направляющих устройств – кондукторов или каркасов, отличающихся от каркасов для забивки свай большими размерами ячеек и сечений элементов.

Для уменьшения сил трения между грунтом и оболочкой и потребляемой вибропогружателем электроэнергии погружение оболочек может производиться с подмывом аналогично тому, как это делается при забивке свай.

По мере погружения из внутренней полости оболочек большого диаметра, как правило, извлекают грунт. Для этого используют грейферы, эрлифты, гидроэлеваторы, другие механизмы. Если диаметр оболочек достаточно велик, извлечение грунта возможно без снятия вибропогружателя, что позволяет существенно снизить трудозатраты и получить экономию во времени. После удаления грунта полость оболочек бетонируют способом ВПТ.

Фундаменты на буровых сваях и столбах

Фундаменты на буровых сваях и столбах сооружают с помощью специальных станков или агрегатов.

При устройстве буронабивных свай в грунте разбуривается скважина, в нее устанавливается арматурный каркас и производится заполнение скважины бетоном. При диаметре скважины до 1 м образующуюся конструкцию называют буровой сваей, при большем диаметре – буровым столбом.

Если в верхние слои грунта погрузить оболочку, через ее полость разбурить скважину, а затем забетонировать, то образуется бурообсадная скважина или столб. Для повышения несущей способности в основании такой скважины может быть сделано уширение.

Для устройства буровых свай используются буровые станки и установки отечественного и зарубежного производства ударного и вращательного бурения. Крепление стенок скважины обеспечивается с помощью инвентарных обсадных труб, извлекаемых затем из скважины, созданием избыточного давления воды в скважине или применением глинистого раствора.

Фундаменты на опускных колодцах

Опускные колодцы изготавливают, как правило, на месте опускания, для чего на суходоле планируют площадку, а в условиях открытой воды устраивают искусственный островок из песчаных или гравелистых грунтов (рис. 9.7, а). При глубине воды до 2–2,5 м и скорости течения до 0,8 м/с островок отсыпают с естественными откосами. Если глубина воды или скорость течения превышает указанные величины, островки ограждают шпунтовыми рядами (3) или ряжевыми перемычками. Верх островка должен превышать максимально возможный уровень воды в период работ по изготовлению и опусканию колодца не менее чем на 0,5 м. Грунт (4) для отсыпки островка доставляется автотранспортом по временным мосткам, плавсредствами или намывается землесосными установками.

Схемы устройства опускного колодца

Рис. 9.7 – Схемы устройства опускного колодца

На спланированной поверхности грунта или островка устанавливают на подкладки (2) из деревянных брусьев опалубку и производят бетонирование стенок колодца (1). После набора бетоном необходимой прочности опалубку снимают и из-под кожа колодца удаляют подкладки. При извлечении грунта из шахты колодца грейфером (5) (рис. 9.7, б) или гидромеханизмами колодец опускается под действием собственного веса. Наращивание стенок колодца производится по мере его погружения. Если масса колодца недостаточна для его погружения, применяют подмыв грунта с помощью подмывных труб, устанавливаемых по наружной поверхности колодца. Для снижения сил трения применяют также тиксотропные рубашки. Для этого размеры верхней части колодца несколько уменьшают в плане, вследствие чего по периметру образуется уступ. Пространство между стенками колодца выше уступа и грунтом заполняют глинистым раствором, устраняющим трение стенок колодца о грунт.

После достижения ножом проектной отметки поверхность грунта в шахте колодца выравнивают слоем шебкя или гравия и способом ВПТ бетонируют нижнюю тампонажную подушку. Полное заполнение внутренней полости бетоном производится после откачки воды из шахты колодца.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика