3

«(т'⁺"»)]-•

Прочность шпунта при этом должна быть достаточной для вос­приятия изгибающих моментов от сил, действующих выше нижней распорки, т. е.

,, Я — Я_р

в з 3

где #0 — расчетное сопротивление шпунта, кгс/см². У? — момент сопротивления шпунта, см³/м.

Распорные крепления и шпунт должны быть проверены на прочность по двум расчетным схемам.

Схема 1. Стенку рассматривают как неразрезную балку, опираюш.уюся на крепления и имеющую консоль длиной 1+Н_р. В этой схеме учитывают все силы, показанные на рис. У.21, б.

Схема 2. Стенку рассматривают как неразрезную балку, опирающуюся на крепления и нижнюю (крайнюю) условную опо­ру, расположенную в грунте на глубине 0, 5^ от дна котлована. В этой схеме учитывают только активные силы, расположенные выше нижней опоры (пассивное давление грунта со стороны кот­лована не учитывают).

Расчет цилиндрического крепления. Кольцевое шпунтовое креп­ление (см. рис. У.14) должно быть проверено на общую устойчи­вость при сжатии. На каждый ярус крепления действует радиаль­ное давление, передаваемое шпунтом, интенсивностью д. Сжимаю­щая сила в кольце

Устойчивость обеспечена, если

«= -=— < /? о.

Здесь ^_к — радиус осевой линии кольца;

^о — расчетное сопротивление стали; ^бр — площадь сечения кольца брутто; < р — коэффициент продольного изгиба.

Коэффициент ф находят по общим правилам расчета стальных конструкций, причем расчетную свободную длину 1₀ кольца прини­мают равной 1, 82 7? _к.

У.5. ЗАЩИТА КОТЛОВАНОВ ОТ ГРУНТОВЫХ ВОД ЗАМОРАЖИВАНИЕМ И БИТУМИЗАЦИЕЙ ГРУНТОВ

Свойство влажных грунтов переходить в твердое состояние при замерзании может быть с упехом использовано для защиты кот­лованов от грунтовых вод. Замораживание может быть естествен­ным и искусственным.

Естественное замораживание осуществимо в районах Крайнего Севера и Дальнего Востока, характерных продолжительными зи­мами со значительными отрицательными температурами. В этих условиях котлован вскрывают до уровня грунтовых вод в период до наступления морозов. Затем с наступлением отрицательных тем­ператур и промерзания грунта на глубину 20—30 см снимают верх­ний слой, оставляя нетронутыми 10—15 см мерзлого грунта. После того как грунт вновь промерзнет на 20—30 см, опять снимают верх­ний слой и т. д. Одновременно с дном котлована промораживают и его стены. В результате котлован со всех сторон оказывается защищенным от воды слоем прочного мерзлого грунта.

Искусственное замораживание применяют, в водонасыщенных грунтах (в том числе и в плывунах) при разработке значительных по объему котлованов. Этот способ состоит в создании по перимет­ру котлована стенки из мерзлого грунта, заглубленной на 2—3 м в водоупор. При соответствующей толщине замороженного грун­та такая стенка не только водонепроницаема, но и достаточно прочна, чтобы заменить собой шпунт. Грунт замораживают, погру­жая в него трубы, в которых циркулирует охлаждающий раствор хлористого натрия (ЫаС1) или хлористого кальция (СаСЬ), назы­ваемый рассолом.

Вокруг труб образуются цилиндры мерзлого грунта, которые, смыкаясь между собой в процессе замораживания, создают сплош­ную стенку.

При аммиачной замораживающей установке (рис. У.22) охлаж­дение рассола до минус 20—25° С происходит в сосуде-испарите­ле 4, откуда он через распределительный коллектор 9 подается насосом 7 в замораживающие колонки 10 и затем через коллек­тор 8 засасывается опять в сосуд-испаритель для последующего охлаждения и т. д. Рассол циркулирует непрерывно и, проходя че­рез замораживающие колонки, постепенно охлаждает грунт до температуры минус 16—18° С. Для охлаждения рассола в змеевик, расположенный в сосуде-испарителе, подается жидкий аммиак, сжатый до 8—12 кгс/см². В змеевике с помощью вентиля 6 давле­ние аммиака снижают до 1, 5 кгс/см², вследствие чего аммиак пе­реходит в газообразное состояние и температура его снижается примерно до —25° С.

Пары аммиака всасываются компрессором 3, где они вновь сжи­маются до 8—12 кгс/см² и затем в конденсаторе 2 переходят в жид­кое состояние с температурой минус 15—20° С. Пройдя вторичный конденсатор /, жидкий аммиак по трубопроводу 5 вновь поступает в змеевик сосуда-испарителя.

Колонки располагают по периметру котлована через 0, 9—1, 5 м; ври очертании котлована, близком к квадратному, колонки реко­мендуется располагать по описанной окружности с тем, чтобы за-

мороженная грунтовая стенка образовала цилиндр. Толщина стен­ки замороженного грунта зависит от ее назначения: если она слу­жит только для защиты от притока грунтовых вод, то достаточно] иметь толщину 10—15 см, если же она одновременно выполняет роль ограждения котлована, то толщину устанавливают расчетом на прочность.

Режим работы замораживающей установки состоит из двух этапов: на первом этапе, называемом активным замораживанием, замораживают грунт, на втором — пассивном замораживании — поддерживают отрицательные температуры грунта в течение всего! времени производства работ в котловане.

В скальных трещиноватых 'породах с большим притоком воды через дно котлована иногда приходится прибегать к устройству водонепроницаемых экранов, нагнетая в породу битум марок БН-Ш или БН-У

Разогретый до жидкого состояния битум подают насосом в инъекторы, которые располагают в скважинах диаметром 100 мм, пробуренных в породе ниже дна котлована. Инъектор де­лают из толстостенных труб диаметром 40—50 мм. В пределах трещиноватой породы трубы имеют отверстия, через которые битум проникает в трещины и, остывая, заполняет их.

Для подогрева жидкого битума в инъекторе применяют элек­троток. Ток напряжением 12 В подают от источника по проводам, подключенным к корпусу инъектора и к железному стержню-про­воднику, опущенному внутрь инъектора и прикрепленному к его нижнему концу. Во избежание короткого замыкания проводник по длине крепят на изоляторах, а верхний конец натягивают пружи­ной или грузом, перекинутым через блок. Расстояние между инъ-екторами определяют пробной битумизацией. Обычно оно равно 0, 75—1 м.

В песчаных грунтах битумизируют нагнетанием битумной эмульсии, состоящей из 60—65% битума, 35—40% воды и доба­вок: эмульгатора, обеспечивающего распад битума на мельчайшие частицы, и коагулятора, необходимого для осаждения взвешенных в воде частиц битума после его нагнетания в грунт.

У.6. ПЕРЕМЫЧКИ

При постройке фундаментов на местности, покрытой водой, напри­мер в русле реки, котлованы защищают от затопления специаль­ными ограждениями, называемыми перемычками (рис. У.23). В плане перемычкам придают простейшее очертание. Если котло­ван омывается водой со всех сторон, то его ограждают замкнутой четырехсторонней перемычкой (рис. У.23, а); вблизи берега при соответствующих отметках земли перемычка может быть трехсто­ронней (рис. У.23, б). Учитывая возможные колебания уровня во­ды, подпор, высоту волн и прочее, верх перемычек располагают выше уровня воды не менее чем на 0, 7 м.

Рис. У.23. Схема перемычек: 1 — перемычка; 2 — котлован

Основные требования к конструкциям перемычек:

перемычки должны быть прочны и устойчивы при действии на них внешних сил — давления воды, льда, случайного навала судов и т. д.;

перемычки не должны размываться проточной водой и вол­нами;

стеснение перемычками живого сечения реки должно быть ми­нимальным. Допустимую величину стеснения определяют из расчетов возможного размыва дна реки и скорости течения воды. По условиям судоходства стеснение русла не должно превышать 30%;

перемычки должны быть достаточно водонепроницаемыми и надежно защищать котлован от притока воды.

В зависимости от глубины воды, грунтов дна реки и других местных условий перемычки могут быть грунтовыми, деревянны­ми, стальными и железобетонными; весьма- распространены сме­шанные конструкции, преимущественно дерево-грунтовые.

Грунтовые перемычки. Наиболее просты грунтовые перемычки (рис. У.24, а). Они могут быть отсыпаны из любого грунта, кроме глины и тяжелых суглинков, так как последние пучатся при за­мерзании, плохо уплотняются, размокают при увлажнении и легко размываются водой. Лучшие грунты для грунтовых перемычек — супеси и легкие суглинки. Грунтовые перемычки обычно устраи-

1-2м. вают на сухих поймах для защи-.

ты котлована от паводковых вод при глубине последних не более

2 м.

В поперечном сечении пере­мычки имеют форму трапеции а шириной поверху от 1 до 2 м, в" зависимости от водопроницаемо­сти грунтов, из которых они воз-] водятся, глубины воды, а также" необходимости размещения на! них различных строительных ме-^ ханизмов (насосов, кранов и пр.).» Ширина понизу определяется крутизной боковых откосов; со стороны котлована им придают уклон не круче 1: 1, а со стороны воды 2: 1—3: 1. При скорости те­чения воды до 0, 1 м/с наружные откосы оставляют без крепления. При больших скоростях откосы укрепляют от размыва каменной наброской, мощением, хворостя­ной выстилкой и т. д. Перемычки нужно располагать на некотором удалении от бровки котлована, желательно за пределами призм обрушения его стен; в противном случае стены должны иметь крепления, рассчитанные на вес перемычек.

Для лучшей водонепроницаемости в теле перемычки может быть выложено ядро из мятой глины (рис. У.24, б). Если верхний слой грунта водоносный, то его прорезают глиняным ядром до во-доупора. На реках с песчаным руслом перемычки могут быть от­сыпаны из местного песка (рис. У.24, в). При скорости течения воды до 0, 5—0, 7 м/с песок не уносится водой при отсыпке его не­посредственно в воду, а в результате заиливания мелкими части­цами, взвешенными в речной воде, даже крупнозернистые пески становятся водонепроницаемыми.

Песчаные перемычки применяют при глубине воды до 4 м, а иногда и до 6—8 м. Ширину поверху назначают не менее 2— 3 м. Крутизна откосов, определяемая углом естественного откоса песка, насыщенного водой, составляет для наружных откосов 3: 1—5: 1 и для внутренних 3: 1. Для удержания внутренних от­косов от сползания и уменьшения объема песка со стороны котло­вана ставят деревянную стенку из козел и щитов. Козлы опуска­ют на дно, пригружая их камнем, затем укладывают щиты, после чего отсыпают песок.

Откачивать воду из-за песчаной перемычки нужно осторожно, так как при быстром понижении уровня воды и резко возрастаю­щем напоре песок не будет достаточно заилен и перемычка легко

может быть размыта. Песчаные перемычки имеют значительный объем; возводить их целесообразно средствами гидромеханизации (намывом).

Грунтовые перемычки рассчитывают на устойчивость против сдвига и на фильтрацию воды.

Вес 1 пог. м перемычки (см. рис. V. 24, а)

О=0, 5(5 + *)Л'у_взв.

Сдвигающими силами будут: статическое давление воды

Проверку на сдвиг производят по формуле

^С/ > 1, 5.

Количество воды (в м³/с), поступающей через 1 пог. м пере-

мычки

9 =

Здесь В, Ь — ширина понизу и поверху, м; Н — высота перемычки, м; ■ увзв — нормативный объемный вес грунта перемычки с учетом взве­шивания в воде, тс/м³; Н_в — глубина воды, м; V — скорость течения воды, м/с; § — ускорение силы тяжести, равное 9, 81 м/с²; / — коэффициент трения, принимаемый равным 0, 5—0, 3; Кф — коэффициент фильтрации грунта перемычки, м/с; Ь — проекция на горизонталь кривой депрессии, м.

По величине ^ находят приток воды, по которому подбирают необходимую производительность насосов для откачки воды из котлована.

Смешанные перемычки. Смешанные перемычки состоят из де­ревянных шпунтовых рядов, водонепроницаемость которых повы­шается грунтом или в редких случаях бетоном. Такие перемычки применяют при водопроницаемых грунтах для защиты котлована не только от поверхностных, но и от грунтовых вод.

Однорядная шпунтовая перемычка, состоящая из шпунтовой стенки, обсыпанной с одной стороны грунтом (рис. У.25, а), может быть одновременно использована для ограждения стен котлована; в этом случае ее укрепляют распорным креплением. Однорядные шпунтовые перемычки применяют при глубине воды до 2—3 м.

7^5^^^^^^^Ж^^^^^? 7^^^? ^5

б)

В)

—7"

УЛМКУ/А

% ч> /а& у; иш

Рис. У.25. Смешанные перемычки:

/ — шпунт; 2 —распорное крепление; 3 —схватки; 4 — грунтовое заполнение

При постройке фундаментов мостовых опор, расположенных в русле рек, часто применяют двухрядные шпунтовые перемычки. Они (рис. У.25, б) состоят из двух деревянных (в редких случаях стальных) шпунтовых рядов, пространство между которыми за­полнено водонепроницаемым грунтом. Внутренний шпунтовый ряд одновременно служит для защиты котлована от грунтовых вод и для укрепления стен котлована. Его забивают ниже дна котлована на глубину, обеспечивающую прочность и устойчивость ряда, а также устойчивость грунта основания. Внутренний шпунтовый ряд укрепляют распорным креплением. Наружный шпунтовый ряд, служащий для удержания грунтового заполнения и придания пе­ремычке общей жесткости и устойчивости, а также для повышения-ее водонепроницаемости, забивают в дно реки на глубину не ме* нее 2 м. Головы маячных свай шпунтовых рядов соединяют гори­зонтальными схватками, которые обеспечивают совместную работу шпунтовых стен. Грунтовое заполнение создает водонепроница­емость перемычки. Для заполнения могут быть использованы любые грунты с содержанием глинистых частиц не более 20%. '

Ширину перемычек Ъ принимают не менее 1, 5—=2 м.

Двухрядные шпунтовые перемычки применяют в грунтах, до­пускающих забивку деревянных шпунтов. Шпунтовые ряды двух-

Ы

*-*н — ^вн — Е'з " т~ ₀. '

Кроме этого, на внутрен­нюю стенку действует гори­зонтальное давление грунта стен котлована. Стенки на эти давления рассчитывают независимо друг от друга (см. п. У.4); расчет внут­ренней стенки производят с учетом горизонтальных рас­порных креплений.

Стальные шпунтовые пе­ремычки '. Стальные шпун­товые перемычки, состоя­щие из одиночных шпунто­вых рядов, находят преиму­щественное применение в со­временном мостостроении. Их достоинства—небольшое стеснение русла реки, воз-

¹ Конструкцию и расчет шпун­товых ограждений см. в п. У.З и У.4.

5—2644

<

можность устройства при глубокой воде, большая прочность, воз можность погружения шпунтин в плотные грунты.

При глубине воды до 6—8 м применяют перемычки прямоуголб ного очертания в плане с распорным креплением. При бблыли глубинах более выгодны цилиндрические перемычки.

Ряжевые перемычки. Если ложе реки скальное или грунты № позволяют забить шпунт на требуемую глубину, то котлован защи щают ряжевыми перемычками. Такая перемычка состоит из ряжа загруженного камнем и песком (рис. У.26). Со стороны воды ряж! обшивают водонепроницаемой деревянной обшивкой из двух слое1 досок или забивают на небольшую глубину шпунтовые стенки. Пс дну реки для уменьшения фильтрации воды ряж обсыпают пескоь или обкладывают кулями с глиной. Ширина В ряжевых перемыче! принимается 0, 5—0, 9 Н_в глубины воды, размеры отсеков — 2—2, 5 м

Ряжи рубят из бревен диаметром 18—20 см; для экономии лесе их рубят, оставляя зазоры между бревнами. В местах пересеченш бревна соединяют стальными нагелями диаметром 19—22 мм I ставят вертикальные сжимы. На уровне второго или третьего вен­ца располагают пол из бревен; снизу ставят на болтах хомуты иг полосовой стали. Летом ряжи заготовляют на берегу, доставляют по воде к месту установки и затем, загружая камнем, опускают не дно. Зимой ряжи можно рубить на льду над местом их погруже­ния. Дно реки перед опусканием ряжей должно быть выровнено и спланировано.

Размеры ряжа должны быть достаточны для сопротивления сдвигу. Удерживающей силой будет собственный вес Р ряжа, рав­ный объему по наружному очертанию, умноженному на объемный вес 1 тс/м³, если ряж затоплен водой, и 1, 5 тс/м³, если ряж ограж­ден водонепроницаемым экраном. Сдвигающими силами являются гидростатическое Ш_с и динамическое \Р_Я давление воды.

Устойчивость на сдвиг будет обеспечена, если

где? — коэффициент трения, равный 0, 25—0, 35; Р — вес ряжа с заполнением.

Кроме устойчивости проверяют давление на грунт, а также от­сутствие отрицательных напряжений, при которых ряж может от­рываться от основания. Момент всех сил относительно горизонталь» ной оси, проходящей через середину основания,

Отрицательных напряжений в основании не будет, если

М в

где В — ширина ряжа.

Давления на грунт (считая, что ряж опирается ²/₃ своей пло­щади)

ЪР [ бе \

Аналогично рассчитывают ряж на действие льда, навал судов и другие нагрузки.

Ряжевые перемычки требуют большого расхода леса, камня и других материалов, и применение их в каждом конкретном слу­чае должно быть обосновано в техническом и экономическом от­ношениях.

Бездонные ящики. Бездонные ящики применяют в тех случаях, когда подошва фундамента расположена на уровне дна реки или имеет небольшое заглубление. В этих условиях, опустив ящик на спланированное дно, укладывают слой подводного бетона и после его затвердения, откачав воду, производят кладку фундамента на­сухо. Такой способ работ часто применяют при возведении свай­ных фундаментов.

Деревянный ящик (рис. У.27) состоит из каркаса, обшитого водонепроницаемой обшивкой. Обшивку делают из двух слоев досок с прокладкой между ними изоляции из толя, рубероида и пр. Доски располагают наклонно под углом 45°, поверхность их покрывают смолой или битумом, швы тщательно конопатят про­смоленной паклей. Каркас состоит из брусчатых обвязок и стоек. Между стенами ящика ставят прочное крепление, обеспечивающее общую жесткость перемычки.

Аналогичной конструкции ящики могут быть сделаны из стали и железобетона. Железобетонные ящики, оставляют в теле фунда­мента, используя их как несущий элемент.

Инвентарные перемычки. При большом числе однотипных опор выгодно применять инвентарные сборно-разборные перемычки. Та­кая щитовая перемычка (рис. У.28, с) состоит из нижнего неизвле-каемого бездонного ящика, опускаемого в заранее приготовленные борозды в дне реки. Борозды разрабатывают водолазы. С наруж­ной стороны по периметру ящика укладывают кули с глиной, меш­ки с цементом или же тампонажный бетон. К бездонному ящику на болтах присоединяют верхнюю разборную часть, состоящую из стоек и водонепроницаемых щитов. Щиты могут быть деревянны­ми или стальными, из тонких листов, усиленных ребрами жестко­сти. Щиты снабжают направляющими, которые так же, как и стой­ки, удобно делать из стальных шпунтин.

Под защитой такой перемычки кладку фундамента ведут на­сухо, откачав воду после укладки подводным способом нижней бе­тонной подушки. Высота щитовых перемычек может достигать 7, 5—10 м.

При большой глубине воды для ограждения фундамента мож­но использовать стальные понтоны КС, нашедшие широкое приме­нение в мостостроении по предложению докторов техн. наук

-Б*

<

Рис. У.28. Инвентарные перемычки щитовая и из понтонов КС:

/ — стойки из стального шпунта; 2 — водонепроницаемые щиты; 3 — неизвлекаемая часть перемычки; 4 ~- тампонажный бетон; 5 — подушка из подводного бетона; 6 — понтоны КС; 7 — воздухопровод от компрессора; 8 — нож

Н. М. Колоколова и К. С. Силина. Понтоны КС представляют со­бой стальные замкнутые водонепроницаемые коробки размером 1, 8x3, 6x7, 2 м. Между собой они скрепляются болтовыми соеди­нениями, что позволяет собирать из них плавучие системы боль­шой грузоподъемности (грузоподъемность одного понтона равна 27 т).

Перемычку собирают из понтонов (рис. У.28, б), устанавливае­мых на ребро. Собранную перемычку опускают на дно, затопляя понтоны водой. Водонепроницаемость стыков обеспечивают про­кладкой резины между понтонами. После возведения фундамента в понтоны подают сжатый воздух. Воздух отжимает воду, и пон­тоны свободно всплывают на поверхность реки.

Конструкции бездонных ящиков и инвентарных перемычек рассчитывают на наружное давление воды.