Ограждающая конструкция для образования под водой или в водонасыщенном грунте рабочей камеры, свободной от воды, обычно вытесняемой сжатым воздухом. Кессоны сооружаются на поверхности и погружаются в грунт под действием собственного веса и веса надкессонного строения по мере разработки грунта. Кессон может опускаться с суши, с искусственно отсыпанных или намытых островков или с поверхности воды (наплавные кессоны).
Основная рабочая операция при опускании кессона - разработка и выдача на поверхность грунта. Скальные грунты и твердые глины разрабатываются взрывным способом или пневматич. инструментами. При проходке песчаных и поддающихся размыву глинистых грунтов работы ведутся гидромеханизационными установками: грунты размываются гидромониторами и удаляются из кессонов гидроэлеваторами. Гидромеханизация кессонных работ резко сокращает количество работающих в кессоне, уменьшает вредность произ-ва и расход сжатого воздуха, ускоряет и удешевляет стр-во.
В процессе выполнения кессонных работ компрессорная станция непрерывно подает в кессон сжатый воздух, поддерживая в нем необходимое воздушное давление. При ручной разработке грунтов, когда требуется полное их осушение, давление воздуха в камере поддерживается на 0,1-0,3 ат выше тидростатич. давления на отметке забоя. При применении гидромеханизации для улучшения условий размыва грунтов работы ведутся с пониженным воздушным давлением.
В зависимости от величины воздушного давления в камере, согласно правилам безопасности, должны проводиться мероприятия, предупреждающие возможность заболевания рабочих кессонной болезнью, регламентируются продолжительность рабочего дня, время вышлюзовывания и т. д. Допустимый предел воздушного давления установлен 3,9 ат. Этим определена максимальная глубина опускания - ок. 40 м.
В современном строительстве применяются железобетонные кессоны. Боковые стенки их (консоли) внизу заканчиваются ножом, врезающимся в грунт в процессе опускания. В верхнем перекрытии (потолке) кессона имеются шахтные отверстия, над которыми монтируются шахтные трубы и шлюзовой аппарат. Последний обеспечивает возможность транспорта людей и материалов из зоны сжатого воздуха в зону атмосферного давления и обратно. В потолке кессона предусматриваются также отверстия для воздуховодов, водоводов, электропроводов и др. После достижения ножом проектной отметки рабочие камеры заполняются полностью или частично бетоном, песком; иногда их оставляют незаполненными.
Кессоны раньше широко использовались для устройства фундаментов мостовых опор. В современном мостостроении кессоны заменены новыми видами глубоких опор и свайными фундаментами. Вместе с тем в последние два десятилетия кессоны наряду с опускными колодцами все шире используются в пром. стр-ве для погружения в грунт «опускных сооружений» - относительно небольших в плане, но сильно заглубленных подземных сооружений, основные части к-рых предварительно возводятся на поверхности. Этот способ применяется при стр-ве насосных станций, водозаборов, при устройстве глубоких приямков в пром. предприятиях и т. д. Кессонный способ может быть использован в любых грунтовых и гидрогеологич. условиях и более надежен для погружения фундамента или опускного сооружения до проектной отметки, чем способ опускных колодцев. Вместе с тем, кессонный способ имеет существенные недостатки, обусловленные ведением работ под сжатым воздухом: вредность произ-ва, сравнительно высокая стоимость, ограниченная глубина погружения.
Для подводных работ, не связанных с необходимостью заглубления в грунт (ремонтные и восстановительные работы в гидротехнич. стр-ве, подготовка скального основания, выходящего на поверхность дна акватории, и т. п.), иногда применяются съемные кессоны, представляющие собой конструкцию в виде бездонного ящика (воздушного колокола), погружаемого в воду наплаву или с подмостей.
Лит.: Озеров Н.В., Кессонные фундаменты, М., 1940; Зингоренко Г. И. и Силин Н. А., Гидромеханизация кессонных работ, М., 1949; Хализев Е. П., Выбор оптимального режима работы гидромеханизационных установок в кессонах, М., 1957; Правила безопасности при производстве работ под сжатым воздухом (Кессонные работы), 2 изд., М., 1960.
Кессоны и кессонные работы - Прежде это название (франц. Caisson) применялось к открытым сверху, плавучим ящикам, в которых возводится каменная кладка, так что ящик постепенно погружается и наконец садится на дно, причем кладку можно продолжать, как на суше (см. Понтонный ящик). В настоящее время строительная практика под словом К. понимает только сверху закрытый ящик, из которого, после погружения его на дно, вода вытесняется сгущенным воздухом, так что рабочие могут в нем свободно двигаться. Подкапывая дно под краями ящика, они постепенно его углубляют до достижения твердого слоя, который может служить надежной подошвой для сооружения. Такой способ устройства оснований называется вообще пневматическим. Способ этот испытан был в первый раз в 1839 г. французским инженером Триже (Triger) при заложении каменноугольной шахты в водоносном слое в Шалонских копях близ реки Луары и затем применен был в 1850 г. в Англии инженером Юзом (Hughes) для устройства оснований Рочестерского моста через реку Мидвей. Быки этого моста выведены были на чугунных колоннах, 2,15 м в диаметре, наполненных бетоном. Для возможности производства работ в колонне, внутреннее пространство ее с помощью воздуходувных машин наполнено было сгущенным воздухом, который вытеснил из нее воду через нижнее, открытое отверстие. Над колонной установлены были две камеры - воздушные шлюзы, которые сообщались посредством плотно закрываемых дверец как с наружным воздухом, так и с рабочим пространством в колонне. Рабочие входили в шлюзную камеру через наружную дверь и, закрыв ее за собой, при помощи крана сообщали камеру со сгущенным воздухом в рабочем пространстве колонны. После полного уравнения давлений можно было открыть дверь, ведущую из шлюзной камеры внутрь колоны, и спуститься вниз. Подобным же образом, только в обратном порядке, совершался выпуск рабочих, причем раньше, чем открыть дверь, ведущую из шлюза наружу, выпускали из него с помощью крана сжатый воздух. Через эти же шлюзы выносился извлекаемый со дна грунт и вводились материалы для заполнения колонн бетоном. Этим способом подошва оснований моста опущена была на глубину 18 м. Когда оказалось, что сжатый воздух дает возможность работать с успехом и беспрерывно как на больших, так и на малых глубинах, независимо от разных препятствий, как наступление паводков и проч., способ этот начал входить во всеобщее употребление при сооружении мостов. Наступившая после этого эпоха постройки больших железнодорожных линий вызвала быстрое усовершенствование пневматического способа устройства оснований. На фиг. 1 представлен разрез быка моста С.-Петербурго-Варшавской дороги через Неман, у города Ковно, построенного инженером Сезанном (C?zanne 1859 г.), по образцу построенного им же раньше Чегединского моста через реку Тейссу.ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА НА СООРУЖЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ И КЕССОНОВ
МОНТАЖ КЕССОНОВ
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Типовая технологическая карта разработана на монтаж кессонов.
Общие сведения
Погружение кессонов
Кессонный метод возведения фундаментов глубокого заложения применяют в тех случаях, когда наблюдается значительный приток воды и осложняются работы по осушению, а также когда грунты содержат крупные включения твердых пород. Кессоны применяют в непосредственной близости от сооружений, когда есть опасность выпора грунта из-под их подошвы.
Кессон состоит из кессонной камеры , подкессонного строения и шлюзового устройства (рис.1). Кессонную камеру обычно делают из железобетона. Стенки камеры заканчиваются ножом. Высота камеры от банкетки до потолка принимается не менее 2,2 м. В потолке камеры предусмотрено отверстие для установки шахтной трубы. Надкессонное строение чаще всего выполняют в виде сплошного массива из монолитного бетона или железобетона. Для опускания и подъема людей и выполнения грузоподъемных операций предусматривается шлюзовой аппарат, который соединен с кессонной камерой шахтными трубами. Сверху кессон оснащен подъемным механизмом. Для подачи сжатого воздуха монтируются трубопроводы из двух ниток: рабочей и резервной. Для обеспечения сжатым воздухом монтируется компрессорная.
Рис.1. Общий вид кессона
1 - подмости; 2 - шлюзовой аппарат; 3 - материальный шлюзовой прикамерок; 4 - людской шлюзовой прикамерок; 5 - шахтные трубы; 6 - трубопровод сжатого воздуха; 7 - бадья с грунтом; 8 - надкессонная кладка; 9 - надкессонная обшивка; 10 - потолок кессона; 11 - кессонная камера; 12 - стены кессона; 13 - лестница; 14 - тельфер; 15 - вагонетка с грунтом
Сущность метода заключается в том , что во время погружения кессона в кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, предотвращающий поступление в камеру подземных вод и наплывов грунта. Разработку грунта ведут в осушенном пространстве камеры. 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 уравновешиваются, дверь можно открывать. 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 открывать люк шахты для входа рабочих или транспортировки грунта. Шахту монтируют из звеньев труб на фланцах. Не 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.
При сооружении кессонной камеры и надкессонного строения предъявляют такие же требования, что и при сооружении опускных колодцев. Технология производства бетонных, арматурных и других работ аналогична технологии этих работ по сооружению опускных колодцев.
Кессоны, как и опускные колодцы, погружаются в грунт под действием собственной массы. Но погружению здесь препятствует не только сопротивление грунта, но и давление воздуха в кессонной камере. Сначала кессон погружают без подачи сжатого воздуха в камеру, но как только появляются подземные воды, кессон переводят на режим воздушного давления. Воздух отжимает воду из кессонной камеры, благодаря чему в ней можно разрабатывать грунт.
Воздушное давление в камере кессона должно удовлетворять требованию
где - избыточное воздушное давление в кессонной камере, Па; - гидростатический напор на уровне банкетки ножа, м; - плотность воды, т/м.
Эффективность погружения определяется следующим соотношением активных и реактивных сил:
, (2)
где - вес кессонной камеры, кН, - вес надкессонного массива, кН; - сила бокового трения кессона о грунт, кН; - давление грунта под ножом кессона, кПа; - избыточное давление воздуха в кессоне, кПа; - площадь внутренней поверхности ножевой части кессона, м; - площадь кессона по наружному очертанию, м.
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, погружение кессона до проектной отметки, заполнение кессонной камеры.
В течение подготовительного периода должна быть смонтирована компрессорная станция с резервными агрегатами и разводящая сеть.
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 транспортировки. Отбуксированный к месту погружения кессон расчаливают к анкерным сваям. Обеспечив точность посадки кессона, его затопляют, нарастив предварительно шахту так, чтобы после погружения она возвышалась над поверхностью воды. Затем на шахте монтируют шлюзовую камеру, подают сжатый воздух в кессонную камеру, осушают ее и приступают к погружению.
В процессе погружения кессона стены наращивают до верха 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 кессонной камеры.
Грунт в кессонной камере разрабатывают методами гидромеханизации: размывают гидромониторами и удаляют пульпу эжекторами или гидроэлеваторами. Вначале устраивают зумпфы в центральной части кессонной камеры. В зумпфе устанавливают всасывающее устройство гидроэлеватора. Управление стволами гидромонитора может быть ручным или дистанционным, когда оператор находится в специальной надкессонной камере, где сохраняется нормальное давление воздуха. В последнем случае за ходом работ наблюдение ведут в перископы. Гидромеханизированную разработку плотных грунтов ведут от ножа к середине, в слабых грунтах - только в средней части камеры. Слабый грунт из-под ножа выдавливается под действием веса сооружения 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 погружение кессона замедляется, а при равновесии сил может совсем прекратиться. В этом случае для дальнейшего погружения применяют форсированный способ посадки кессона . Для этого по периметру ножа разрабатывают траншею глубиной до 0,5 м, затем рабочие покидают кессонную камеру и избыточное давление в ней снижают, но не более чем наполовину. В результате нарушения равновесия активных и реактивных сил кессон погружается до упора ножа в дно траншеи. После этого давление воздуха опять поднимают и разрабатывают грунт в центре камеры. Если грунты не поддаются гидромеханизации, то их разрабатывают пневматическими инструментами и мелкими взрывами. Плотные грунты вначале разрабатывают вдоль периметра ножа в виде траншеи 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 под ножом уменьшается, и кессон погружается до упора ножа в дно траншеи. При проходке скальных пород выработку траншеи расширяют за пределы ножа наружу на 10-15 см, чтобы предотвратить заклинивание кессона осколками грунта и неровностями и избежать перекоса.
Работать в кессоне можно при давлении не более 0,4 MПa, что соответствует глубине 40 м. Наибольшая глубина погружения кессона составляет 38 м, так как давление в кессоне должно быть на 10% выше давления столба воды. Погружение кессонов на большую глубину возможно при автоматической разработке грунтов или дистанционным управлением механизмами.
Кессонные камеры после погружения на проектную отметку должны заполняться материалом, предусмотренным в проекте, с плотной подбивкой материала под потолок кессона. Оставшиеся пустоты заполняются цементно-песчаным раствором, нагнетаемым через закладные трубки под давлением не менее 0,1 MПa. В некоторых случаях допускается посадка потолка кессона непосредственно на грунт. Материалами заполнения кессонной камеры являются бетон, бутобетон и песок. Заполнение камеры начинается с укладки по всей площади кессона слоя бетона или песка такой толщины, чтобы оставшаяся высота камеры допускала дальнейшее выполнение работ по устройству забутовки. Толщину предварительно укладываемого слоя принимают 0,5 м. Вначале производят подбивку под скошенную часть ножа (консоли), затем заполняют среднюю часть рабочей камеры кессона. В некоторых случаях кессонную камеру заполняют местными грунтовыми материалами (глинами или суглинками).
2. ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ
Основные оси опускных колодцев или кессонов должны быть закреплены на местности посредством обносок (рис.2). Положение каждой основной оси колодца или кессона следует нанести на четырех обносках - по две обноски с каждой из четырех сторон сооружения, чтобы обеспечить возможность постоянного контроля реек, укрепленных на наружной боковой поверхности сооружения (по его основным осям). Контроль положения каждой рейки осуществляется визированием по меткам двух обносок.
Рис.2. Схема закрепления основных осей опускного колодца или кессона на местности
1 - колодец или кессон; 2 - обноски; 3 - рейки, закрепленные на колодце; 4 - границы призмы обрушения
Обноски должны быть установлены на площадках, расположенных вне зоны возможных подвижек грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях (за пределами призм обрушения), а на акваториях - вне мест приливно-отливных колебаний и волновых воздействий.
Устройство фундаментов капитальных сооружений, подводящих и отводящих коллекторов, а также монтаж трубопроводов и других коммуникаций в пределах призмы обрушения допускается только после завершения опускания кессона бетонирования днища, полного закрепления колодца на проектной отметке, отключения системы осушения и восстановления естественного состояния окружающего грунтового массива (восстановления естественного уровня грунтовых вод, оттаивания грунта после замораживания и т.п.).
Размещение в пределах призмы обрушения временных сооружений и оборудования для строительства кессонов (бетонорастворный и глинорастворный узлы, компрессорная станция, краны и т.п.) допускается при условии принятия мер по обеспечению их нормальной работы в случае возможного перемещения грунта.
В связи с тем что при опускании кессонов не исключена возможность подвижек и оползания грунта в пределах их призм обрушения, не допускается в указанной зоне строительство капитальных сооружений в период опускания и до окончания устройства днища и отключения водопонижения, а в колодцах, погружаемых в тиксотропных рубашках, - до завершения работ по тампонажу полости тиксотропной рубашки.
При эксплуатации башенных кранов на рельсовом ходу, используемых при опускании кессонов, ежедневно должна производиться нивелировка рельсовых путей с соответствующей рихтовкой.
Для уменьшения и равномерной передачи на поверхность грунта давления от первого яруса опускного кессона до начала работ по его бетонированию (монтажу) под ножевую часть сооружения должно быть подготовлено специальное временное основание в виде песчано-щебеночных призм, деревянных или железобетонных подкладок, бетонных или железобетонных монолитных или сборных колец или других опорных конструкций.
При опускании кессонов схема воздухопроводов должна обеспечивать возможность подключения в сеть или отключения от сети каждого компрессорного агрегата.
На компрессорной станции должен быть предусмотрен резервный компрессор, производительность которого должна быть равна или больше самого мощного из работающих. Резервный компрессор в период выполнения кессонных работ должен постоянно находиться в состоянии , готовом для немедленного пуска и подключения в сеть.
Компрессорная станция должна иметь питание от двух независимых источников электроэнергии.
Сжатый воздух должен поступать из коллектора компрессорной станции в наружный воздуховод не менее чем через два последовательно поставленных воздухосборника, общий объем которых определяется в зависимости от количества всасываемого компрессорами воздуха, согласно табл.2.1.
Таблица 2.1
|
N п.п. |
Количество всасываемого воздуха, м/мин |
Минимальный объем воздухосборников, м |
|
1 |
5 |
3 |
|
2 |
10 |
5 |
|
3 |
20 |
7 |
|
4 |
30 |
9 |
|
5 |
50 |
11 |
|
6 |
70 |
13 |
|
7 |
90 |
15 |
|
8 |
100 |
16 |
|
9 |
120 |
18 |
|
10 |
140 |
19 |
|
11 |
160 |
20 |
|
12 |
180 |
21 |
|
13 |
200 |
22 |
|
14 |
220 |
23 |
|
15 |
240 |
24 |
|
16 |
250 |
25 |
Наружный воздухопровод следует укладывать не меньше, чем в две нитки и защищать от воздействия наружной температуры. Воздухоподающие трубы должны быть равномерно распределены по площади кессона. Число воздухоподающих труб, идущих от сборного воздухопровода к кессону, назначается из расчета одной трубы на 100 мплощади кессона в плане, но должно быть не менее двух.
Воздух в шлюзовые аппараты следует подавать по отдельным трубам.
Число и размеры сифонных труб для обмена воздуха и удаления его излишков следует определять из условия, чтобы их площадь сечения составляла не менее 20% суммарной площади воздухоподающих труб (но не менее двух сифонных труб).
При опускании кессона потребность в сжатом воздухе увеличивается, поэтому типы и число компрессоров на компрессорной станции необходимо подбирать так, чтобы питание кессона сжатым воздухом было равномерно возрастающим - от минимума, соответствующего начальному периоду опускания, до максимума, соответствующего проектному положению кессона.
В связи с этим комплект компрессоров на компрессорной станции подбирается из компрессоров различной производительности.
В то же время производительность самого мощного компрессора должна быть не более 50% общей производительности компрессорной станции.
Количество сжатого воздуха, подаваемого в кессон, должно обеспечивать воздушное давление, при котором создаются оптимальные условия для производства работ. На каждого работающего в кессоне следует подавать не менее 25 м сжатого воздуха в 1 ч.
Температура воздуха в рабочей камере при давлении до 0,2 МПа должна быть 16-20 °С, до 0,25 МПа - 17-23 °С, выше 0,25 МПа - 18-26 °С.
Воздушное давление в кессонах, погружаемых без применения гидромеханизации, должно быть достаточным, чтобы исключить приток воды из-под ножа, но не превышать больше чем на 0,02 МПа гидростатическое давление на уровне ножа.
Количество и давление сжатого воздуха, подаваемого в камеру кессона, должно обеспечивать:
а) обмен воздуха в опускаемом кессоне, отвечающий требованиям действующих правил безопасности производства кессонных работ;
б) возможность осуществления в кессоне оптимального режима воздушного давления, соответствующего принятому методу разработки грунта при опускании кессона до проектной отметки;
в) условия, исключающие возможность наплыва грунта вследствие понижения давления воздуха при гидромеханической разработке грунтов.
Расчетное количество воздуха, необходимое по правилам безопасности при кесонных работах, должно составлять , где - количество сжатого воздуха, подаваемого компрессором, м/ч; - полная численность людей, занятых на работе в рабочей камере и шлюзовом аппарате.
Расчетное количество воздуха, необходимое для опускания кессона по производственным требованиям, следует определять по формуле
, (3)
где - количество сжатого воздуха, подаваемого компрессором, м/ч; - суммарная внутренняя поверхность стен и потолка кессона, м; - периметр кессона, м; - часовая потеря воздуха, приходящаяся на 1 м периметра ножа и принимаемая для плотных и мягких грунтов 1-3 м/ч и для скальных грунтов 4-6 м/ч; - часовая потеря воздуха через 1 м стен и потолка, принимаемая равной от 0,67 до 0,35 м/ч в зависимости от плотности бетона (0,35 м/ч - при торкретированной поверхности); - коэффициент, учитывающий расход воздуха на шлюзование грунта и в среднем принимаемый равным 1,25, при применении гидромеханизации в кессоне 1.
Для подбора производительности компрессорной станции в формулы следует ввести множитель .
Расчетное избыточное воздушное давление в камере кессона , МПа, следует принимать:
а) при разработке грунта без применения гидромеханизации ;
б) при разработке грунта с применением гидромеханизации ,
где - гидростатический напор, м, водяного столба на уровне ножа кессона; - допускаемая разность гидростатического и воздушного давления, МПа, зависящая от физических свойств грунтов, окружающих кессон.
Принимают следующие наименьшие значения величины , МПа:
|
Для песчаных грунтов |
0,01 | |||
|
Для супесей |
0,02 | |||
|
Для суглинков |
0,03 | |||
|
Для глин |
0,04 | |||
Наибольшая величина допускаемой разности давлений должна уточняться опытным путем в процессе опускания кессона , причем при правильно назначенной величине должны исключаться наплыв грунта и приток фильтрующейся воды, при котором невозможно обеспечить баланс пульпы в зумпфе.
Для предотвращения резких посадок кессонов при проходке слабых грунтов необходимо вследствие недостаточности сил бокового трения погружать их с применением шпальных клеток или же клеток из других материалов.
При опускании кессонов на шпальные клетки в проекте производства работ предусматривается последовательность их перестановки по мере разработки грунта между форсированными зонами. Пример размещения клеток и последовательность их перестановки приведены на рис.3.
Рис.3. Последовательность перестановки шпальных клеток
1 - первоначальное положение клеток; 2 - последующее положение клеток
Когда кессон опущен на большую глубину, силы трения, развивающиеся между его боковой поверхностью и грунтом, могут стать настолько большими, что действия собственного веса кессона для погружения его в грунт будет недостаточно. В этом случае прибегают к так называемым форсированным посадкам кессона. Сущность форсированных посадок кессона состоит в том, что выкопав траншею по периметру кесонной камеры и удалив грунт из-под ножевой части, снижают давление воздуха в кессоне. Вследствие уменьшения давления воздуха на потолок кессонной камеры сопротивление погружению в грунт значительно уменьшается, и кессон быстро опускается на глубину выработки грунта. Форсированные посадки кессона разрешается производить на глубину не более 0,5 м при снижении воздушного давления не больше чем на 50%.
Так как при форсированных посадках не исключена возможность наплыва грунта в кессонную камеру, то их нельзя допускать в тех случаях, когда в пределах призмы обрушения грунта имеются сооружения.
В этих условиях, чтобы облегчить погружение кессона, зажатого силами трения, следует применять другие способы, например, дополнительную пригрузку его.
Подборка грунта под банкеткой перед форсированной посадкой на глубину больше чем 0,5 м запрещается.
Разработку грунта в камере кессона, как правило, для всех грунтов ведут в два приема : сначала выбирают грунт в средней части камеры, не трогая участков, расположенных под консолями, и только после этого, удалив грунт из-под консолей, сажают кессон. Таким образом, опускание кессона происходит не непрерывно, а отдельными ступенями.
Разработка грунта на первых метрах погружения кессона производится в такой последовательности: грунт снимают ровными слоями по всей площади кессона до уровня банкетки, берму шириной около 0,5 м оставляют у консолей (рис.4). После того как грунт в средней части кессона будет выбран вровень с банкеткой, разрабатывается оставленная берма. Разработка бермы производится от середины продольных сторон к углам и одновременно от углов (или фиксированных зон) к середине коротких сторон (рис.5). По мере разработки бермы кессон постепенно садится. После того как берма будет удалена вровень с поверхностью грунта, на остальной площади кессона возобновляется выборка грунта в средней части кессона, и описанные выше операции повторяются.
Рис.4. Схема бермы у консоли кессона при разработке грунта
Рис.5. Схема удаления берм у консоли кессона
1 - шахтная труба
При опускании кессона в полускальных и скальных породах в результате соприкосновения наружных поверхностей стен кессона с поверхностью скалы кессон может быть зажат. Чтобы избежать этого, необходимо при разработке грунта под ножевой частью захватывать и грунт, находящийся вне кессонной камеры на расстоянии 10-15 см от наружной поверхности ножевой части.
Разработку слабых, несвязных грунтов следует вести в центральных частях кессонной камеры, тогда под тяжестью кессона грунт от ножевой части будет сползать к центральным выработкам, а вследствие этого кессон по мере разработки грунта будет постепенно опускаться.
Затопление камеры кессона (в случае вынужденного перерыва в производстве работ) должно производиться постепенным понижением воздушного давления. Вытеснение воды из затопленной камеры должно производиться под давлением, не превышающим проектное.
Камеры кессона должны заполняться материалом, предусмотренным в проекте, с плотной подбивкой материала под потолок кессона. Оставшиеся пустоты должны быть заполнены цементно-песчаным раствором нагнетанием его через закладные трубки под давлением не менее 0,1 МПа.
Посадка потолка кессона непосредственно на грунт допускается только по решению проектной организации.
Затопление кессонов, оборудованных гидромеханизированными установками, должно производиться подачей воды в рабочую камеру с одновременным постепенным снижением давления воздуха. Обратное удаление воды из кессона должно осуществляться вытеснением ее сжатым воздухом и одновременной откачкой гидроэлеватором.
Заполнение рабочей камеры кессона бетонной смесью, бутобетоном или песком должно производиться в строгом соответствии с проектом производства работ. Бетон, применяемый для заполнения камер, должен обладать достаточной пластичностью. Заполнение камеры начинается с укладки по всей площади кессона слоя песка или бетона такой толщины, чтобы оставшаяся высота рабочей камеры допускала вполне удобное производство работ по дальнейшей забутовке. Толщина предварительно укладываемого слоя принимается равной около 0,5 м.
Вначале производят подбивку под скошенную часть консоли, затем заполняют среднюю часть площади кессона. Укладку заполнителя все время ведут симметрично относительно продольной и поперечной осей кессона. Принятая в проекте последовательность заполнения камеры кессона бетоном или песком должна обеспечивать равномерную его укладку, в первую очередь, вдоль консолей, а затем из центра камеры к внешней линии монорельса.
Помимо заполнения камеры кессона бетоном, бутобетоном, песком в некоторых случаях в целях экономии может применяться заполнение камеры кессона местными грунтовыми материалами (глинами, суглинками).
3. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ
ПРИЕМКА РАБОТ
В процессе возведения и опускания кессонов приемке подлежат:
закрепленные в натуре геодезическими знаками основные оси сооружений;
искусственные островки, площадки и временное основание под нож;
арматура, закладные части и детали;
стыки и швы между элементами сборных конструкций;
сооружения, подготовленные к снятию с временных оснований и опусканию (спуску на воду);
установка наплавных кессонов на дно;
заполнение пазух колодца, погруженного в тиксотропной рубашке (тампонаж полости тиксотропной рубашки).
В процессе работ по возведению и опусканию кессонов надлежит вести журналы работ по опусканию кессона.
В ходе строительства инженерно-технические работники обязаны оформлять исполнительные документы - журналы производства работ, бетонных работ, опускания сооружений, температурный журнал и др.
Все журналы должны быть пронумерованы, прошиты и скреплены печатью; не реже одного раза в месяц они должны проверяться руководством строительных организаций. По окончании работ на участке последнюю запись в каждом журнале делает начальник участка, который подписывает журнал на титульном листе.
Акты на скрытые работы должны составляться на все конструктивные элементы и работы, скрытые в процессе последующего производства, например гидроизоляция, арматура, омоноличиваемые стыки сборных железобетонных элементов, закладные части и др.
Приемка скрытых работ раньше достижения применяемыми материалами проектной прочности допускается при условии отбора и испытания образцов (после твердения).
Акты на скрытые работы должны составляться в трех экземплярах: один передается представителю технадзора, два других хранятся в строительной организации (один из них при сдаче работ прилагается к акту сдачи).
Исполнительные чертежи подписываются геодезистом, руководителем объекта и представителем заказчика.
Строительная организация, выполнившая работы не по объекту в целом, а только по отдельному виду работ или части сооружения (опускной колодец, кессон), должна сдавать эти работы генподрядной организации (в присутствии представителя заказчика) под монтаж и для дальнейшего производства работ по акту.
При сдаче законченных работ на объекте строительная организация в любом случае должна предъявить следующие документы:
перечень и краткую техническую характеристику подлежащих сдаче сооружений;
комплект рабочих чертежей, соответствующих выполненным работам или с внесенными в них изменениями , если последние имели место в процессе строительства, с подписью лиц, ответственных за строительство;
акты промежуточной приемки ответственных конструкций и акты на все работы, скрываемые последующими работами и конструкциями (скрытые работы);
акты испытания установленного оборудования;
документы, характеризующие качество использованных материалов (сертификаты, акты и паспорта на испытание материалов и т.д.);
документы, характеризующие качество выполненных работ (результаты испытания сварных стыков, арматуры, образцов бетона и др.);
журналы работ;
акты геодезической разбивки основных осей сооружений, а также ведомости реперов и осевых знаков.
Вся документация в одном экземпляре после окончания работы рабочей комиссии передается заказчику.
4. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ
Установка БСО-1 обеспечивает изготовление опор глубиной до 70 м и диаметром 820-1220 мм при скорости проходки скважин до 6 м/ч.
Буровая установка СО-1200/2000 служит для устройства буровых опор длиной до 24 м и диаметром 800-1500 м с уширением основания до трех диаметров ствола сваи. У этой установки днище бурового ковша укреплено на шарнире и в закрытом положении фиксируется защелкой. На днище бурового ковша смонтированы ножи для разрушения грунта в забое скважины. Разбуренный грунт поступает в окна забора днища.
Буровая установка УРП-1 предназначена для устройства опор длиной до 37 м и диаметром до 1400 мм с уширением основания. В качестве базовой машины используют кран МКГ-25 или экскаватор Э-1254. Рабочим органом является ковшовый бур. При устройстве уширения ковшовый бур заменяют буровым расширителем циклического действия.
Буровая установка МБС-1,7 может быть использована для устройства буровых опор глубиной до 28 м, диаметром ствола 1,3 и 1,7 м и диаметром уширения до 3,5 м в любых грунтовых условиях с креплением стенок скважин глинистым раствором. В качестве базовой машины используется кран-экскаватор Э-1258Б, оснащенный консольной площадкой с ротором-вращателем. Сквозь него проходит телескопическая квадратная штанга с укрепленным на ней рабочим органом (буровыми ковшами, шнеками и уширителями). Установка оснащена дополнительной стрелой, которая используется для ударного бурения грейфером или долотом. Основной отличительной особенностью установки является возможность принудительной подачи рабочего органа на забой, а также быстро переходить с одного вида бурения на другой.
Установки ЕДФ-55 французской фирмы "Беното" позволяют делать буровые опоры диаметром до 2100 мм и глубиной до 120 м в сложных грунтовых условиях. Скорость проходки скважин до 6 м/ч. Оборудование позволяет выполнять все операции по устройству буровых опор. Проходку скважины ударным бурением ведут с помощью грейфера "Хаммер-Граб". Особенностью разработки скважин стенками "Беното" является оригинальный способ обуривания забоя обсадной трубой, которая внедряется в забой, совершая возвратно-вращательные движения и одновременно поступательное движение на забой.
Водонасыщенные пески и ил разрабатывают желонкой.
Уширение разбуривают расширителем "Сегби", ножи которого раскрываются с помощью гидропривода. Грунт извлекается из скважины при сомкнутых режущих ножах. По окончании бурения дно скважины очищают от грунта грейфером. Бетонирование свай выполняют методом ВПТ или контейнерным способом.
В Японии получили широкое распространение фундаменты в виде мощных бетонных опор глубокого заложения с большой несущей способностью, сооружаемых с помощью специальных станков. Диаметр опор достигает 2-3,5 м. Наиболее часто бетонные опоры выполняют машинами, выпускаемыми фирмой "Като". Установки 20-ТН фирмы "Като" при скорости проходки грейфером 3-5 м/ч и ротором до 18 м/ч обеспечивают получение опор диаметром до 1200 мм, глубиной до 27 м.
5. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
Все рабочие, ИТР, принимающие участие в возведении и опускании кессонов, перед началом работ должны пройти обучение по безопасным способам производства работ применительно к конкретной строительной площадке и соответствующим специальностям.
Для обеспечения безопасности работ при устройстве глубоких буровых опор и фундаментов из тонкостенных железобетонных оболочек должны соблюдаться правила и требования, установленные для ведения буровых и свайных работ, а также общие правила техники безопасности, предусмотренные СНиПом.
При возведении и опускании кессонов следует руководствоваться и выполнять все требования действующих норм безопасности труда на строительстве (СНиП 12-03-2001 и СНиП 12-04-2002) и правил эксплуатации используемого оборудования, механизмов и инструмента. Особое внимание должно быть обращено на возможность подвижек и оползания грунта в пределах их призм обрушения и недопущение расположения в этой зоне действующих механизмов и других средств производства работ.
При возведении стен в грунте вдоль разрабатываемой траншеи следует делать ограждения на расстоянии 3 м с каждой стороны, а переход людей через открытую часть траншеи допускается только по предусмотренным для этой цели мостикам.
Перемещение и установка машин и механизмов вдоль траншеи допускаются лишь на расстоянии, установленном в проекте.
Должны быть подробно указаны способы и схемы отрывки траншей и удаления грунта, строповки и установки арматурных конструкций и сборных элементов, установки бетонолитных труб и процессов бетонирования.
Условия работы в кессоне вредны для здоровья людей . Особенно неблагоприятно влияют на организм и вызывают кессонную болезнь нарушения режима постепенного изменения давления воздуха, т.е. сокращение длительности шлюзования. Рабочие очередной смены, перед тем как опуститься в кессон, помещаются в прикамерок шлюзового аппарата, в который постепенно (в течение 10-20 мин) нагнетается воздух до давления, равного кессонному. Затем рабочие опускаются в кессонную камеру для выполнения работы. В зависимости от величины давления смена длится 2-4 ч. После окончания смены рабочие вновь помещаются в шлюзовый прикамерок и подвергаются длительному "вышлюзовыванию", нарушение режима которого особенно опасно.
Подаваемый в кессон воздух должен быть сухим, прохладным и чистым, для этого применяют воздухосборники, фильтры и очистительные установки.
Количество сжатого воздуха, подаваемого в кессон, должно обеспечивать воздушное давление, при котором создаются оптимальные условия для производства работ. На каждого работающего в кессоне следует подавать сжатого воздуха не менее 25 м/ч.
Температура воздуха в кессонной камере при давлении до 0,2 МПа должна быть 16-20 °С, до 0,25 МПа 17-23 °С, выше 0,25 МПа - 18-26 °С. Обмен воздуха в кессонной камере должен отвечать требованиям техники безопасности производства кессонных работ. При опускании кессонов схема воздухопроводов должна обеспечивать возможность подключения в сеть или отключения от сети каждого компрессорного агрегата.
На компрессорной станции должен быть резервный компрессор производительностью, равной или больше самого мощного из работающих компрессоров . Резервный компрессор в период выполнения работ должен постоянно находиться в готовности для немедленного пуска и подключения в сеть. Компрессорная станция должна иметь питание от двух независимых источников электроэнергии.
Внезапное снижение давления в кессоне может привести к аварии и тяжелым заболеваниям рабочих, поэтому двери и люки необходимо всегда делать открывающимися в сторону большего давления, что исключает случайные потери воздуха.
При опускании кессонов вблизи существующих сооружений за последними должен быть установлен систематический инструментальный контроль. При обнаружении деформаций сооружений необходимо срочно прекратить опускание сооружений и принять меры, предотвращающие развитие опасных деформаций.
6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТНЫЕ СМЕТНЫЕ НОРМЫ. СВАЙНЫЕ РАБОТЫ
Государственные элементные сметные нормы ГЭСН, предназначены для определения состава и потребности в ресурсах, необходимых для выполнения строительных работ, составления сметных расчетов (смет) ресурсным методом, а также для расчетов за выполненные работы и списания материалов.
ГЭСН являются исходными нормативами для разработки Государственных единичных расценок на строительныеработы федерального (ФЕР) и территориального (ТЕР) уровней, индивидуальных и укрупненных норм (расценок) и других нормативных документов, применяемых для определения прямых затрат в сметной стоимости строительных работ.
ГЭСН отражают среднеотраслевые затраты на принятую технику, технологию и организацию работ по видам работ. В связи с этим ГЭСН могут применяться для определения затрат всеми организациями-заказчиками и подрядными организациями независимо от их организационно-правовых форм и ведомственной принадлежности.
ГЭСН разработаны в составе следующих сборников:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции.
СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Ч.1. Общие требования.
СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Ч.2. Строительное производство.
ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
ГОСТ 12.2.003-91. ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.
ГОСТ 12.3.009-76. ССБТ. Работы погрузочно-разгрузочные. Общие требования безопасности.
ГОСТ 12.3.033-84. ССБТ. Строительные машины. Общие требования безопасности при эксплуатации.
ГОСТ 24258-88. Средства подмащивания. Общие технические условия.
ППБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.
Электронный текст документа подготовлен ЗАО "Кодекс"
и сверен по авторскому материалу.
Автор: Демьянов А.А. - к.т.н., преподаватель
Военного инженерно-технического университета,
Санкт-Петербург, 2009
