СПОСОБ ОГРАЖДЕНИЯ КОТЛОВАНА ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ПОДВОДНЫХ СООРУЖЕНИЙ Советский патент 1935 года по МПК E02D19/14 

Изобретение относится к способам ограждения котлована при возведении подводных вооружений с помощью естественного замораживания (вымораживания) воды и грунта.

Способ естественного вымораживания воды и грунта при заложении подводных фундаментов искусственных сооружений является характерным вообще для районов с суровым климатом, где сильные и длительные морозы дают возможность углублять котлован, постепенно промораживая его стенки и дно.

Известные способы естественного вымораживания воды с постепенным углублением котлована выкалыванием льда требуют затраты большого количества времени вследствие небольшой (сравнительно) теплопроводности льда и воды и вследствие того, что замораживание происходит в котловане ниже поверхности ледяного покрова реки, где действие холода замедляется благодаря отсутствию ветра в котловане, и процесс вымораживания замедляется по мере углубления котлована. Вымораживание грунта протекает значительно быстрее (в 2-3 раза), чем вымораживание воды вследствие лучшей теплопроводности грунта.

Для ускорения проморозки воды увеличивают поверхность охлаждения воды. Известны различные способы увеличения поверхности охлаждения, например, забивают в дно котлована железные стержни, возвышающиеся над поверхностью льда; вместо сплошных стержней также применяют трубы, закрытые снизу или V-образно загнутые; кроме того применяют металлические баки, опуская их на дно реки при помощи загрузки и затем, после проморозки, вынимая их с нагреванием стенок. Однако отмеченные способы не дают желаемого эффекта в отношении времени выморозки и при значительных глубинах не всегда достигают цели.

В предлагаемом способе ограждения котлована с помощью естественного замораживания воды и грунта имеется в виду применить металлические баки (ящики), но весь процесс замораживания воды вынести на поверхность льда и тем ускорить это замораживание, используя действие ветра и увеличивая поверхность охлаждения.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Металлический ящик устанавливают на поверхности льда реки (озера и тому подобного водоема), окружают этот ящик опалубкой с некоторым промежутком между стенками его и опалубкой и в этот промежуток намораживают лед, затем кругом опалубки подрубают покрывающий реку лед и опускают ящик с опалубкой, ледяными стенками и днищем на дно водоема, после чего металлический ящик извлекают наружу, нагревая его стенки, и углубляют котлован с помощью естественного промораживания грунта обычными приемами.

На чертеже фиг. 1 изображает разрез ледяного покрова реки с утолщением на месте работ; фиг. 2 - разрез ящика, приготовленного к опусканию; фиг. 3 и 4 - схемы подрубания льда вокруг ящика; фиг. 5 - ящик в разрезе после опускания на дно; фиг. 6 то же с устройствами для обогревания металлического ящика; фиг. 7 - котлован после опускания второго ящика и начала вымораживания грунта в первой секции.

Изобретателем рекомендуется следующий порядок производства работ по предложенному способу.

В начале зимы, когда лед достигнет толщины 6-10 см, при которой по нему уже вполне можно ходить, следует произвести точную разбивку котлованов на льду и в свою очередь каждый котлован разбить на секции.

Площадь будущего котлована и кругом ее на расстоянии 2,5-3,0 м нужно непрерывно очищать от снега, если таковой будет выпадать, чтобы усилить намерзание льда снизу и тем увеличить его несущую способность, так как здесь будет впоследствии устанавливаться ледяной ящик. Увеличение толщины льда до желаемых размеров также возможно и целесообразно производить за счет намерзания его сверху. Для этого нужно набрасывать слоями снег, поливая его водой; намораживание будет происходить быстро и в этом месте образуется наледь в виде горки, отчего общая толщина льда увеличится (фиг. 1). Однако при этом нарушается установившееся тепловое равновесие и может произойти подтаивание льда снизу; чтобы этого избежать, необходимо все время иметь проруби 1, проводящие холод под лед. Одним из достоинств этой горки является еще и то, что выступающая на поверхность льда вода во время опускания ящика будет скатываться с нее в разные стороны, как это показано стрелками 2, и осушать место работы.

С низовой стороны течения водотока на расстоянии 25-30 м необходимо сделать прорубь шириной 0,20-0,30 м до воды, которая все время должна быть открыта, чтобы вода имела возможность беспрепятственно выходить на поверхность льда и не создавать этим подпора.

Если течение воды в русле имеет значительные скорости, что может несколько затруднить опускание котлована, то целесообразно создать затишье путем устройства досчатой обноски или забивки шпунтового ряда вокруг будущего котлована. При средних скоростях течения (примерно в 1,0-1,5 м/сек) затишья можно не создавать. Затишье необходимо в том случае, когда вымораживание котлована ведется обычным способом, т.е. углубление последнего достигается путем постепенного скобления льда. Здесь непрерывно притекающая вода будет приносить с собой тепло, которого в водотоке имеется до 4°, и отдавать его котловану, отчего замерзание замедляется.

Создавая затишье, вместе с тем прекращают приток воды к котловану, а с ней и тепла, которое отнимает бесполезно много холода, нужного для промораживания. Опускной же ледяной котлован может не бояться тепла водотока, так как его деревянная опалубка, когда он погружен в воду, является хорошей термоизоляцией. В случае отсутствия указанной обноски желательно только уменьшить скорость течения водотока из-за опасения подмыва котлована. Этого нужно добиться или путем каменной наброски со стороны течения или забивкой шпунта с этой же стороны.

При толщине льда в 25-30 см можно приступить к изготовлению ледяного ящика. Непосредственно на лед устанавливается железный ящик (бак) 3 желаемых размеров, окружается деревянной опалубкой 4 с оставлением промежутка 5 между стенками железного бака и опалубкой, затем промежуток этот заполняется кусками льда и снегом и заливается водой; после замораживания получится ледяной ящик, готовый к опусканию (фиг. 2).

В этом случае котлован, подвергаясь ветру и холоду со всех сторон, замерзает чрезвычайно быстро. Кроме того, в зависимости от глубины водотока, толщину стенок ящика можно принять такую, которая смогла бы хорошо сопротивляться не только напору воды, но и случайным силам, например, пучению. Чтобы увеличить прочность ледяных стенок котлована на скалывание, можно вмораживать в них также пучки соломы, лозу или деревянную арматуру, что вполне доступно при таком способе изготовления котлована. Отсюда видно, что с разрешением вопроса увеличения прочности стенок ледяного котлована, быстрого его изготовления и опускания на дно водотока разрешается вопрос не только возрастания экономичности заложения фундаментов опор искусственных сооружений естественным вымораживанием, но и возможности применения его тогда, когда водотоки имеют значительные глубины, например 5-8 м.

Высота каждого опускаемого ящика должна быть больше глубины водотока в месте его опускания на 30-40 см. Это необходимо для того чтобы выступающая на лед вода не попадала в котлован и не затопляла его сверху.

Когда ящик будет готов, лед вокруг него нужно обрубить и, нагружая баластом, произвести его опускание на дно водотока. Следует заметить, что обрубание льда вокруг ящика нужно вести одновременно канавкой 6 (фиг. 3 и 4) шириной не больше толщины льда и строго следить за одинаково быстрым ее углублением по всему периметру.

Применяя подрубание льда вокруг ящика, следует иметь в виду, что лед снова будет смерзаться, поэтому работы нужно организовать так, чтобы прорубание велось одновременно с четырех сторон ящика и как можно быстрее. Схемы организации этих работ показаны на чертеже (фиг. 3 и 4); котлованы, имеющие небольшие размеры в плане (до 2,5×2,5 м), лучше обрубать по схеме, изображенной на фиг. 3, а котлованы, имеющие размеры больше указанных, - по схеме, изображенной на фиг. 4.

Однако, в том и другом случае, в местах, где прорубание будет заканчиваться, необходимо заранее прорубать канавки во льду на половину его толщины, иначе под тяжестью котлована лед может обломаться в произвольном направлении.

Подрубленный ледяной ящик с помощью загрузки его опускается на дно водотока, образуя котлован (фиг. 5).

Установленный на дно водотока ящик нужно теперь примораживать к основному льду русла; для ускорения этого процесса в прорубь 7 вокруг ящика целесообразно забрасывать куски льда и сколько можно снега. Это не только может ускорить примерзание, но и создаст в стыкуемом месте большую толщину льда, что необходимо, чтобы противостоять гидростатитическому давлению воды снизу, в противном случае весь котлован после выгрузки из него баласта может выскочить вверх.

Убедившись в том, что котлован приморожен ко льду русла водотока надежно, следует выгрузить из него баласт и приступить к эвакуации железного бака. Для этого сначала нужно отеплить железный бак изнутри, чтобы за его стенками произошло подтаивание ледяного котлована на 2-4 см. Не останавливаясь на этом подробно, можно лишь указать, что отепление лучше всего производить паром, пропуская последний по трубам 9 в закрытый сверху деревянными щитами 8 железный ящик, находящийся в котловане (фиг. 6).

Эвакуация железного бака из котлована не может представлять собой ничего затруднительного и потребует немного времени. В приготовленном таким образом котловане сразу можно переходить к выморозке дна водотока и углублять дальше в грунт обычными приемами. Для усиления интенсивности выморозки грунта на глубине можно создать искусственное течение воздуха в котловане путем установки парусных ветроуловителей или ветронагонителей.

Подлежащие выморозке площади почти всегда очень велики, а потому полученный описанным способом котлован в водотоке представляет собой пока лишь одну секцию общего котлована. Дальнейшее развитие последнего должно итти путем изготовления и опускания по очереди следующих ящиков описанным способом (фиг. 7).

Способ ограждения котлована при возведении подводных сооружений с помощью естественного замораживания воды и грунта и с применением металлического ящика, отличающийся тем, что металлический ящик устанавливают на поверхности льда реки (озера и тому подобного водоема), окружают этот ящик опалубкой с некоторым промежутком между стенками его и опалубкой и в этот промежуток намораживают лед, затем кругом опалубки подрубают покрывающий реку лед и опускают ящик с опалубкой и ледяными стенками и днищем на дно водоема, после чего металлический ящик извлекают наружу, нагревая его стенки, и углубляют котлован с помощью естественного промораживания грунта обычными приемами.