Способ погружения опускного колодца в грунт Советский патент 1980 года по МПК E02D7/26 

Изобретение относится к производству специальных строительных работ и может быть использовано при возведении подземных сооружений различного назначения методом опускного колодца. Опускные колодцы, как правило, погружаются в грунт под действием собственного веса, являющегося единственной активной силой, котора способствует заглублению колодцев. В практике строительства подземных сооружений методом опускного колодц часто собственного веса колодца ока зывается недостаточно для заглубления их до проектной отметки-, в связ с чем принимаются различные меры по облегчению погружения колодцев в грунты. Известны способы погружения опус ных колодцев в грунт под действием собственного веса с разработкой грунта в полости колодца. В вы1чеука занных способах для преодоления нор мальных сил сопротивления грунта вдавливанию ножа и касательных сил трения грунта о боковую поверхность колодцев обычно увеличивают собстве ный вес колодцев путем утолщения . Однако увеличение толщины стен приводит к значительному перерасходубетона и сокращению размеров в плане вертикальных выработок, что эатрудняет разработку прунтов с помощью грейфера и осложняет работы по удалению грунта из-под ножа колодца. Уменьиюнию сил сопротивлений внедрению ножа в грунт способствует также удаление грунта из полости колодцев до уровня ножа и ниже или размыв грунта вокруг наружных стен колодца. При размыве грунта по периметру ножа погружают несколько размерно расставленных трубок и в них под больщим напором нагнетают воду, что облегчает погружение колодцев в песчаных грунтах, но мсшоэффективно в связных грунтах. Практически же размыв грунта у наружных стен колодца не всегда возможен и не всегда дает положительный эффект, так как изготовление и установка специальных устройств требует существенных затрат труда и материалов. Известен также способ с применением тиксотропной руба1чки , заключгцощийся в том, что в свободную полость между грунтом и наружной стенкой колодца, образованную наружным уступом стены у ножа колодца, залива ют тиксотропную глинистую суспензию. Таким образом, контакт колодца с грунтом происходит только на участке ниже выступа, а верхняя часть погружается в жидкостную среду, что значи тельно уменьшает силы трения, возникающие при опускании колодца и позво ляет уменьшить собственный вес соору жения, т.е. выполнить их тонкостенны ми, рассчитывая колодцы не по массе с учетом сопротивления грунта, а по прочности стен (1J. Однако приготовление тиксотропной глинистой суспензии, устройство по периметру колодца обсадной шахтыкак меры против обрушения грунта в пределах верхней части прорези, необходимость перемешивания глинистого раствора во избежание его расслоения или .чрезмерного загустения, требуют применения дополнительного технологического оборудования и значительных дополнительных затрат. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ погружения опускного колодца в грунт путем удаления грунта из полости колодца с использованием системы водопонижения. Для обеспечения нормальных условий сооружения колодца на период его опускания предусматривается понижение статического уровня подземных вод посредством сис темы водопонижения. После выемки грунта из полости колодца он погружа ется под действием собственного веса на некоторую глубину. Погружение прекращается, когда силы бокового сопротивления превышают вес опускаемого колодца. Для дальнейшего погружения колодца увеличивают вес его стен путем временной пригрузки, размещаемой на торце стен колодца. В качестве пригрузки могут быть исполь зованы сыпучие материалы (грунт, камень) ; штучные элементы (рельсы, бетонные и железобетонные блоки сборны конструкций); емкости, заполненные водой (баки, закрытые понтоны). Если в пределах контура заглубленного в грунт колодца свободного места для грунторазрабатывающих устройств недостаточно, пригрузку размещают на консолях стальных элементов,укладываемых по верху стен 2. Недостатком этого способа являетс то, что, вследствие повышения центра тяжести системы из-за расположения пригрузки в уровне верха колодца, уменьшается его устойчивость, увеличивается возможность появления перекосов в процессе опускания. Кроме то го, использование временной пригрузк приемлемо для колодцев малых размеро и совсем не подходит для средних и больших колодцев, так как потребуетс большой вес пригрузки- и затраты на ее устройство, что значительно повысит стоимость работ. Цель изобретения - обеспечение погружения колодца до проектной отметки без использования пригруза и тиксотропной рубашки. Указанная цель достигается тем, что в способе погружения опускного колодца в грунт путем удаления грунта из полости колодца с использованием системы водопонижения, систему водопонижения в процессе погружения периодически отключанзт и включают, причем удаление грунта из полости колодца осуществляют циклически после каждого периодического включения системы водопонижения и осумения выработки. Последовательность работ при этом такова. После прекращения опускания колодца от силы собственного веса отключением системы водопонижения повьвиают уровень грунтовых вод до отметки, определяемой конкретными гидрогеологическими условиями. Затем включением системы водопонижения резко снижают уровень грунтовых вод, создавая тем самым гидродинамические силы, обеспечивающие погружение колодца на определенную глубину. После извлечения грунта из полости колодца, цикл отключения и включения системы водопонижения повторяют, причем количество циклов определяется глубиной опускания колодца. Для осуществления предлагаемого способа погружения опускного колодца требуется определить высоту подъема грунтовых вод, которая будет различна для каждого конкретного.случая в зависимости от размеров колодца,гидрогеологических условий и используемой системы водопони ения. Высота поднятия уровня воды в опускном колодце определяется из следующей . зависимости Q,H- Оа К„(Т + Т, - N) , (1) гд §2- соответственно силы массы колодца, отнесенные к единице его периметра выи1е и ниже уровня воды в нем; К и - коэ ффициент надежности погружения колодца - (К„ 7 1); Т, и Tj. - соответственно силы ,. сопротивления погружения колодца, отнесенные к единице его периметра выше и ниже уровня воды в нем; N - гидродинамическая сила, отнесенная к единице его периметра, равная N--cVpy, Т2,, (2% Ь - расчетная высота поднятия уровня воды

в колодце выше острия ножа После преобразований (1) получим,

что,

-ТА(3)

где А К„(Р - S);

В Кн125Н - F(2H - Q) (1 +Tfo (H-Q)-Yt,-((4)

,7-,f, ; .5K.,y,,f,,; %«Гок|V -f V - . Tf -Ja Ji Jo Jt - 1ГД, Лд-

где соответственно коэффициенты боковой деформации грунтов выше и ниже уровня воды в выработке; j- соответственно коэффициенты трения опускного колодца по грунту выше и ниже уровня воды в нем; Q - глубина котлована площадки опускания колодца от дневной поверхности; 6 - приведенная толщина стенки

колодца;

Н - высота колодца; jb - плотность воды; T(5i TI соответственно сила единицы объема массы материала колодца и грунта.;

Чф, Кф - соответственно скорость и коэффициент фильтрации.

Полная расчетная высота подъема воды в выработке равна

ho h + , (5) где h-j, высота заходки при разработке грунта забоя. В предлагаемом способе в условиях переменного обводнения зоны погружения колодца в грунте возникают гидродинамические силы, уменьшающие давление грунта на стенку колодца за счет движения потока от выработки к скважине и отжимания частиц грунта от стенок колодца, что способствует уменьшению трения по боковой поверхности колодца и его посадке на требуемую глубину. Уменьшение сил трения делает возможным уменьшить массу колодца, т.е. рассчитывать его по прочности стен. Использование яв ления уменьшения силы давления грунта на стенку позволяет не только опускать колодец под действием силы веса, но и регулировать равномерность опускания сооружения по всему контуру и исправлять возникающие .крены. Достигается это последовательным включением и выключением водопонизительной системы.

В отличие от известных способов погружения опускного колодца для осуществления предлагаемого способа не требуется дополнительных механизмом и обустройств, например в виде временной пригрузки, а используются лишь водопонизительная система и устройства для разработки грунта в

полости колодца, применяемые ранее в качестве вспомогательных средств.

Пример. На основании проведенных инженерно-геологических изысканий на площадке погружения колодца установлено, что грунтами ее являются однородные, средней крупности пески, обладающие следующими свойствами: коэффициенты бокового давления ,43 и К2.0,6; объемная масса грунта j - 1,8 коэффицие.нты трения ,45 и f«0,2; коэффициент фильтрации Кф-1-10 см/с. -Величин Т-0,174 S-0,048 т/м

Проведенная толщина стенок опускного колодца равНа 0,65 м.

5

Глубина площадки опускания колодца 4,0м,

Пробурено 7 скважин, насосы которых обеспечивают скорость фильтрации уфг2, 7-10 см/с. Уровень грун0товых вод понижен системой водопонижения до отметки 14,50 м.

Опускание колодца осуществлялось путем разработки и выемки грунта внутри стакана при помощи бульдозера ДТ-74 и крана 3-10011, обору5дованного грейфером. Под действием сил собственного веса колодец опускался равномерно, в среднем 0,3 м в сутки.

Зависание колодца происходит на

0 отметке 13,7 м.

Далее определяют высоту поднятия грунтовых вод по формуле (3). Находят значение коэффициентов (4) А-1,2(0,174-0,048)0,151

5 , 0,048 -13,7-0,174(2-13,7-4)-2,,0.0,,0 С 1 3, 7 tl, 2-0,174 (13, 7-4)-2, 4--О, 65 6,3 т/м; -г

„ - 2 ,7-10 ,3

°Го- 1.-10- - 2,7 т/м .

0 Из формулы (3) получают, что

,После зависания колодца отключены насосы всех скважин, и уровень грунтовых вод поднялся на 0,9 м выше отметки ножа. За 2 ч колодец погрузился на 0,55 м. Используя описанный способ, колодец успешно был опущен до проектной отметки 15,96.

Во время погружения колодца был перекос стакана. Отклонение от вертикальной плоскости составляло 28 см. Для выравнивания крена отключены 2 скважины со стороны высокой части стакана на 2 ч. После появления воды скважины вновь включены и перекос частично неправлен - превышение теперь составило 5 см. После повторного отключения и включения этих же скважин перекос устранен полностью.

Использование предлагаемого способа погружения опускного колод-, ца в грунт по сравнению с известными обеспечивает возможность погружения 7 78 колодцев облегченной конструкции, т.е. рассчитанных только по прочноети стен, а не по массе, с учетом сопротивления грунта, что позволит сэкономить порядка 50% железобетона; возможность осуществления в процессе погружения выравнивания отклонившегося от проектного положеиия колодца без применения дополнительного оборудования; снижение затрат на оборудование для осуществления способа, что значительно снизит стоимость строительных работ при возведении подземных сооружений методом опускного колодца, Формула изобретения Способ погружения опускного колодца в грунт путем удаления грунта из полости колйдца с использованием 08 снстемл водопонижения, о т л и чающийся тем, что, с целью обеспечения погружения до проектной отметки без использования пригруза и тиксотропной руба1чки, систему водопонижения в процессе погружения периодически отключают и включают, причем удгшение грунта из полости колодца осуществляют циклически после каждого периодического включения системы водопонижения и осушения выработки, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 540967,.кл. Е 02 D 7/26, 1976. 2. Силин К.С. и Глотов П.М, Опускные колодцы. М., Транспорт , 1971, с. 103-108.