ГлавнаяСтатьи

Фундаменты на опускных колодцах

Опускные колодцы впервые начали применять в Индии много столетий назад. Индусы почитали реки как божество и строили на берегах больших рек храмы, используя при этом каменные опускные колодцы на деревянных кольцах. Эти колодцы имели небольшие размеры, позволявшие работать внутри колодца только одному человеку. Колодцы опускали с островков. Грунт разрабатывали примитивными способами — бадьями или механической лопатой.

В начале XIX века английские инженеры применили опускные колодцы при строительстве мостов на ост-индских железных дорогах.

В Европе опускные колодцы начали применять с середины XIX века. Первые опускные колодцы были опущены при строительстве зданий в Берлине в 1840 г. С этого времени опускные колодцы наравне с кессонными фундаментами сыграли большую роль при строительстве выдающихся инженерных сооружений.

Опускные колодцы строили из камня, бетона, железобетона, стали и дерева. Они имели разную форму поперечного сечения — применялись колодцы круглые, эллиптические, прямоугольные и др.

Рис. 1. Конструкция опоры моста в понтонном ящике

Фундаменты состояли из одного колодца большого размера или, реже, из нескольких колодцев небольших размеров. Наибольшая глубина погружения колодцев доходила до 52 м.

Методы разработки грунта прошли сложный путь развития. Вначале грунт разрабатывали ручным способом и извлекали при помощи бадьи. Индусы для разработки наносного грунта применяли лопату с механическим приспособлением.

Большим открытием было применение силы напора воды и сжатого воздуха для разработки и извлечения грунта. Впервые сила напора воды для разработки грунта была применена в 1887 г. Джеком Идсом при строительстве Сент-Луиского городского арочного моста через р. Миссисипи. Этот метод был усовершенствован в конце XIX века. Для разработки гравелистых и связных грунтов в начале XX века начали применять грейферы.

Опускные колодцы в начальный период применения отличались большими размерами. По мере совершенствования техники строительства размеры колодцев уменьшались.

Для иллюстрации уровня техники фундаментостроения на опускных колодцах приведем несколько примеров.

Одним из ярких примеров применения опускных колодцев больших размеров и связанных с этим неприятностей являются опускные колодцы висячего моста через р. Гудзон, построенного в 1926—1930 гг. Мост имеет главный пролет 456 м и боковые пролеты по 230 м. Пилоны этого моста опираются на опускные колодцы овального сечения с максимальными размерами 18,3 X X 41,5 м. Один колодец опущен на 41,2 м, другой—на 36 м от уровня воды. Глубина воды около 18 м при низком и около 20 м при высоком горизонтах. Колодец был разделен на 26 секций. Вес всего колодца равнялся 1900 т. Колодцы к месту опускания доставляли, используя временные деревянные днища. После посадки колодца на дно реки временные деревянные днища уничтожали при помощи взрывов. При одном из взрывов колодец сдвинулся на 2,5 м. Чтобы вернуть его в проектное положение, с одной стороны пришлось устраивать гравийную наброску объемом около 750 м3. Еще более серьезные неприятности встретились при опускании второго колодца: после того как временное днище было уничтожено и грунт стали разрабатывать, колодец наклонился в восточном направлении на 42°30”, причем в течение 1 мин. И только при помощи множества полиспастов его Удалось выправить. На опускание двух колодцев затрачено полтора года.

Фундаменты опор висячего моста у города Детройта в США с главным пролетом 555 м построены из железобетонных цилиндрических колодцев наружным диаметром 11,4 м и внутренним 5,4 м. Толщина стенки 3 м. Под каждую половину опущены два колодца. Под анкерными устоями были опущены по два прямоугольных колодца размерами в плане 30,5 X 6,85 м. Колодцы опущены на глубину 40—45 м от горизонта воды. Глубина воды до 8 м.

Опоры одного из балочных мостов в Южной Африке построены на железобетонных опускных колодцах диаметром 3,66 м при толщине стенки 0,61 м (рис. 3). Колодцы опущены на глубину от 18,3 до 47,6 м через пески и глины и доведены до скалы. По внешнему виду эти опускные колодцы напоминают современные столбчатые опоры на колодцах-оболочках, однако сходство ограничивается внешним видом.

Иногда опускные колодцы сооружали с использованием стальных оболочек. Одними из первых опор на стальных оболочках, примененных в России, являются опоры мостов через pp. Дион и Супсу на участке Закавказской железной дороги, построенные в конце прошлого века.

Опускные колодцы иногда применяли в сочетании со свайным фундаментом. На рис. 5 показана конструкция опоры моста через р. Хуанхэ, построенного в начале XX века. Дно реки состоит из наносного илистого слоя толщиной около 10 м, под которым залегают другие, более или менее плотные осадочные напластования. Колодцы опускали на глубину около 20 м с разработкой грунта вручную с водоотливом, затем забивали шестигранные сваи сечением 27 X 27 см и длиной 15—17 м. Под каждую опору забивали до 80 свай.

Конструкция речной опоры Дамбартонского моста на Центрально-Калифорнийской железной дороге (США) также заслуживает внимания. Глубина воды достигала 15,5 м при отливе и 17,5 м при приливе, а скорость течения 2,1 м/сек. Дно русла реки состоит из ила, под которым находится более плотный грунт. Из-за большой глубины нельзя было устраивать перемычки, а также кессонные фундаменты; поэтому решили применить стальную оболочку на свайных фундаментах. Оболочка имела диаметр около 14 ж и высоту 22 м. Предварительно илистый грунт удалили на глубину около 3 ж, а затем опустили на дно первое звено оболочки высотой 4,4 м. Внутри оболочки забилп 141 сваю в плотные грунты на глубину 9 м. Головы свай срезали ниже уровня низкого горизонта воды. Последующие звенья оболочки устанавливали после бетонирования нижнего звена.

Рис. 2. Опора моста у г. Детройта (США)

Опускные колодцы на свайных фундаментах в настоящее время представляют только исторический интерес. Такие конструкции не только сложны, но и очень дороги.

Рис. 3. Столбчатая опора моста (Южная Африка) 1 — железобетонные сваи (27 X 27 см; I – 15—17 м)

Рис. 4. Опора моста через р. Хуанхэ:

В прошлом предпочтение отдавали опускным колодцам больших размеров, заменяющим несколько колодцев небольших размеров. Делали это, исходя из учета следующих преимуществ больших размеров колодцев: осадка сооружения происходит равномернее, чем на многих колодцах небольших размеров; чем больше колодец, тем меньше отношение площади боковой поверхности к весу колодца и, следовательно, сопротивление погружению; меньше требуется материала, чем на устройство колодцев небольших размеров; разработка грунта в больших колодцах проще, чем в небольших. Но большие колодцы имеют существенный недостаток — трудность транспортирования и опускания. Затруднена также равномерная разработка грунта по периметру большого колодца. Поэтому большие колодцы экономически невыгодны, и в дальнейшем усовершенствование пошло по пути уменьшения размеров железобетонных колодцев-оболочек.

В СССР как новое направление в дальнейшем развитии фундаментостроения получили тонкостенные железобетонные колодцы-оболочки с коренным усовершенствованием технологии строительства.

В разработку и внедрение в производство колодцев-оболочек, а также оболочек меньших размеров большой вклад внесли советские ученые и инженеры К. С. Силин, Н. М. Глотов, В. И. Карпинский, Б. П. Татарников, А. Д. Прохоров, А. П. Грецов, М. С. Руденко, В. Г. Козин, В. А. Чежин, Л. Г. Карели и др.



Читать далее:
Выбор вида свай и оболочек
Проектирование фундаментов глубокого заложения
Конструкция винтовых сваи
Бурение скважин станками роторного бурения
Бурение скважин станками ударно-канатного бурения
Способы бурения скважин
Виды буровых свай
Примеры строительства фундаментов на железобетонных оболочках
Устройство уширенного основания оболочек
Бетонирование полости оболочек



Ваш отзыв