Пример расчета опускного колодца

Опускные колодцы

Опускные колодцы являются довольно распространённой конструкцией при возведении фундаментов глубокого заложения. Технологическая последовательность производства работ по устройству опускного колодца показана на нижеприведённой схеме.

Технологическая последовательность выполнения работ по устройству фундамента глубокого заложения - опускного колодца.

Последовательность выполнения работ по устройству опускного колодца в соответствии с обозначениями на схеме:

1. Устройство колодца непосредственно на поверхности грунта (массивная ж/б конструкция, как правило, круглая в плане).
2. Разработка грунта из нутрии колодца (опускание колодца).
3. Наращивание колодца (опускание происходит под собственным весом).
4. Погружение колодца на проектную отметку и удаление из него грунта.
5. Заполнение колодца (бетонирование – создание массивной опоры).

Если колодец входит в состав фундамента, то такие колодцы называются массивными.

Если колодец используется в качестве помещения (резервуар, насосная станция и т.д.), то такие колодцы называются легкими или колодцами – оболочками.

Форма колодца в плане может быть различной (см. схему) и определяется, в конечном счёте, назначением конструкции и применяемым материалом.

Схема конфигурации опускных колодцев в плане.

Плоские стенки колодца будут работать на изгиб от бокового давления грунта, а стенка круглого колодца - только на сжатие, что является основным их преимуществом. Погружению колодца в основание сопротивляются силы трения по периметру наружных стен колодца о грунт. Для уменьшения трения колодцам придают коническую или цилиндрически - уступчатую форму (см. схему).

Цилиндрическая, коническая или уступчатую форма наружной поверхности колодца.

Коническая форма опускного колодца не устойчива при опускании (возможен перекос колодца) поэтому применяется довольно редко. Наиболее часто в нижней (ножевой) части колодца, по его внешнему периметру устраивается уступ (щель), заполняемая глинистым раствором. В результате создаётся так называемая тиксотропная рубашка – глинистый раствор позволяет уменьшить толщину стен опускного колодца в 2…3 раза.

Очень часто опускные колодцы должны проходить верхнюю толщу слабых водонасыщенных грунтов (песков с высоким уровнем грунтовых вод (У.Г.В.) и высокой фильтрующей способностью) (см. схему).

Схема возможной деформации грунтового пространства вокруг колодца при интенсивном водопонижении.

В этом случае при выемке грунта из колодца, вода проникает внутрь колодца, вызывая перемещения частиц грунта – происходит механическая суффозия. В результате вокруг колодца образуется грунт с нарушенной структурой. Поверхность грунта начинает опускаться, вызывая деформации соседних зданий, строительным механизмом, что не допустимо.

Альтернатива данному явлению – погружение колодца без откачки воды. В этом случае ведут подводные земляные работы при гидростатическом равновесии (см. схему).

Производство таких работ затруднено, поскольку разработка грунта ведётся под водой, что не позволяет визуально оценить грунтовые условия непосредственно под режущей кромкой ножа, особенно в том случае, если в основании могут встретиться неоднородные включения.

Схема погружение колодца без откачки воды.

В качестве примера, производство работ при устройстве опускного колодца, представлено на следующем видеоролике.

Разработка грунта из колодца экскаватором с удлинённой стрелой.

Не трудно заметить, что на видеоролике представлено опускание круглого колодца, состоящего из сборных ж/б элементов. Грунт основания – глина с низким коэффициентом фильтрации, поэтому поступление грунтовых вод в колодец практически не происходит. Выемка грунта осуществляется экскаватором с обратной лопатой на специальной удлинённой стреле.

Пример расчета опускного колодца

Рассчитывается колодец конструкции ППСП, погружаемый в тиксотропной рубашке. Внутренние размеры сооружения, размещение внутренних стен и перекрытий приведены на рис. 21. Стены колодца железобетонные, бетон марки 300 ( кг/см²), арматура — сталь A-II ( кг/см²), т/м³.

По внутренней поверхности стен устраивается металлическая листовая гидроизоляция. Удельный вес тиксотропного раствора —1,1 т/м³.

Гидрогеологические условия: грунты — однородные суглинки; напластования пологие; уровень грунтовых вод находится на отметке 9,8 м. В период эксплуатации ожидается повышение уровня грунтовых вод на 4,65 м до отметки 5,15. Объемный вес грунта = 2,0 т/м³. Расчетные углы внутреннего трения и сцепления: при = 30° С = 0,6 т/м²; коэффициент бокового давления = 0,5; при = 12° С = 0,2 т/м².

Условия производства строительных работ, влияющие на расчет сооружения: пригрузка поверхности строительными механизмами и отвалами грунта в период погружения 1,0 т/м2. В период погружения производится водопонижение, грунтовые воды не оказывают давления на сооружение и в расчете не учитываются. Грунты разрабатываются насухо экскаваторами. Прилегающая площадка в период погружения имеет одностороннюю выемку глубиной 1,5, шириной В = 6,4 м и в период эксплуатации — одностороннюю насыпь высотой 2,5, шириной В = 4,2 м ( = 1,6).

Рис. 21. Общий вид колодцы:
а – период погружения; б – период эксплуатации; 1 – выемка; 2 – уровень грунтовых вод; 3 - насыпь.

Выемка и насыпь имеют радиальное направление и значительное протяженность.

Расчетные нагрузки в период погружения. Постоянные нагрузки. Собственный вес стен колодца с металлической гидроизоляцией следующий:

Временные нагрузки. Давление тиксотропной суспензии на стену при м; т/м²; , т.

Давление грунта на стену в зоне ниже тиксотропной рубашки. Увеличение условной толщи грунта от пригрузки поверхности

м.

Коэффициент неравномерности с учетом выемки

Давление на нож снаружи колодца

т/м².

Давление на нож изнутри колодца

Силы трения по грунту определяем по рис. 14. Для суглинков при и расчетной глубине м т/м², тогда т.

Силы трения в зоне тиксотропной рубашки

т.

Расчетная схема колодца в период погружения приведена на рис. 22.

Расчетные нагрузки в период эксплуатации. Постоянные нагрузки.

Собственный вес днища

Собственный вес покрытия

Собственный вес внутренних стен

Рис. 22. Расчетная схема колодца в период погружения.

Собственный вес засыпки по перекрытию

т.

т.

Грунт давит на стены. Увеличение высоты условной толщи грунта при пригрузке

м.

Коэффициент неравномерности с учетом насыпи

.

Верх колодца находится на 5 м ниже планировочной отметки.

Возможен подъем грунтовых вод до верха колодца. Давление на глубине 18,75 м.
Значит, т/ м ².