Способ погружения опускного колодца в грунт

 

Союз Советскик

Социалистическид

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<и789650

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 0401,79 (21) 2707882/29-33 с присоединением эаювкм № (23) Приоритет

Опубликовано 23.1280. бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описанию 23.1280 (5!)М. Кл.

E 02 D 7/26

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 624, 156. 8 (088,8) И. Я. Бялер, В. М. Кац, В. Н, Михайленко А.,С.. Ште ель-= / ° и Н A. Горяч ко -- а=- -. 7 (72) Авторы (54) СПОСОБ ПОГРУЖЕНИЯ ОПУСКНОГО КОЛОДЦА

В ГРУНТ

Изобретение относится к проиэводству специальных строительных работ и может быть использовано при возведении подземных сооружений различного назначения методом опускного 5 колодца.

Опускные колодцы, как правило, погружаются в грунт под действием собственного веса, являющегося единственной активной силой, которая 1О способствует заглублению колодцев.

В практике строительства подземных сооружений методом опускного колодца часто собственного веса колодца оказывается недостаточно для эаглубления их до проектной отметки, в связи с чем принимаются различные меры по облегчению погружения колодцев в грунты.

Известны способы погружения опуск- 2() ных колодцев в грунт под действием собственного веса с разработкой грунта в полости колодца. В вышеуказанных способах для преодоления нормальных сил сопротивления грунта 25 вдавливанию ножа и касательных сил трения грунта о боковую поверхность колодцев обычно увеличивают собственный вес колодцев путем утолщения (1) °

Однако увеличение толщины стен приводит к значительному перерасходу. бетона и сокращению размеров в плане вертикальных выработок, что затрудняет разработку грунтов с помощью грейфера и осложняет работы по удалению грунта из-под ножа колодца. Уменьшению сил сопротивления внедрению ножа в грунт способствует также удаление грунта из полости колодцев до уровня ножа и ниже или размыв грунта вокруг наружных стен колодца. При размыве грунта по периметру ножа погружают несколько раэмерно расставленных трубок и в них под большим напором нагнетают воду, что облегчает погружение колодцев в песчаных грунтах, но малоэффективно в связных грунтах, Практически же размыв грунта у наружных стен колодца не всегда возможен и не всегда дает положительный эффект, так как изготовление и установка специальных устройств требует существенных затрат труда и материалов °

Известен также способ с применением тиксотропной рубашки, заключающийся в том, что в свободную полость между грунтом и наружной стен- кой колодца, образованную наружным

789650

d0 уступом стены у ножа колодца, заливают тиксотропную глинистую суспензию, Таким образом, контакт колодца с грунтом происходит только на участке ниже выступа, а верхняя часть погружается в жидкостную среду, что значительно уменьшает силн трения, воэни«аи>щие при опускании колодца и позволяет уменьшить собственный вес сооружения, т,е, выполнить их тонкостенными, рассчитывая колодцы не по массе с учетом сопротивления грунта, а по прочности стен (1).

Однако приготовление тиксотропной глинистой суспензии, устройство по периметру колодца обсадной шахты как меры против обрушения грунта в пределах верхней части прорези, необходимость перемешивания глинистого раствора во избежание его расслоения или .черезмерного загустения, требуют применения дополнительного технологического оборудования и значительных дополнительных затрат.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности яютяется способ погружения опускного колодца в грунт путем удаления грунта иэ полости колодца с использованием системы водопонижения. Для обеспечения нормальных условий сооружения колодца на период его опускания предусматривается понижение статического уровня подземных вод посредством системы водопонижения. После выемки грунта из полости колодца он погружается под действием собственного веса на некоторую глубину. Погружение прекращается, когда силы бокового сопротивления превышают вес опускаемого колодца. Для дальнейшего погружения колодца увеличивают вес его стен путем временной пригрузки, размещаемой на торце стен колодца. В качестве пригруэки могут быть использованы сыпучие материалы (грунт, камень); штучные элементы (рельсы, бетонные и железобетонные блоки сборных конструкций); емкости, заполненные водой (баки, закрытые понтоны). Если в пределах контура заглубленного в грунт колодца свободного места для грунторазрабатывающих устройств недостаточно, пригруэку размещают на консолях стальных элементов,. укладываемых по верху стен (2).

Недостатком этого способа является то, что, вследствие повышения центра тяжести системы иэ-за расположения пригрузки в уровне верха колодца, уменьшается его устойчивость, увеличивается возможность появления перекосов в процессе опускания. Кроме того, использование временной пригрузки приемлемо для колодцев малых размеров и совсем не подходит для средних и больших колодцев, так как потребуется большой вес пригрузки. и затраты на ее устройство, что значительно повысит стоимость работ.

Цель изобретения — обеспечение погружения колодца до проектной отметки беэ использования пригруза и тиксотропной рубашки.

Укаэанная цель достигается тем, что в способе погружения опускного колодца в грунт путем удаления грунта иэ полости колодца с использованием системы водопонижения, систему водопонижения в процессе погружения периодически отключают и включают, причем удаление грунта из полости колодца осуществляют циклически после каждого периодического включения

15 системы водопонижения и осушения выработки.

Последовательность работ при этом такова.

После прекращения опускания ко20 лодца от силы собственного веса отключением системы водопонижения повышают уровень грунтовых вод до отметки, определяемой конкретными гидрогеологическими условиями. Затем

25 включением системы водопонижения резко снижают уровень грунтовых вод, создавая тем самым гидродинамические силы, обеспечивающие погружение колодца. на определенную глубину. После извлечения грунта из полости колодца, цикл отключения и включения системы водопонижения повторяют, причем

5 количество циклов определяется глубиной опускания колодца.

Для осуществления предлагаемого

35 способа погружения опускного колодца требуется определить высоту подъема грунтовых вод, которая будет различна для каждого конкретного случая в зависимости от размеров колодца;

40 гидрогеологических условий и используемой системы водопонижения. Высота поднятия уровня воды в опускном колодце определяется из следующей зависимости

45 Q + Qg, = Кн (Т„+ Т вЂ” Н), (1) где С)1и Q - соответственно силы массы колодца, отнесенные к единице его периметра выше и ниже

50 уровня воды в нем;

KH — коэффициент надежности погружения колодца (К„7 1);

Т и Т .- соответствейно силы

1 сопротивления погружеS5 ния колодца, отнесенные к единице его периметра выше и ниже уровня воды в нем; гидродинамическая сила, отнесенная к единице его периметра, равная

N=g Ь Т (2j — расчетная высота

65 поднятия уровня воды

789650 в колодце выше острия ножа;

После преобразований (1) получим, что в-ls -Ас

2А (3) где A K„(F

= Kg ASH — F(2H — Q) фй +)од, C=H fK„F (Н вЂ” (7) -g6 G ); (4)

F=05Kqgq „; s=O, 5Kgi(> 2l + ilo x хФ

А4 Фз

У2. il(1 iro К4 Ч-374 K& 4=ха Ф где ф„, — соответственно коэффициенты боковой деформации грунтов выше и ниже уровня воды в выработке; у - соответственно коэффициенты трения опускного колодца по грунту выше и ниже уровня воды в нему

0 — глубина котлована площадки опускания колодца от дневной поверхности;

6 — приведенная толщина стенки колодца;

Н вЂ” высота колодца; о — плотность воды; 1 3, Ц вЂ” соотнетственно сила единицы объема массы материала колодца и грунта;

ЧФ, K4, — соответственно скорость и коэффициент фильтрации.

Полная расчетная высота подъема воды в выработке равна

Ь, = h+ hs, (5) где п — высота заходки при разработке грунта забоя.

В предлагаемом способе в условиях переменного обводнения зоны погружения колодца в грунте возникают гидродинамические силы, уменьшающие давление грунта на стенку колодца за счет движения потока от выработки к скважине и отжимания частиц грунта от стенок колодца, что способствует уменьшению трения по боковой поверхности колодца и его посадке на требуемую глубину. Уменьшение сил трения делает возможным уменьшить массу колодца, т.е. рассчитынать его по прочности стен. Использование яв) ления уменьшения силы давления грунта на стенку позволяет не только опускать колодец под действием силы веса, но и регулировать равномерность опускания сооружения по всему контуру и исправлять возникающие .крены. Достигается это последовательным включением и выключением водопонизительной системы.

В отличие от известных способов погружения опускного колодца для осуществления предлагаемого способа не требуется дополнительных механизмом и обустройств, например в виде временной пригруэки, а используются лишь водопонизительная система и устройства для разработки грунта в полости колодца, применяемые ранее в качестве вспомогательных средств.

Пример. На основании прове.денных инженерно-геологических изысканий на площадке погружения колодца установлено, что грунтами ее яв-. ляются однородные, средней крупности пески, обладающие следующими свойствами: коэффициенты бокового давления

К„ 0,43 и К =0,6; объемная масса грунта = 1,8 т/м ; коэффициенты трения „=0 45 и Ю 0 2; коэффициент фильтрацйи КФ=1 ° 10 см/с. Величинh

T= 0, 174 т/м ; 5 = О, 048 т/м .

Проведенная толщина стенок опускного колодца равна 0,65 м, Глубина площадки опускания колодца 4,0 м.

Пробурено 7 скважин, насосы которых обеспечивают скорость фильтрации Ф-2,7 -10 см/с. Уровень грун20 товых нод понижен системой водопонижения до отметки 14 50 м.

Опускание колодца осуществлялось путем разработки и выемки грунта внутри стакана при помощи бульр5 доэера ДТ-74 и крана 3-10011, оборудованного грейфером. Под действием сил собственного веса колодец опускался равномерно, н среднем 0,3 м н сутки.

Зависание колодца происходит на отметке 13,7 м.

Далее определяют высоту поднятия грунтовых вод по формуле (3) .

Находят значение коэффициентов (4)

A.1, 2 (О, 174-0, 048)= О, 151 т/м 1;

В 1,2(2: О, 048 -13,7-0, 174 (2.13,7-4)—

-2,71+1 0 ° 0,65i6 О т/м

С 13,7(1,2 ° 0,174(13,7-4)-2,4 0,651=

7.2,7 70 (7 = — "".„ —: - 2,7 т7м7

40 Из 47ормулы (3) получают, что

Ъ= 2-0,.751 0,95М.

55 еО

После зависания колодца отключены насосы всех скважин, и уровень грунтовых вод поднялся на 0,9 м ныше отметки ножа. За 2 ч колодец погрузился на 0,55 м. Используя описанный способ, колодец успешно был опущен до проектной отметки 15,96.

Во время погружения колодца был перекос стакана . Отклонение от вертикальной плоскости составляло

28 см. Для выравнивания крена отключены 2 скнажины со стороны высокой части стакана на 2 ч. После появления воды скважины вновь включены и перекос частично исправлен — превышение теперь составило 5 см. После понторного отключения и включения этих же скважин перекос устранен полностью.

Использование предлагаемого способа погружения опускного колод-. ца в грунт по сравнению с известными обеспечинает возможность погружения

789650

Составитель E.Îpøàíñêèé

Техред М.Рейвес Корректор Н. Бабинец

Редактор Ю.Ковач

Заказ 9012/33

Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035., Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ь лодцев облегченной конструкции, ! т.е. рассчитанных только по прочности стен, а не по массе, с учетом сопротивления грунта, что позволит сэкономить порядка 50% железобетона; воэможность осуществления s ° процессе погружения выравнивания отклонившегося от проектного положения колодца беэ применения дополнительного оборудования; снижение затрат на оборуцование для осуществления способа, что значительно снизит стоимость строительных работ при возведении подземных сооружений методом опускного колодца.

Формула изобретения

Способ погружения опускного колодца в грунт путем удаления грунта. из полости колодца с использованием системы водопонижения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения погружения до проектной отметки беэ использования пригруза и тиксотропной рубашки, систему водопонижения в процессе погружения периодически отключают и включают, причем удаление грунта нз полости колодца осуществляют циклически после каждого периодического вклю- чения системы водопонижения и осушения выработки.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1$,9 540967, кл. Е 02 D 7/26, 1976, 2. Силин К.С. и Глотов Н.М.

Опускные колодцы. М., Транспорт, 1971, с. 103-108.