Опускной колодец представляет собой замкнутую в плане и открытую сверху и снизу полую конструкцию, бетонируемую или собираемую из сборных элементов на поверхности грунта и погружаемую под действием собственного веса или дополнительной пригрузки по мере разработки грунта внутри её. После погружения до проектной отметки внутреннюю полость опускного колодца полностью или частично заполняют бетоном или используют для устройства заглубленного сооружения.
Опускным способом могут возводиться сооружения значительных размеров при глубине погружения до 70 м преимущественно круглой или овальной формы с наибольшим диаметром до 80 м. Известны случаи погружения колодцев квадратной и многоугольной формы.
Сущность способа состоит в том, что из-под ножевой части конструкций извлекается грунт, и под действием силы тяжести колодец врезается в грунт и опускается на заданную глубину.
Погружение конструкции в грунт будет происходить, если ее вес будет превышать силы сопротивления погружению не менее, чем на 25%:
,
где Q - масса колодца, в том числе с учетом взвешивающего давления воды при погружении ниже уровня грунтовых вод;
Т - сила сопротивления погружению за счет бокового трения:
,
где S - площадь погружаемой части колодца, м2;
f - средневзвешенное значение удельных сил трения, т/м2 (кН/м2, Па).
Монолитные железобетонные колодцы начинают сооружать с ножевой части, которую располагают на деревянных подкладках или на уплотненном песком (щебнем) основании (рис. 2.2.1, а). Нож колодца располагают на ровной площадке или в пионерном котловане глубиной 2-5 м в зависимости от грунтовых условий и размеров колодца. Нижняя часть имеет уступ для уменьшения трения грунта.
Опалубка применяется следующих типов: щитовая разборно-переставная, несъёмная с гидроизолирующим слоем, стационарная деревянная, скользящая.
Армирование осуществляется стержневой арматурой или армокаркасами.
Бетонирование ведется равномерными слоями 0,25...0,5 м по периметру колодца способом наращивания.
Гидроизоляция выполняется с наружной и внутренней стороны.
Погружение колодца производится после достижения бетоном в ножевой части 100% прочности.
Разработку грунта ведут послойно на 0,3...0,5 м от середины к ножу колодца с использованием механизмов, гидромеханизации и вручную. Грунт поднимается на поверхность кранами в бадьях или экскаватором (рис. 2.2.1, б).
Рис. 2.2.1. Погружение монолитного железобетонного опускного колодца: а) последовательность погружения; I - изготовление первого яруса на поверхности грунта; II - погружение первого яруса; III - наращивание оболочки; IV - погружение до проектной отметки; V - заполнение бетоном полости (при использовании как фундамента глубокого заложения); б) бетонирование и погружение колодца; в) разработка грунта в колодце (насухо); г) то же, под водой; 1 - стены колодца с ножом; 2 - экскаваторы; 3 - бадья для грунта; 4 - опалубка с подмостями наращиваемого яруса стен; 5 - кран; 6 - грейфер; 7 - бульдозер; 8 - въездная траншея; 9 - отвалы грунта; 10 - самосвалы; 11 - экскаваторы на погрузке
При приближении разработки к ножу, грунт теряет устойчивость под ножом, и колодец погружается на толщину разработанного слоя. По мере погружения железобетонные стены колодца наращиваются. Одновременно производится борьба с затоплением колодца грунтовой водой путем откачки и др. способами.
Устройство днища завершает процесс опускания колодца. При погружении колодца в рыхлых водонасыщенных грунтах возможны наплывы грунта внутрь колодца из-под ножа, что затрудняет устройство днища. Борьба с этим явлением ведется следующими способами:
- устройство дренажной пригрузки (сыпучий материал закрывают железобетонными плитами);
- инъецирование в грунт жидкого стекла, синтетической смолы с отвердителем, быстротвердеющего цемента, битумной эмульсии;
- заполнение колодца водой выше уровня грунтовых вод и стабильного поддержания на одном уровне.
В сухом котловане днище бетонируется по обычной технологии. При наличии воды применяются методы подводного бетонирования, например, ВПТ. Бетонную смесь укладывают на 10 см выше проектной отметки, т.к. этот слой непрочен из-за соприкосновения с водой. Слой удаляется после откачки воды. Для днища применяется обычно оклеечная гидроизоляция.
Особенность сооружения сборных железобетонных колодцев связана с полным монтажом стен до погружения колодца. Монолитные колодцы сооружаются с постепенным наращиванием стен в процессе погружения. Конструкция сборных железобетонных стен более легкая, появляется необходимость анкеровки колодца против всплытия под гидростатическим напором грунтовой воды, масса сборных элементов бывает недостаточна для успешного погружения колодца, поэтому применяется тиксотропная "рубашка".
Типовые сборные железобетонные колодцы проектируют круглые, диаметром 16, 24, 36 и 42 м, глубиной от 10 до 25 м. При глубине до 12 м стены проектируют одноярусные. При большей глубине - двухярусные: нижний ярус - из панелей с ножом, верхний ярус - из плоских панелей с углублением для упора анкерного "воротника".
Работы по сооружению сборных колодцев выполняются в следующей последовательности: монтаж стен колодца, сварка и замоноличивание стыков, передача нагрузки от массы колодца на грунт, погружение колодца, монтаж конструкций анкеровки, устройство монолитного днища, гидроизоляция.
Монтаж стен колодца производится на выровненной песком площадке, расположенной в пионерном сухом котловане глубиной 3-5 м или на планировочных отметках строительной площадки. В зависимости от размеров колодца по периметру стен на песчаной подготовке укладываются деревянные шпалы или железобетонные плиты с расстоянием одна от другой 0,5.,.1,5 м (рис. 2.2.2).
Монтаж стен колодца ведётся стреловым краном. Масса панелей составляет более 15 т. Для выверки и временного закрепления конструкций используется вращающийся кондуктор, который закреплен на металлической трубе диаметром 400 мм, забитой в центре колодца.
Кондуктор представляет собой консольную конструкцию, шарнирно- вращающуюся на стойке (металлической трубе), в конце которой имеется струбцина для закрепления монтируемой панели.
Заделка монтажных стыков выполняется приваркой накладок. В полость стыка с помощью бетононасоса нагнетается бетонная смесь.
Применяемые способы заделки стыков должны обеспечивать стенам колодца такую же прочность и водонепроницаемость, как и составные сборные элементы.
Рис. 2.2.2. Сооружение сборного железобетонного опускного колодца: а) раскладка плит под стены колодца (Х-отмечен порядок выдергивания плит), б) монтаж сборных железобетонных стен колодца с временным закреплением в кондукторе; в) погружение колодца в тиксотропной "рубашке", г) анкеровка колодца; 1 - железобетонные плиты или шпалы, 2 - сборная железобетонная стена; 3-поворотный кондуктор со струбциной; 4 - башня кондуктора; 5 - глинистый раствор; 6-анкерный "воротник"; 7 - обратная засыпка; 8 - монолитное днище; 9 - анкерные сваи; 10 - форшахта; 11 - инъекторы для подачи тиксотропного раствора; 12 - трубопровод для подачи раствора; 13 - установка для изготовления раствора
Передача нагрузки от массы колодца на грунт производится путем выдергивания из-под ножа колодца подкладок (плит или шпал) по 2 штуки с противоположных сторон одновременно (рис. 2.2.2, а).
Последние плиты срезаются под тяжестью колодца. Иногда применяется взрывной способ разрушения последних подкладок. В результате колодец должен плавно осесть на грунт и дать минимальную осадку 0,2-0,3 м. Этим контролируется полная передача нагрузки на поверхность грунта.
Погружение колодца производится послойно разработкой грунта от середины к ножу по аналогии с монолитными колодцами. В связи с тем, что сборный колодец легче монолитного, во избежание зависания и перекосов, в зазор (щель) между железобетонной стенкой и грунтом заливается глиняный "тиксотропный" раствор, который уменьшает трение колодца о грунт. Метод получил название погружение в тиксотропной "рубашке".
Анкеровка колодца в грунте выполняется сразу после достижения проектных отметок, путем монтажа сборных железобетонных плит "воротника", упирающегося в паз с внешней стороны стенок колодца (рис. 2.2.2, г). "Воротник" создает «пригруз» за счет собственного веса и массы грунта от обратной засыпки пионерного котлована.
Устройство монолитного днища производится по аналогии с монолитным колодцем. Особенностью является забивка свай в отверстия днища с целью дополнительной анкеровки колодца против всплытия. Забивка анкерных свай производится в отдельных случаях.
Гидроизоляция и другая защита от грунтовой воды производится также как и для монолитных колодцев.