Способ уменьшения сил трения между грунтом и перемещаемым в нем сооружением Советский патент 1946 года по МПК E02D23/14 

Сущность способа производства работ при опускании кессонов и опускных колодцев заключается в том, что фундамент или его оболочка, наращиваемые сверху, опускаются путем подкапывания и удаления находящегося под ними грунта. Опускание фундамента: возможно лишь при условии, что вес опускаемого фундамента за вычетом взвешивающего давления воды будет больше силы трения, возникающей между наружной боковой поверхностью фундамента и грунтом.

Это требование легче удовлетворить при кессонном способе производства работ и значительно труднее при опускании открытых колодцев. Объясняется это большей степенью массивности кессонного фундамента, имеющимися санитарными ограничениями в части предельной глубины опускания кессонов и, главным образом, возможностью кратковременного понижения давления, в рабочей камере (форсированные лосадки). Однако, и при кессонном способе нередки случаи, когда указанное выше требование удовлетворено быть не может при большой глубине опускания в сочетании с большой величиной отношения периметра кессона к его площади.

Опускные колодцы имеют по сравнению с кессонными сплошными, фундаментами значительно меньший вес. При заданных проектом высоте и наружных размерах колодца в плане увеличение его веса может быть достигнуто лишь за счет утолщения стен (если не прибегать к искусственной балластировке, .весьма трудно осуществимой). (Толщина стен ограничивается, с одной стороны, требованием максимального приближения землечерпательных снарядов к ножу, а, с другой стороны, необходимостью придания шахтным отверстиям ра меров, обеспечивающих возможность беспрепятственного ввода и извлечения снарядов. При применяемом, как правило, опускании колодцев без водоотлива и нежелательности даже кратковременного понижения уровня воды в шахтах (во избежание наплыва грунта) величина взвещивающего давления воды, по существу уменьшающего вес сооружения, не поддается регулированию в процессе опускания.

Вследствие возникающих опасений затирания колодцев окружающим грунтом ранее достижения

или проектной OTMSTKH, на практике весьма часто прихбдится отказываться от применения этого сравнительно простого способа фундирования и прибегать к другим способам хотя и более сложным, но в большей степени обеспечивающим успешное выполнение .работ.

Еще большие трудности возникают в горном деле при проходке стволов шахт с применением опускаемой крепи.

Толщину стенок такой крепи по экономическим соображениям приходится назначать столь малой, что собственный вес крепи, даже при проходке с водоотливом, оказывается недостаточным для преодоления сил треиия окруж.ающего грунта; поэтому при большой глубине шахты иногда- прибегают либо к задавливанию крепи, либо к ее наращиванию снизу.

В настоящее время известны два основных способа уменьщения сил трения по наружной поверхности опускаемых в грунт сооружений (кессонов, опускных колодцев и опускных крепей шахт). Первый способ заключается в уменьшении коэфип,иента трения путем возможно большего заглаживания трущейся поверхности (применение специальных обшивок). При втором способе производят размыв грунта, окружающего сооружение, закладывая подмывные трубки, по которым подается напорная вода, в стены сооружения или свободно опуская их вплотную к сооружению. Оба эти способа могут быть признаны разрешающими поставленную задачу лишь при сравнительно неглубоких опусканиях. Предлагаемый способ, описываемый ниже, может быть применен при любой глубине опускания.

Особенио эффективным он может оказаться при опускании сооружения малого веса (колодцев и крепей с тонкими стенками) на большую глубину.

В основу предложенного способа положено известное свойство глинистого раствора закреплять и предохранять от обрушения стенки

буровых Скважин, наполнённы : этим раствором.

Отличительнойособенностью

предложенного способа Я1влябтся то, что полость между грунтом и перемец;аемым в нем сооружением заполняют коллоидальным, например, глинистым раствором.

На чертеже фиг. 1 и 2 изображают разрез колодца в двух стадиях опускания по предложенному способу и фиг. 3 - разрез но А - В на фиг. 2.

Нижнее звено крепи 2 (фиг. 1) сооружается в котловане, огражденном форшахтой /. Несколько выше низа крепи на ее наружной поверхности имеется горизонтальный уступ 4. Выше этого уступа поверхность может иметь любое очертание - цилиндрическое, коническое или телескопическое. В стены крепи, при ее изготовлении, закладываются трубы 3, имеющие на нижних концах отводы, выходящие наружу непосредственно над уступом 4. После изготовления крепи приступают, как обычно, к разработке грунта на огражденной площади, не выходя при .этом за пределы ножа. Крепь под действием собственно веса начинает садиться, плотно прилегая своей наружной поверхностью к окружающему грунту (на участке ниже уступа 4). При подходе уступа 4 к низу форшахты или несколько ранее этого момента приступают к нагнетанию по трубам 3 глинистого раствора (при помощи грязевого насоса), заполняя им кольцевое пространство меж1ду форшахтой и крепью.

При продолжении опускания и одновременном нагнетании раствора (уровень которого должен постоянно поддерживаться несколько ниже верха форшахты), выходящие из-под уступа 4 участки грунта будут немедленно вступать в контакт с раствором и удерживаться им от обрушения. Для этого необходимо, чтобы раствор обладал достаточно большим удельным весом и не слишком большой вязкостью. При соблюдении этого условия давление раствора на боковую поверхность выемки будет

преёосходить действующее на дан-ном уровне боковое давление грунта.

Последующая стадия производства работ показана на фиг. 2.

Для направления колодца или крепи в процессе опускания могут быть предусмотрены выступы 5 (фиг. 3), внешние грани которых должны совпадать с продолжением поверхности крепи на участке от ножа до уступа 4.

Работы могут производиться как с водоотливом, так и без водоотлива. При этом грунт должен разрабатываться без выхода за пределы ножа в целях создания надлежащего уплотнения между низом крепи и окружающим грунтом и предотвращения тем самым возможности прорыва глинистого раствора в огражденное крепью пространство. Возвышение уступа 4 над ножом должно устанавливаться, исходя именно из этих соображений (в зависимости от высоты столба раствора). .

При недостаточно высоком качестве глинистого раствора (малой коллоидальности) может оказаться необходимым прибегнуть к его циркуляции, нагнетая раствор по трубам 3 и одновременно засасывая его из кольцевого пространства между форшахтой и опускаемой крепью.

При малых глубинах опускания и применении растворов высокого качества возможна непосредственная подача раствора из глиномешалки в форшахту, без установки труб 3 и без применения грязевого насоса.

Пазначение форшахты при предлагаемом способе сводится к предохранению поверхностного грунта от обвалов и повышению давления глинистого раствора на верхний слой грунта, вступающий в непосредственный контакт с раствором. Конструкция форшахты допускает широкое варьирование. В отдельных случаях не исключается возможность замены форшахты котлованом с укрепленными откосами. У растворов, изготовленных только на глине (без добавления

утяжелителей), удельный вес может быть доведен, приблизительно, до 1,3-1,4. Путем добавления утяжелителя ,(например, барита) возможно повышение удельного веса до 1,6-1,8. Сопротивление же глитшстого раствора сдвигу весьма мало - порядка нескольких килограммов на квадратный метр, т. е. по сравнению с наблюдающимися силами трения при опускании колодцев и т. п. - ничтожно.

Изменяя суммарную ширину выступов и возвышение верха крепи над верхом форщахты (в различных стадиях производства работ) возможно осуществить опускание крепи на любую заданную глубину. Для этого необходимо лишь, чтобы сумма собственного веса крепи и веса Гла нистого раство-ра оревосходила сумму СИЛ трения по- направляющим выступам и сопротивлений сдвигу глинистого раствора на величину, достаточную для преодоления трения по нижнему поясу крепи. УдовлетЕОроЛь этому требованию возможно даже при применении тонкостенных, весьма легких конструкций.

При благоприятных грунтовых условиях и применении утяжеленных растворов предлагаемый способ может быть использован при опускании косых кессонов или колодцев.

Наконец, он может быть применен также и в тех случаях, когда сооружение перемещается в грунте не под действием собственного веса, а принудительно (задавливается). Если предусмотреть уплотнение между телом сооружения и направляющим устройством в месте входа сооружения в грунт и производить нагнетание раствора под необходимым давлением-окажется возможным применить предлагаемый способ также и при наклонном или горизонтальном направлении задавливания, например, при прокладке подземных трубопроводов.

Предмет изобретения

1. Способ уменьшения силы трения между грунтом и перемещае