Погружение кессонов

Кессонный метод устройства фундамен­тов глубокого заложения применяют, когда погружению обычных опускных колодцев мешает сильный наплыв грун­та либо грунты содержат крупные вклю­чения твердых пород, а большой приток воды осложняет работы по осушению.

В нижней части оболочки фундамента расположена кессонная камера, в верх­ней — шлюзовой аппарат (рис. V.16, а).

Сущность метода заключается в том, что во время погружения оболочки в кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, вытесняющий грунтовые воды за пределы ножа. Внутреннее давление воздуха предотвращает наплыв грунта, и твердые включения разрабатываются в осушенном пространстве камеры. Шлю­зовой аппарат, имеющий герметизиро­ванные двери наружу и люк в шахту, служит для входа в кессон и транспор­тирования вынутого грунта.

Сжатый воздух в кессон и в шлюзовой аппарат подают раздельно. Внезапное снижение давления в кессоне может при­вести к аварии и тяжелым заболеваниям рабочих, поэтому двери и люки всегда делают открывающимися в сторону боль­шего давления, что исключает случайные потери воздуха. Чтобы открыть наруж­ную дверь, когда кессон находится под давлением, нужно закрыть люк в шахту и снизить давление в шлюзовом аппарате. Когда внешнее и внутреннее давления уравняются, дверь можно открыть. При этом давление воздуха*в шахте и кессоне сохранится. Войдя в шлюзовую камеру,

наружную дверь закрывают. Затем под­нимают давление воздуха'внутри камеры до уровня давления в кессоне. Только после этого можно открыть люк шахты для входа рабочих или транспортирова­ния грунта.

Шахту монтируют из звеньев труб на фланцах. Ее можно наращивать при опускании, не снижая давления в кессо­не. Для этого закрывают люк на потолке кессона, снижают давление в шахте и выполняют работы по наращиванию.

Кессоны, как и опускные колодцы, погружаются в грунт под действием веса конструкций. Но погружению здесь пре­пятствует не только сопротивление грун­та, а и давление воздуха в кессонной камере. Эффективность погружения оп­ределяется следующим соотношением ак­тивных и реактивных сил:

Qi + <3₂ > Т + Р_эщ + 100/>_вш₂, (V.8)

; где Qj — вес кессонной камеры, кН; Q₂ — ■ вес надкессонного строения, кН; Т — об-I щая сила бокового трения колодца о грунт i кН; Р₃ — давление грунта под ножом кес-I сона, кН/м²; ЮОР_В — избыточное давление \ воздуха в кессоне, кН/м²; щ — площадь

Рис. V.16. Кессонный метод устройства фундаментов:

а — основные элементы кессона; 6 — погружение кессона с помощью гидромеханической установки с дистан­ционным управлением; в — схема погружения кессона при разработке грунта средствами малой механизации; 1 — надкамерные стены; 2 — шлюзовой аппарат; 3 — шахтная труба; 4 — потолок камеры; 5 — кессонная ка. мера; 6 — ножевая часть стены; [7 — отвод пульпы; 8 — подача воды от насосной станции; 9 — камера наблю­дения и дистанционного управления; 10 — гидроэлеватор, удаляющий пульпу; 11 — вращающийся гидромони­тор; 12 — материальная предкамера шлюза; 13 — центральная камера шлюзового аппарата; 14 — пассажир­ская предкамера; 15 — подача сжатого воздуха; 16 — надкессонный массив; 11 — сифонная труба для удале­ния просочившейся воды и избыточного воздуха

внутренней поверхности ножевой части кессона, м²; <а₂ — площадь кессона по наружному очертанию, м².

Регулируя в определенных пределах избыточное давление воздуха, можно управлять процессом погружения и уров­нем воды в кессоне.

Сооружение фундаментов глубокого заложения кессонным методом включает следующие процессы: подготовительные работы; изготовление кессона и оболоч­ки; погружение конструкции до проект­ной отметки; заполнение оболочки.

На суше, островках и подмостях рабо­ты ведут так же, как и при устройстве опускных колодцев.

Для погружения наплавным способом кессонную камеру частично обстраивают стеной оболочки с таким расчетом, чтобы при закрытом потолочном люке камеры пустая оболочка придавала сооружению надежную плавучесть во время транс­портирования. Отбуксированный к месту погружения кессон расчаливают к ан­керным сваям. Обеспечив таким образом точность посадки, его затопляют, на­растив предварительно шахту так, чтобы после погружения она возвышалась над поверхностью воды. Затем на шахте мон­тируют шлюзовую камеру, подают ежа-

тый воздух в кессонную камеру, осу­шают ее и приступают к погружению. В течение подготовительного периода должна быть смонтирована компрессор­ная станция с резервными агрегатами и разводящая сеть.

Вовремяпогруженияоболочки ее стены наращивают до верхнего стыка звеньев шахты. В момент погружения ниже уров­ня воды давление воздуха в кессоне под­нимают и по мере углубления увеличи­вают его так, чтобы несколько превысить гидростатическое давление на уровне но­жа. Только в этом случае обеспечивается полное осушение камеры кессона.

Обычно грунт в кессонной камере разрабатывают методами гидромехани­зации: размывают гидромониторами и удаляют пульпу гидроэлеватором. Уп­равление стволами гидромониторов бы­вает ручное (оператор находится в кес­сонной камере) или дистанционное — тогда оператор находится в специальной надкессонной камере, где сохраняется нормальное давление воздуха. Наблюда­ют за ходом работ через перископы. Схе­ма подобной установки приведена на рис. V.16, б. Гидромеханическую разра­ботку плотных грунтов ведут от ножа к середине, в слабых грунтах — только в средней части дна. Слабый грунт из-под ножа выдавливается под действием веса конструкции и сползает в центральную воронку, где подвергается размыву стру­ей гидромонитора и удаляется гидроэле­ватором.

По мере опускания кессона возрастают силы бокового трения и давление сжато­го воздуха на потолок камеры, вследст­вие чего движение кессона замедляется, а при равновесии этих сил может совсем прекратиться. Тогда для дальнейшего погружения применяют форсированный способ посадки кессона. Для этого по пе­риметру ножа разрабатывают траншею глубиной до 0,5 м, затем все работающие покидают кессонную камеру и избыточ­ное давление в ней снижают, но не более чем наполовину. В результате равнове­сие активных и реактивных сил нару­шается и кессон быстро погружается до упора ножа в дно траншеи. После этого давление воздуха опять поднимают и разрабатывают грунт в центре камеры.

Если грунты не поддаются гидромеха­низации, приходится разрабатывать их

вручную пневматическими инструментами и мелкими взрывами (рис. V.16, в). Плот­ные грунты в этом случае разрабатывают в ином порядке. Вначале вдоль перимет­ра ножа вырабатывают траншею глуби­ной до 0,5 м, начиная от фиксированных точек и так, чтобы грунт между ними был вынут в последнюю очередь. Затем рас­ширяют траншею, вырабатывая грунт в сторону ножа. В результате опорная площадь ножа уменьшается, кессон по­гружается до упора ножа в дно траншеи. При проходке скальных пород выработ­ку траншеи расширяют за пределы ножа наружу на 10...15 см, иначе кессон может быть зажат случайными осколками или неровностями и получится перекос. Работать в кессоне можно при давле­нии не более 0,4 МПа, что соответствует глубине 40 м; так как давление в кессоне должно на 10 % превышать давление столба воды, то практически достижимая глубина погружения составляет всего 36 м. Погружение глубже 40 м возможно при автоматической разработке грунтов или дистанционным управлением меха­низмами.