Х. 1. Конструкция колодцев

101

Б-Б

3 о кпп дна часть

ФП

Lt; Г

—1

380

А

Рис. Х.5. Конструкция сборного колодца:

/ — уголок 100X100X16 мм; 2 — накладка 2О0ХЮ0ХЮ мм; 3 —закладной лист 200X200X10 мм; 4 — песок; 5 — бурый уголь; 6 — песок с гравием; 7 — трещиноватый разборный известняк

та равной 30 см, двух нижних —40 см, толщина внутренних стен блоков—15 см. Наружные стены нижних блоков имеют консоль с банкеткой шириной 10 см, усиленной прокатным уголком 100Х X100X16 мм. Блоки армированы арматурными сетками из стер­жней диаметром 8 и 12 мм. Консоль армирована вертикальными стрежнями диаметром 18 мм из стали марки Ст.5 и горизонталь­ной распределительной арматурой диаметром 12 мм. Марка бетона

блоков — 200. Наибольшая масса монтажного элемента (блока)__

11, 3 т.

Соединение блоков предусмотрено на сварке закладных сталь­ных частей с перекрытием стыков накладками. Горизонтальные и вертикальные швы между блоками заполняют цементным рас­твором в процессе установки блоков. После погружения колодец полностью заполняют бетоном марки 150; в нижней части уклады­вают подушку высотой 1, 5 м из подводного бетона.

В приведенном примере членение колодца на монтажные бло­ки принято горизонтальным, что характерно для фундаментов опор мостов, имеющих небольшие размеры в плане. В промышлен­ном строительстве опускных сооружений больших размеров (емко­стей для хранения жидкого топлива, насосных станций и пр.) часто применяют вертикальное членение. В этом случае колодец собира­ют из железобетонных плит, объединяемых бетонированием верти* кальных швов. Нижнюю консольную часть делают монолитной-

Х.2. ПОСТРОЙКА ФУНДАМЕНТОВ ИЗ МАССИВНЫХ КОЛОДЦЕВ

Устройство 'фундамента из массивного колодца состоит из изготов­ления колодца, погружения его в грунт и заполнения шахт.

Монолитные колодцы обычно изготовляют непосредственно над местом^ их погружения на предварительно подготовленной строи­тельной площадке, удобной для производства всех работ. На мест­ности, свободной от воды, например на пойме реки, в районе по­гружения колодца убирают растительный покров, планируют по­верхность земли и.обеспечивают надежное основание для изготов­ления первой секции колодца. Основание должно быть прочным выдерживать давление не менее 1, 5—2 кгс/см² и не давать неравно­мерных осадок при ■ бетонировании колодца.

Верхние слабые слои грунта удаляют и заменяют песчаной по­душкой толщиной 0, 3—0, 6 м с тщательным уплотнением песка Для уменьшения глубины опускания колодца может оказаться вы­годным предварительно разработать открытый без креплений кот­лован, на дне которого и начать возведение первой секции Глуби­на котлована ограничивается уровнем грунтовых вод —дно котло­вана должно быть выше грунтовых вод на 0, 5—1 м. На местности покрытой водой, под колодец отсыпают искусственные островки из песчаного или гравелистого грунта (рис. Х.6). При глубине воды до 1, 5—2 м островки могут быть отсыпаны с естественными отко-

Рис. Х.6. Схемы островков для опускного колодца:

1 „ первая секция колодца; 2 — островок; 3 — струенаправляющие щиты; 4 — шпунт; 5 •—

маячные сваи; 6 — подкосы; 7 — горизонтальные схватки; В — стальной шпунт

сами, если скорость течения воды в реке не превышает следующих значений:

Для островков из мелкого песка......................... -............................ 0, 3 м/с

»»» крупного».......................................... 0, 8»

»»» среднего гравия............................................ 1, 2»

»»» крупного»........................................... 1, 5»

Если скорости течения превышают указанные, откосы островков могут быть укреплены каменной наброской, деревянными щитами с пригрузкой камнем, фашинными тюфяками и пр. Защита остров­ка от размыва в необходимых случаях достигается ограждением

его с верховой стороны легкими струенаправляющими козловыми перемычками (рис. Х.6, а). Верх островка должен возвышаться над наивысшим (за время работ) уровнем воды минимум на 0, 5 м. Раз-меры островка в плане назначают такими, чтобы между колодцем и бровкой оставалась свободная берма шириной не менее 2 м-

Островки с естественными откосами требуют большого объема песка и сильно стесняют русло реки, что увеличивает скорость тече­ния и опасность размыва. Поэтому при глубине воды более 2 м островки отсыпают в ограждениях.

При глубинах до 5—6 м ограждения делают из деревянного шпунта, усиленного наружными маячными сваями и подкосами (рис. X. 6, б). Глубина забивки шпунта принимается равной 0, 6— 0, 9 высоты островка, но не менее 2 м. Шпунт делают плотным с треугольным или прямоугольным гребнем и пазом, надежно предо­храняющим островок от вымывания песка. Толщина шпунта (в см) может быть определена по формуле

8= (14 -ь 16) У ту: а,

где Н — высота островка, м;

у — объемный вес грунта островка с учетом взвешивания в воде, тс/м³; а — расчетное сопротивление древесины, примерно равное 150 кгс/см².

Маячные сваи диаметром не менее 22 см забивают по перимет­ру островка через 2—2, 5 м. Размеры островка поверху принимают такими, чтобы колодец располагался вне призмы обрушения грун­та засыпки. Исходя из этого расстояние от колодца до шпунта (ширина свободной бермы) должно удовлетворять неравенству

а > Я 12(45°— 0, 5?).

Учитывая полное насыщение песка водой, угол внутреннего трения ф песчаного заполнения принимают равным 15—20°.

Для удобства производства работ между шпунтом и колодцем оставляют свободную берму шириной не менее 1, 5 м.

Если глубина воды превышает 6 м, то островки ограждают ря­жами или стальным, шпунтом. При стальном шпунте островки вы­годно делать цилиндрическими (рис. Х.6, в). Такие шпунтовые ог­раждения не требуют креплений и позволяют применять мелкие профили шпунта, например плоские, замки которых могут работать на растяжение. Наибольшие растягивающие усилия в шпунтовой цилиндрической стенке, возникающие на уровне дна реки,

ЛГ = 0, 5/> Г>. Давление р определяется по формуле

Здесь р — горизонтальное давление засыпки островка, тс/м²; Г) — диаметр островка, м; (2 — вес первой секции колодца, тс.

Рис. Х.7. Разработка грунта в шахтах: а — грейфером; Ь — эрлифтом;

/ — грейфер; 2—пульповод; 3 — воздуходувная труба; 4 — компрессор; 5 —эрлифт

Сила N не должна превышать расчетное сопротивление замков на разрыв, принимаемое равным 100 тс/м (при коэффициенте за­паса, равном 2).

Стальной шпунт забивают на глубину, при которой он не мо­жет быть подмытым при размыве дна реки. Если грунты ложа ре­ки слабые с углом внутреннего трения ф'< 30°, то глубину I забив­ки проверяют на выпирание грунта из-под островка по формуле

_{=15Л-. ¹-

' V" 2[1_& 4(45° + 0, 59')—1] '

где < 7 — давление от веса островка и колодца на уровне дна реки, тс/м²; ■ у" — объемный вес грунта дна реки, тс/м³.

Цилиндрические островки в стальном шпунте применяют при глубине воды до 10—15 м.

Для обслуживания работ по изготовлению и опусканию колод­ца применяют стационарные или самоходные краны грузоподъем­ностью от 6 до 12 т. Краны располагают на специальных подкра­новых подмостях (рис. Х.7) или при достаточной глубине воды на плавучих средствах. Краны должны иметь длину стрелы, обеспе~ чивающую работу на всей площади колодца. Кроме стреловых, возможно также применение плавучих (козловых) кранов; их удобно использовать не только для возведения фундамента, но и надфундаментной части опоры-

При погружении колодца вокруг него на поверхности земли обычно наблюдаются просадки. При неблагоприятных грунтовых условиях и неудачном способе работ размеры просадок могут быть весьма значительными. Проф. К. Сечи (Венгрия) описывает случай, когда при опускании колодца образовалась воронка диа­метром 30 м с глубиной 4, 5 м. При расположении вблизи колодца

строительного оборудования нужно учитывать возможность таких просадок грунта (в частности, стационарные краны надо распо­лагать на надежных свайных подмостях). Монолитные колодцы бетонируют секциями. Опалубку первой секции устанавливают на горизонтальные лежни-подкладки, которые укладывают строго по уровню на подготовленное песчаное основание. Подкладки распо­лагают под стенками колодца на взаимном расстоянии 0, 5—1 м с таким расчетом, чтобы давление под ними на грунт от веса забе­тонированной конструкции не превышало 1 кгс/см².

Особенно тщательно нужно укладывать подкладки под наруж­ными стенами, так как эти подкладки удаляют в последнюю оче­редь. Подкладки втапливают в грунт наполовину своей высоты и плотно подбивают песком.

Опалубку делают обычно деревянной, сборно-разборной конст­рукции из отдельных щитов. Для уменьшения сил трения, возника­ющих при опускании колодца, его наружная поверхность должна быть ровной и гладкой. Для этого внешнюю опалубку наружных стен делают плотной и прочной; обшивку рекомендуется выполнять из вертикальных досок со строганой поверхностью, обращенной к бетону, или же обшить ее с этой стороны фанерой или кровель­ной сталью.

При большом числе одинаковых колодцев опалубку выгодно де­лать металлической. Возможно также бетонировать в скользящей опалубке, особенно при простом очертании колодца в плане с не­большим числом внутренних стен.

Бетонную смесь укладывают в опалубку обычным способом с применением вибрации. Чтобы избежать местных просадок осно­вания, бетонирование ведут по всей площади колодца равномерны­ми слоями, не допуская отставания в бетонировании отдельных участков стен.

После приобретения бетоном необходимой прочности опалубку разбирают и колодец снимают с подкладок. Снятие с подкладок — ответственная операция, так как при удалении подкладок без оп­ределенной заранее разработанной последовательности колодец может разрушиться. В первую очередь убирают подкладки из-под внутренних стен. После этого удаляют подкладки из-под наружных стен: сначала из-под торцовых (коротких) и затем продольных (длинных). Подкладки из-под продольных стен сначала удаляют через одну, а затем остальные, симметрично относительно послед­них четырех (двух под каждой продольной стеной). Последние подкладки называются фиксированными.

Положение фиксированных подкладок определяют расчетом ко­лодца на изгиб. По мере удаления подкладок под консоли стен плотно подбивают песок.

Колодец по высоте наращивают секциями после погружения в грунт предыдущих. Основанием для изготовления очередной сек­ции служит нижняя, уже погруженная. На время наращивания погружение монолитного колодца прекращают. Этой непроизводи^ тельной потери времени удается избежать в сборных конструкциях

колодцев, в которых стены из заранее изготовленных блоков можно монтировать без длительных перерывов опускания колодца.

Массивные колодцы погружают в грунт по мере разработки грунта в шахтах.

В большинстве случаев приходится грунт разрабатывать без откачки воды из шахт колодца, так как интенсивный водоотлив разрыхляет грунт и снижает его несущую способность. Кроме это-. го, рыхлые мелкозернистые грунты, особенно илистые и плавунные, прорываются внутрь шахт, что приводит к значительному увеличе­нию объема земляных работ. Для предупреждения прорыва необ­ходимо шахты затапливать, искусственно поддерживая уровень воды в них на 3—4 м выше уровня воды в реке. Опускание с водо-. отливом можно только в устойчивых грунтах, исключающих воз­можность их разуплотнения и при поступлении воды не более 0, 75—1 м³/ч на 1 м² площади колодца.

В мелкозернистые и пылеватые пески на местности, непокрытой водой, колодцы можно погружать, понижая уровень грунтовых вод иглофильтрами или глубинными насосами, располагая их по на­ружному периметру колодцев. При таком способе все работы внут­ри шахт могут быть выполнены насухо, без опасного разрыхления грунта в основаниях колодцев.

Связные, а также крупнозернистые пески, галечник, гравий и тому подобные грунты разрабатывают обычно грейфером. Вес грейфера и форму его челюстей выбирают в соответствии с видом грунта; в отечественном мостостроении наиболее распространены двух- и трехчелюстные грейферы емкостью 0, 75 и 1 м³, приспособ­ленные для разработки тяжелых грунтов и захвата крупных пред­метов (камней и пр.).

Несвязные мелкозернистые грунты рекомендуется разрабаты­вать с помощью гидроэлеваторов или эрлифтов, разрыхляя грунт в необходимых случаях струей воды.

Грунт из шахт удаляют равномерно по всей площади колодца, не допуская разности уровней грунта в отдельных шахтах более 0, 5 м. В мягких и слабых породах грунт не выбирают ниже банкет­ки; в грунтах связных допускается углубление дна выработки ни­же ножа, но не более чем яа 0, 5 м.

Встречаемые препятствия (валуны, стволы деревьев и т. п.) при опускании колодца без водоотлива подмывают струей воды и сдвигают внутрь шахты и затем извлекают грейфером. Если таким способом устранить препятствие не удается, то его подрывают или разрушают водолазы..

Вертикальность погружения колодца и положение его осей проверяют геодезическими инструментами систематически через каждый метр- Если обнаруживают крены или смещения осей, то принимают меры по исправлению положения колодца. Положение ■ колодца выправляют более интенсивной подборкой грунта из-под стен, погрузившихся на меньшую глубину, оттяжкой колодца тро­сами, односторонней пригружой грунтом с поверхности земли и другими аналогичными приемами.

При опускании в плотные грунты колодец может быть затерт в грунте и его веса не хватит для дальнейшего погружения. В этих случаях увеличивают вес колодца или уменьшают силы трения. Увеличение веса может быть достигнуто наращиванием следуй ющей очередной секции или дополнительной пригрузкой камнем, бетонными массивами и пр., которые укладывают на платформы, подвешенные к стенам колодца.

Для снижения сил трения существует несколько способов. Одной из радикальных мер, облегчающих погружение, служит применение подмывных устройств. Подмывное устройство состоит из системы вертикальных и горизонтальных труб, закладываемых в штрабах наружных стен, от которых отходят отвод с наконечни­ками, подающими воду для размыва грунта и смачивания поверх­ности колодца (рис. Х.8). Водоподводящая сеть в плане и по вы­соте делится на самостоятельно дейстующие секции (/ — /V), что позволяет производить односторонний подмыв и легко исправлять положение колодца при его отклонениях от проектного. Воду по­дают от насосной станции в кольцевую магистраль, которая гиб­кими шлангами соединена с вертикальными стояками. Внизу к стоякам присоединяют горизонтальные трубы, от которых через каждый 1—2 м отходят подмывные трубки с наконечниками. Ниж­ний ярус служит для размыва грунта внутри колодца под ножом; его подмывные трубки выходят на внутреннюю поверхность консо­ли на расстоянии 50—100 см от банкетки. Остальные ярусы рас­полагают на высоте через 3—6 м с выводом подмывных трубок на наружную поверхность колодца.

Расчет подмывного устройства (расход и напор воды, диаметр труб и пр.) может быть произведен по аналогии с расчетом подмы­ва свай. Одновременно с водой в зону размыва грунта рекоменду­ется подавать сжатый воздух. Подмыв грунта уменьшает силы трения на 20—40%.

За последние годы с успехом используется предложение канд. техн. наук Н. В. Озерова (1945 г.) применять при погружении колодцев рубашку из глинистого раствора (тиксотропную рубаш­ку). В этом случае в зазор между колодцем и грунтом, образуемый в нижней части наружных стен уступом шириной до 15 см, пода­ется глинистый раствор, который полностью уничтожает трение. После погружения колодца зазор может быть заполнен гравием, щебнем или тощим цементным раствором. Этим способом в Женеве успешно был опущен на глубину 28 м уникальный колодец диамет­ром 57 м под автомобильный гараж.

Для тиксотропных рубашек опускных колодцев применяют гли­нистые растворы плотностью 1, 1—1, 25 г/см³, вязкостью 20—50 с, содержанием песка не более 1—4% и другими показателями¹ в зависимости от вида проходимых колодцем грунтов. Для подачи раствора вокруг колодца устанавливают стальную форшахту на бетонном основании (рис. Х.9), за которую самотеком подают

¹ Строительство мостов и труб. М., Транспорт, 1975. 599 с. (Справочник).

Рис. Х.8. Подмывное устройство:

/ — кольцевая водопроводная сеть; 2 — гибкие шланги; 4 — стояки; 3 — подмывные трубки; 5, 6, 7— разводящие трубы соответствеиио 1, 2 и 3-го ярусов; /— IV — разобщенные секции

раствор. При глубине опускания колодца более 20 м раствор по­дают под давлением 2—5 кгс/см² через трубки диаметром 4—5 см, расположенные равномерно по периметру колодца на взаимном расстоянии 3—5 м.

Чтобы глинистый раствор не вытекал в шахты, рекомендуется консоли колодца делать остроко­нечными, глубоко проникающими в грунт, а также искусственно повышать гидростатическое дав­ление внутри колодца, заполняя его водой. Для этой же цели на уступе колодца устанавливают манжеты из резины толщиной 10—15 мм. Для уменьшения воз­можности вытекания раствора за­зор между грунтом и колодцем можно делить на изолированные секторы, делая вертикальные реб­ра, толщиной, равной ширине за­зора. Если все же вытекание рас­твора избежать не удается, то следует изменить состав раство­ра, увеличив его вязкость. Ис­пользование тиксотропных руба­шек открывает широкие возмож­ности применения дешевых тон­костенных колодцев.

После опускания колодца на проектную глубину в шахтах ук­ладывают нижнюю бетонную подушку. При работах без водоотли­ва бетонную смесь укладывают способом ВПТ; толщина слоя под­водного бетона должна быть в 1, 5 раза больше наименьшего раз­мера шахт. Остальные работы по заполнению шахт ведут после откачки воды.

Так как обрез фундамента опускного колодца, как правило, располагают ниже уровня меженных вод минимум на 0, 5 м, верх­нюю распределительную плиту приходится бетонировать под за­щитой временной перемычки. Конструкция деревянной перемычки высотой 2, 4 м, показанная на рис. Х.Ю, состоит из вертикальных стоек размером 18x20 см и обшивки из досок толщиной 4 см. Для водонепроницаемости ограждения кромки досок шпунтуют и тща­тельно конопатят, после чего покрывают горячим битумом.

При глубине воды более 6—10 м, когда по тем или иным при­чинам устройство островка оказывается дорогим или трудно осу­ществимым, первая секция опускного колодца может быть изго­товлена или на подмостях над местом опускания, или же на бере-

Рис. Х.Ю. Конструкция перемычки:

/ — брусья 18X20 см; г — анкеры 0. 16; 3 *• шайбы

гу и доставлена по воде. На подмостях изготовляют только легкие железобетонные колодцы. Опускают их на дно с помощью тяжей и винтов. Колодец, изготовленный на берегу, подвешивают к об­стройке понтонов и на плаву доставляют к месту опускания; на понтонах же располагают грузоподъемные средства для погру­жения колодца на дно реки (рис. Х.11).

При значительной глубине во­
ды (15 м и более) иногда оказы­
вается экономически выгодным
применить наплавной колодец,
который представляет собой кон­
струкцию, способную самостоя­
тельно держаться на воде.. После
изготовления и спуска на воду
его буксируют к месту опускания,
закрепляют на якорях и баллас­
тируя, постепенно сажают на дно
реки. Затем опускают в грунт
обычным способом, наращивая
стены. •

Плавучесть первой секции на­плавного колодца может быть обеспечена одним, из следующих способов.

Шахты первой секции снизу закрывают временным водоне­проницаемым днищем (рис. Х.12, а). Высоту наружных стен назна­чают такой, чтобы колодец бы остойчив и при кренах не заливал­ся водой; в необходимых случаях стены могут быть наращены водо­непроницаемой перемычкой (деревянной или стальной). Погружа­ют колодец на дно постепенным затоплением шахт с одновремен­ным наращиванием стен. Когда колодец станет на грунт, днище удаляют (разбирают или подрывают). Колодцы такого вида не рекомендуются при слабых грунтах дна реки. Стены первой секции иногда делают пустотелыми из железобетона или стали и этим обеспечивают ее плавучесть (рис. Х.12, б). В этом случае погруже-

ние на дно достигается балластировкой пустот водой с последую­щим заполнением их бетоном.

Плавучесть может быть обеспечена сжатым воздухом, который нагнетают в шахты, закрытые сверху герметическими колпаками (рис. Х.12, в). Такой способ был применен при постройке опор Оклендского моста в Сан-Франциско (1933—1934 гг.), где потре­бовалось опустить колодец на 72, 6 м ниже уровня воды при глуби­не залива 32 м. Колодец состоял из 28 стальных цилиндров диа­метром 4, 57 м, соединенных системой балок и связей. Простран­ство между цилиндрами и между цилиндрами и наружной обшив­кой заполняли бетонной смесью. Бетонное заполнение образовало ножевую часть колодца и его внутренние стены, стальные же ци­линдры использовали в качестве шахт. На время, необходимое для буксировки колодца, погружения его^; на дно и частичного опуска­ния в грунт, цилиндры сверху были закрыты сферическими колпа­ками. В образовавшиеся замкнутые полости подавали сжатый воз­дух с давлением до 2, 8 кгс/см², который, вытесняя воду, обеспечи­вал плавучесть конструкции. По мере опускания цилиндры поочередно наращивали и колпаки переставляли выше.

^б) 2

!

10 15 20 25 30 Ь, М 10 15 20 25 30 Ь, М

Рис. Х.13. Графики удельных сил трения /ч:

а — песчаных грунтов; 6 — глинистых грунтов;

/ — пески гравелистые, крупные и средней крупности при е< 0, 55; 2 — то же, при 0, 55 < е< 0.7; 3 — то же, при е> 0, 7, пески мелкие при 0, 6< е< 0, 75, пески пылеватые при 0, 6< е< 0, 8; 4 — пески мелкие при е> 0, 75, пески пылеаатые при е> 0, 8; 5 — глины при

1^ < С0, 5, суглинки при /^< 0, 25; 6 —супеси и суглинки при 0, 25< /^ < 0, 75, глины при

I^ > 0.5; 7 — илы, суглинки прн / д > 0, 75

При определении силы Т колодец по высоте делят на участки, границами которых служат границы слоев разных грунтов и места, в которых меняется сечение колодца. Сила

Х.З. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ

На колодец при погружении в грунт действуют усилия, на которые его конструкция должна быть рассчитана. Нагрузки, вызывающие эти усилия, относят к строительным и при проверке прочности ко­лодца на эти нагрузки расчетные сопротивления материалов — бе­тона и арматурной стали — могут быть повышены на 10%.

Усилия, действующие на колодец в процессе его опускания, за­висят от ряда случайных причин и не поддаются точному учету. Это вынуждает принимать условные расчетные схемы, выработан­ные практикой проектирования и проверенные опытом возведения колодцев. Во многом эти расчеты идут в запас прочности. Однако некоторый запас в данном случае необходим, так как исправления, ремонт и усиление колодца во время его погружения крайне за­труднительны, а иногда и невозможны.

Расчет колодца состоит из ряда проверок.

Проверка веса колодца, необходимого для преодоления сил трения при погружении. Вес колодца должен превышать силы тре­ния не менее чем на 15%, т. е.

< Э> 1, 157\ (Х.1)

где (2 — вес колодца, вычисленный с коэффициентом перегрузки п=1, 1; Т — сила трения грунта о наружную поверхность колодца.

При опускании без водоотлива вес колодца принимают с уче­том взвешивания в воде. В этом случае объемный вес кладки, по­груженной в воду, равен -уб—у^, (где ус — объемный вес бетона; Ук, — объемный вес воды = 1 тс/м³).

- высота и наружный периметр г'-й части колодца; ■ удельная сила трения на глубине Ы.

Знак суммы распространяется на полную глубину опускания, считая от верха островка. Удельные силы трения Д-, зависящие от вида грунта и глубины Н_г середины рассматриваемого участка, оп­ределяют по графику (рис. Х.13). При опускании колодца с под­мывом силы трения уменьшают на 25%.

Проверка колодца на разрыв при затирании в грунте. На раз­рыв по горизонтальным сечениям колодец проверяют тогда, когда верхняя его часть может оказаться зажатой в грунте и колодец после удаления грунта из-под банкетки повиснет. Предположим, что колодец зажат верхним слоем грунта толщиной х (рис. Х.14, а). Это будет возможно, если

д {к_х + х) — и/₂х < и/^,

где <? — вес 1 пог. м колодца по высоте;

Л — удельная сила трения верхнего слоя грунта; И — удельная сила трения нижележащего грунта.

Наибольшее значение х₀ глубины х, при которой верхняя часть колодца может быть зажатой в грунте, определяется равенством

д (Й1 + х₀) — и/₂х₀ = и/фг. Из этого равенства следует

и/1 — д < 1 — и/2

V

а наибольшее растягивающее усилие в сечении колодца на грани­це двух слоев грунта будет

5 = (д — и/₂) х₀ = (и/1 — 9) Аь

Вес ц колодца нужно исчислять с коэффициентом перегрузки л=0, 9 и учитывать потери веса в воде при опускании без водоот­лива.

По усилию 5 подбирают вертикальную арматуру, устанавливав емую равномерно по периметру стен. При этом сопротивление бе­тона разрыву не учитывают, так как в швах между секциями (ра­бочие швы бетонирования) прочность бетона на растяжение мала.

Проверка прочности стен на изгиб в вертикальной плоскости. На изгиб в вертикальной плоскости проверяют наружные стены первой секции, высоту к которой обычно назначают равной 0, 8 Ъ, где Ь меньшая сторона колодца (рис. Х.14, б). Если колодец опус­кают с водоотливом и имеется возможность следить за опиранием его на грунт, то ограничиваются расчетом первой секции как двух-консольной балки, опертой на фиксированные подкладки. Стены колодца работают на изгиб от собственного веса. Вес продольных

стен учитывают как равномерно распределенную нагрузку, попе­речных стен как сосредоточенные силы. Вес колодца принимают с коэффициентом перегрузки п=1, 1. Расстояние между фиксиро­ванными подкладками подбирают таким, чтобы изгибающие мо­менты над опорами и в середине пролета были равны друг другу. Если отношение сторон колодца а:; 6: ^=1, 5, то это достигается при расстоянии между фиксированными подкладками, примерно рав­ном 0, 7 а.

При опускании колодца без водоотлива дополнительно рассмат­ривают наиболее невыгодные возможные случаи опирания первой секции колодца: колодец оперт по торцовым стенам (рис. Х.14, в) и колодец оперт по середине продольных стен (рис. Х.14, г). Изги­бающие моменты в обоих случаях опирания определяют с коэффи­циентом перегрузки и =1, 1 и с учетом взвешивания в воде.

По наибольшему значению изгибающего момента М_тах прове­ряют прочность наружных продольных стен:

(Х.З)

при V? = 2 —.

где № — момент сопротивления наружных стен; 6 — толщина наружной стены; Яр — расчетное сопротивление бетона растяжению, соответствующее той марке бетона, которую ои имеет к моменту опускания первой секции.

Если растягивающие напряжения в бетоне превышают расчет» ное сопротивление на растяжение, то необходимо поставить в верху и в низу продольных стен горизонтальную арматуру или увеличить высоту секции.

Проверка прочности консоли. Расчет консоли колодца на проч-. ность производят для двух случаев ее работы. В первом с л у-^ чае колодец опущен на проектную глубину, грунт из-под банкетки' выбран и под действием наружного давления грунта и воды кон­соль изгибается внутрь колодца (рис. Х.15, б).

Горизонтальное давление на консоль зависит от условий погру­жения колодца. Если колодец опускают с водоотливом, то давле­ние воды в водопроницаемых грунтах учитывают полностью, а в водонепроницаемых грунтах — в размере 70% гидростатического. При погружении колодца без водотлива давление воды снаружи учитывают полностью, а изнутри колодца в размере 50% гидро­статического.

Таким образом, горизонтальное давление на 1 пог. м периметра колодца на глубине у (рис. X. 15, а) от рабочего уровня воды бу­дет:

при опускании с водоотливом в водонасыщенных грунтах

Ру = Р_Гр.у + Рш.у = V^р.взв У Ч² (45° - 0, 5т) + уу«; (Х.4а)

при опускании с водоотливом в водонепроницаемых грунтах

Ру = Ргр.у + ° - ⁷Рв.у = VгрЯ *Е² (45° - 0, 59) + 0, 7уу_т; (X. 46)

I

при опускании без водоотлива

Ру = Р_гР.у + 0, & Р_В._У = Vг_Р.взв# *Е (45° - 0, 5₉) + 0, %^. (Х.4в)

давление на глубине у;

давление грунта и воды на той же глубине;

объемный вес грунта;

объемный вес грунта с учетом взвешивания в воде;

удельный вес воды, равный 1 тс/м³;

угол внутреннего трения грунта, град.

Для получения наибольшего горизонтального давления нужно вес грунта принимать с коэффициентом перегрузки п=1, 2, а угол внутреннего трения грунта — равным нормативному значению ф^н.

Полагая в выражениях (Х.4) глубину у равной проектной глу­бине погружения колодца Н и Н — Н_к (где Н_к — высота консоли), получим давления на консоль р\ и р₂ (см. рис. Х.15, б).

Кроме горизонтального давления, по наружной поверхности консоли будет действовать сила трения. Так как колодец при по­добранном грунте из-под банкетки удерживается только трением, то на консоль приходится сила

где С — вес всего колодца с коэффициентом перегрузки п=0, 9 и с учетом взве­шивания в воде (при погружении без водоотлива).

Во втором случае работы консоли колодец опущен напо­ловину проектной глубины, наращен очередной секцией высотой 4—6 м и консоль врезана в грунт на 1 м (рис. Х.15, в). В этих ус­ловиях консоль изгибается наружу.

Горизонтальное давление на консоль с наружной стороны опре­деляют тоже по формулам (Х.4), но с коэффициентами перегрузки веса грунта п=0, 9. При этом горизонтальное давление снаружи не должно быть более 70% гидростатического. Таким образом, под­ставляя в формулы (Х.4) вместо у величину 0, 5 Н и 0, 5 Н—Н_к, получим давление р\" и р₂", которые не должны превышать соот­ветственно 0, 5-0, 7 /7'у_ш= 0, -35 Нуу, и 0, 7(0, 5 Н—Н_к) у_т. С внутрен­ней стороны на консоль, погруженную в грунт на 1 м, будут дейст­вовать следующие силы.

От веса колодца будет передаваться вертикальная сила

У=0'-Т₂,

где О' —вес кладки, приходящийся на 1 пог. м периметра колодца, высота ко­торого равна сумме половины проектной глубины и высоты очередной секции (вес вычисляют с коэффициентом перегрузки я=1, 1, а при опус­кании без водоотлива с учетом взвешивания в воде); Т₂ — силы трения по боковой поверхности.

Силы трения учитывают в минимальном размере, принимая их не более 50% активного горизонтального давления грунта и не бо­лее величин, приведенных выше для проверки веса колодца. Таким образом,

Т₂ = 0, 25\_трИ²_г (_Е2 (45° — 0, 5?) < /Я_х (X. 5)

при #1=0, 5 Н.

При вычислении Т₂ объемный вес грунта принимают с коэффи­циентом перегрузки п=0, 9 и учитывают взвешивающее действие воды (в водонасыщенных грунтах).

Давление V распределится между банкеткой и наклонной по­верхностью консоли.

На наклонную поверхность реактивное давление грунта дейст­вует в виде нормальной силы Я и силы трения, равной 7? {§ р (где р— угол трения между кладкой и грунтом). Эти силы дадут рав­нодействующую Я' (см. многоугольник силы на рис. Х.15, в), кото­рая, в свою очередь, можно разложить на вертикальную силу У% и горизонтальную Н„, причем

Нъ= И₂*8(а-Р),

где а — угол наклона внутренней поверхности консоли к горизонту.

Угол трения р принимают равным углу внутреннего трения грунта < р^н. Сила #„ считается приложенной на высоте '/з м от бан­кетки. Вертикальные силы VI и У₂, действующие на банкетку и на­клонную поверхность консоли, в сумме равны

VI + У_% = V.

Полагая, что сила VI распределяется по прямоугольной эпюре* а сила У₂ — по треугольной, можно написать, что

^1 2У₂

— = при т = 1р а,

с т ^к

31?

где с — ширина банкетки;

т ■ — проекция наклонной поверхности консоли высотой 1 м.

Решая последние два уравнения, найдем:

у₁₌у—^—, (Х.ба)

2с + т

у₂=У—^ ------------. (Х.бб)

2с + т

Кроме перечисленных сил, на консоль с наружной стороны бу­дет действовать сила трения

Т_2к=Т₂~- = -7Г^Г2-

При определении внутренних усилий считают, что консоль в верхнем сечении /—/ заделана в наружные стены (см. рис. Х.15). Если низ внутренних стен расположен на высоте не более 0, 5 м от банкетки или они имеют вертикальные вуты, усилия в сечениях консоли определяют с учетом того, что последние вместе с внутрен-ними стенами колодца образуют горизонтальную раму.

Для упрощения расчета можно рассматривать консоль отдель­но как балку, заделанную в верхнем сечении, и как элемент го­ризонтальной рамы. Совместная работа конструкций при этом учитывается коэффициентом К\ и к₂, которые вводятся к горизон­тальным нагрузкам.

Понижающий коэффициент к_л используют при расчете консоли как заделанной балки и вычисляют по формуле

0, 1/,

К_Х ------------------ Г^{_< 1}* < ^Х-^7а>

Л^ + О.Об/⁴

а коэффициент к₂ используют при расчете рамы и вычисляют по формуле

й⁴
ко —г-------- —2—. (Х.76)

где Л — наибольшее расстояние между внутренними стенками; 1₂ — то же, наименьшее.

Если внутренние стены от банкетки расположены выше 0, 5 м, то консоль рассчитывают только как заделанную балку и тогда Й! =1. При расчете консоли как заделанной балки усилия в сече­нии 1 — 1 на 1 пог. м консоли в плане находят по следующим формулам.

В первом случае работы консоли (см. рис. Х.15, б): изгибающий момент

Н1

М' = —— ФА + й) «1 — Т\ —_; (Х.8а)

6 2

сжимающая сила 7/' = 2^р₁, - (Х.86)

поперечная сила < 3= 0, 5 (р\ + р" ₂) Н^К\. (Х.8в)

Во втором случае работы консоли (см. рис. Х.15, в): изгиба­
ющий момент

М" = ~(2р1 + р;)-яА_к-у)1к1-

В — с I Ь т\ В