Колодцы опускные сооружаются по специальным строительным технологиям, которые могут использоваться при возведении различных построек, где требуется фундамент значительного заглубления. Применение доказало их высокую надежность и эффективность.
В настоящее время опускные колодцы и кессоны уже не считаются редкостью и становятся достаточно популярными. При использовании такой технологии важно правильно произвести все расчеты на стадии проектирования, и эту работу лучше доверить специалистам.
Содержание
Сущность сооружения
По своей сути опускной колодец представляет собой полую форму, которая заглубляется в землю и исполняет роль оболочки для дальнейшего формирования определенной конструкции.
Строительство на такой основе получило название способ опускного колодца. Применяется эта технология для строительства заглубленных сооружений, возведения фундаментов и опор с углубленным заложением. Данная система позволяет перераспределять нагрузки на нижние слои грунта, имеющие повышенную прочность.
Принцип способа основан на погружении в грунт стенок конструкции под собственным весом. Этому способствует ножевая часть опускного колодца, которая является одной из его составляющих.
Подземная колонна собирается на поверхности, а нож контактирует с грунтом. После выемки земли из внутренней полости начинается постепенное заглубление системы. Причем нож опускного колодца установлен так, что почва выдавливает внутрь формы.
Рассматриваемые конструкции изготавливаются из бетона, железобетона, стали, дерева и камня. Наиболее распространены железобетонные. По геометрии поперечного сечения различаются круглые, овальные и прямоугольные (квадратные) формы.
Колодцы могут иметь монолитную бетонную или стальную конструкции, собираться из тонкостенных элементов или представлять собой колонну пустотелых блоков. По технологическим соображениям строительство колодца может осуществляться в сухом грунте; при искусственном заглублением водоносного пласта (с водоотливом, водоотводом) или непосредственно под водой (без водоотлива, водоотвода).
Обустройство колодца
Наиболее распространенным вариантом является отпускной колодец круглой формы. В вертикальном направлении он может выполняться в виде цилиндра, конуса и ступенчатой конструкции. На нижнем торце формируется заострение со скосом внутрь. Простое заострение называется консолью, а если оно усилено металлом — ножом. Естественно, что стальной нож облегчает опускание блока в грунт.
Возводить колодец можно двумя основными способами: наращивание колонны по мере погружения или сборка всей колонны с последующим ее опусканием. После того, как блоки погружаются на заданную глубину, осаживание колонны прекращается, а внутренняя полость частично или полностью заполняется бетонной смесью. Монолитное заполнение обеспечивается при строительстве опор (фундамента), а частичное — при формировании подземных подвальных помещений.
Возведение сооружений методом опускного колодца устраняет необходимость рытья котлована для фундамента и установки опалубки. Это очень важно при проведении строительных работ в болотистой местности, при высоко залегающих подземных водах, рыхлых почвах. Глубина опускания колодца чаще всего составляет 6-8 м, а порой достигает 20-25 м. Понятно, что копание ямы такой глубины очень затруднительно, а порой невозможно. Опускной колодец исправляет положение и служит оболочкой (несъемной опалубкой) глубокой подземной части сооружения.
Размеры опускного колодца могут быть различными в зависимости от назначения. Достаточно часто таким методом возводятся достаточно крупные сооружения, и диаметр блоков может составлять 60-80 м. При больших габаритах для усиления бетонной конструкции их внутренняя полость разделяется перегородками (ячеистый тип).
Опускание колонны блоков, как правило, обеспечивается ручным способом, т.е. простым подкапыванием под стенками с удалением грунта наверх. В то же время для ускорения строительства и повышения надежности применяются и специфические методики. Так, в песчанике или сыпучих грунтах используются вибраторы.
При прохождении глинистых участков находит применение система введения раствора на основе глины в зазор между колонной и грунтом, что дает смазывающий эффект. В последующем в такой раствор добавляется цемент, обеспечивающий монолитный упрочняющий слой. В случае прохождения водонасыщенных участков могут устанавливаться насосы для откачки влаги.
Если работы ведутся на достаточно твердой почве, то порой используется средство принудительного осаживания колодца, например, гидравлический домкрат.
Основное преимущество опускных колодцев заключается в возведении глубоких фундаментов без применения специальной дорогостоящей техники. В то же время необходимо отметить сложности, которые могут возникать при строительстве. Данная технология не может применяться в каменистых грунтах.
Даже наличие крупных валунов на трассе опускания колонны создает порой неразрешимую проблему. Сложностью методики является и обеспечение строгой вертикальности колонны. Осаживание блоков требует равномерного подкапывания и постоянного контроля процесса погружения.
Что учитывается при проектировании
Проектирование опускных колодцев включает такие направления, как расчет необходимых размеров блоков, глубины их погружения, а также выбор материалов и конструкции. Главная цель рассматриваемой технологии — установка опоры на твердый, прочный грунт. Глубина колодца чаще всего определяется именно залеганием такого пласта.
Расчет опускных колодцев определяет размер поперечного сечения блоков, толщину стенок, необходимость внутренних перемычек, площадь опоры на грунт. При проведении расчетов важно учесть все опасные воздействия. К основным механическим факторам можно отнести следующие нагрузки:
- масса сооружения, приходящаяся на данную опору с учетом перераспределения усилий, и самого колодца;
- сила трения при погружении колонны;
- боковое давление грунта, в т.ч. при его промерзании и подвижках;
- распирающее усилие грунта изнутри при осаживании колодца.
Прочностные характеристики формируемой опоры зависят также от несущей способности слоя грунта, на который опирается сооружение. Исходя из этого параметра определяется необходимая площадь подошвы колодезной колонны.
Конструктивные элементы
Нижний конец колодца (подошва) опирается на твердый слой грунта. Такая естественная подложка очень редко бывает идеально ровной, и для обеспечения горизонтальности установки нижнего блока, подошва заглубляется в опорный грунтовый слой на 0,8-1,5 м. Это необходимо учитывать при расчетах как нижнюю отметку уровня заливки бетонной смеси.
В верхней части колодца обустраиваются выступы в разные стороны с шириной, составляющей не менее 2% всей длины подземной части колодца (но не менее 45 см). Такое условие обеспечивает возможность крепления любой надфундаментной конструкции опоры (фундамента).
При большом заглублении колодца возникают значительные боковые нагрузки. Погасить чрезмерные усилия призваны внутренние перемычки, обеспечивающие повышенную жесткость формы.
Толщина основной стенки железобетонного колодезного блока выбирается исходя из расчетов, но чаще всего принимают порядка 0,6-1,6 м в зависимости от внешних габаритов. Толщина внутренних перегородок составляет 0,3-1,2 м.
При изготовлении стенок блоков производится горизонтальное и вертикальное армирование стальными стержнями. Размеры арматуры определяются из расчетов нагрузок, возникающих во время осаживания колодца.
Нижняя консоль формируется с переменным поперечным сечением по вертикали. Консоли чаще всего комплектуются стальными ножами с горизонтальным участком (банкеткой) размером 16-25 см с острой кромкой.
Для устранения упора внутренних перегородок на почву их нижний торец размещается на 40-50 см выше среза стенок. При необходимости возведения подвального помещения между ячейками блока организуются проходы в перемычках, для чего изготавливаются соответствующие проемы.
В нижней части колодца на расстоянии порядка 2,3-2,5 м от ножа в наружных стенах и перемычках формируются штрабы глубиной 20-35 см и высотой 90-140 см для улучшения адгезии между колодезными элементами и бетонной заливочной массой.
При опускании колодцев на значительную глубину необходимо преодолевать большие нагрузки за счет трения стенок блока о грунт. С целью повышения надежности конструкции в этом направлении на наружной поверхности стенки устраиваются один или несколько уступов шириной более 12 см. Первый такой элемент размещается на высоте 2,5-3 м от нижнего края колодца.
Другой вариант решения проблемы — изготовление наружной поверхности с наклоном (не более 20:1), а вертикальный участок присутствует только внизу на длине 3,5-5 м от края.
Некоторые тонкости строительства
При использовании принудительного погружения колодца обычно применяют гидравлические домкраты мощностью 600-1400 кН с хода штока 9-15 м. Для обеспечения равномерного давления гидравлическая схема должна иметь возможность независимого включение (отключение) каждого элемента домкрата.
Для выемки удаляемого грунта в больших количествах подходят грейферы или устройства, работающие по принципу гидромеханизации. Такими способами удается обеспечить возведение сооружений площадью до 450 кв.м и диаметром до 50 м. При этом глубина погружения колодцев достигает 45-50 м.
Опускные колодцы давно используются в разных странах мира при необходимости установки опор или фундаментов глубокого заложения. В последнее время технология приобрела популярность и в нашей стране.
Применение данного способа избавляет строителей от трудоемкой и затратной операции копания котлована, а также помогает значительно экономить бетон. При правильных расчетах создается возможность строительства очень надежных опор даже на сыпучих и болотистых почвах.