Конструкції і область застосування опускних колодязів і кесонів
Опускний колодязь являє собою відкриту зверху і знизу залізобетонну (рідше сталеву і бетонну) конструкцію (рис. 9.1), стіни якої в нижній частині мають загострення (консолі), зазвичай посилені металом (ножі). Опускні колодязі занурюються в грунт під дією власної ваги в міру розробки і видалення ґрунту, розташованого в порожнині колодязя і нижче його ножа.
Мал. 9.1. Опускний колодязь а - занурення колодязя .; б - фундамент у вигляді опускного колодязя; 1 - консолі; 2 - стінки колодязя; 3 - надфундаментной частина опори; 4 - залізобетонна плита; 5 - бетон. покладений насухо; 6 - підводний бетон; 7 - міцний грунт; 8 - слабкий грунт
Стіни колодязів або споруджують відразу на повну висоту, або нарощують в міру занурення колодязів в грунт (рис. 9.1, а).
Занурення опускних колодязів в грунт виробляють з відкачуванням або без відкачування води з їх порожнини.
Після досягнення опускним колодязем проектної глибини закладення фундаменту порожнину колодязя цілком (рис. 9.1,6) або частково заповнюють бетонною сумішшю спочатку підводним способом, а потім насухо. У верхній частині колодязя споруджують розподільну залізобетонну плиту, на якій згодом ведуть кладку надфундаментной частини опори; в деяких випадках таку плиту не роблять.
Опускні колодязі застосовують у випадках розташування грунтів з достатньою несучою здатністю на великих (понад 5-8 м) глибинах, коли спорудження фундаментів у відкритих котлованах через складність кріплення їх стін економічно недоцільно або технічно нездійсненно. Так як в подібних випадках крім опускних колодязів можна застосовувати фундаменти з паль або оболонок, вибір типу фундаменту виробляють на основі техніко-економічного порівняння варіантів. Перевагою фундаментів з опускних колодязів є можливість їх занурення без використання складного технологічного обладнання. Недоліками їх є великий обсяг кладки і значні труднощі, що виникають при зустрічі колодязів в водонасичених грунтах з перешкодами у вигляді великих валунів, скельних прошарків, топляков і т. П. Усунення таких перешкод можливо лише після відкачування води з колодязів, що при водонасичених грунтах не завжди вдається зробити. Труднощі, пов'язані з необхідністю осушення колодязя, виникають і при посадці його на скельний грунт, поверхня якого не буває строго горизонтальній і потребує плануванні для можливості того, що спирається на нього колодязя по всьому периметру.
Рис 9.2. Кесон а - занурення кесона; б - кесонна фундамент; 1 - консоль; 2 - надкессонная кладка; 3 - труби для стисненого повітря; 4 - компресорна станція; 5 - центральна шлюзова камера; 6 - прікамеркі; 7 - шахтні труби; 8 - стеля кесона; 9 - ніж; 10 - робоча камера кесона; 11 - кладка надфундаментной частини опори; 12-бетон заповнення шахти; 13 - бетон заповнення робочої камери; 14 - міцний грунт; 15 - слабкий грунт
Зазначені труднощі долаються, якщо фундамент споруджують із застосуванням кесона (рис. 9.2). Кесон (рис. 9.2, а) являє собою відкриту знизу залізобетонну або сталеву конструкцію, що складається з стелі та бокових стін. Товщина стін кесона донизу зменшується і вони закінчуються консоллю зі сталевим ножем. Порожнина в нижній частині кесона називають робочою камерою. У ній виробляють розробку грунту, в міру якої кесон опускається під дією власної ваги, а також ваги надкессонной кладки, що будується з бетону над стелею в процесі занурення кесона в грунт. Подачею в робочу камеру стисненого повітря забезпечують віджимання з неї води, що дозволяє вести розробку грунту насухо.
Стиснене повітря виробляється компресорною станцією і подається по трубах як в робочу камеру кесона, так і в шлюзовий апарат. Останній складається з центральної шлюзовий камери і двох прікамерков - один для робочих, другий для матеріалів. Шлюзовий апарат встановлюють на дві шахтні труби, які збирають з окремих металевих ланок і використовують для підйому і спуску робітників, а також вертикального транспорту матеріалів і грунту.
Спуск робітників в камеру кесона проводять за таким порядком. З пасажирського прікамерка випускають стиснене повітря, що дозволяє відкрити всередину зовнішні двері прікамерка, в яку входять робочі. Двері закривають і в прікамерок з центральної шлюзовий камери подають стиснене повітря. Коли тиск повітря в прікамерке стане рівним тиску повітря в центральній шлюзової камери, відкривають двері між ними і робітників переходять в цю камеру, а потім по металевій драбині, встановленої в шахтної трубі, спускаються в камеру кесона. Підйом робітників в центральну шлюзову камеру і вихід їх назовні здійснюють в зворотному порядку.
Зміна тиску від нормального до підвищеного (процес шлюзування) і від підвищеного до нормального (процес вишлюзовиванія) в пасажирському прікамерке необхідно проводити так, щоб робітники могли поступово пристосуватися до нових умов. Час, що потрібне для шлюзування і вишлюзовиванія, тим більше, чим вище тиск повітря в кесоні.
Для можливості віджимання води з робочої камери кесона надлишкове (понад нормальний) тиск повітря в ній повинно трохи перевищувати гідростатичний тиск на рівні низу ножа кесона.
Найбільше надлишковий тиск, при якому дозволяється працювати людям в кесоні, дорівнює 400 кПа. Це визначає максимальну глибину занурення кесона від рівня води в 40 м.
Після досягнення проектної глибини закладення фундаменту камеру кесона заповнюють бетонною сумішшю (рис. 9.2,6). Потім демонтують шлюзовий апарат і шахтні труби; вертикальну шахту заповнюють бетонною сумішшю. В результаті виходить масивний фундамент глибокого закладення, на якому зводять кладку надфундаментной частини опори.
Перевага кессонов в порівнянні з іншими типами фундаментів полягає в тому, що вони дозволяють зводити фундамент глибокого закладення в будь-яких гідрогеологічних умовах. У робочій камері кесона можливо огляд і навіть випробування грунту основи, що дуже цінно.
Кесони мають і суттєві недоліки, до яких в першу чергу слід віднести шкідливий вплив стисненого повітря на організм робочих, великий обсяг бетонної кладки в масивної конструкції фундаменту, неіндустріальні конструкції і високу вартість кесонних робіт. Якщо під надлишковим тиском до 175 кПа дозволяється перебувати не більше 7 годин на добу, то під тиском в 350-400 кПа максимальний час перебування складає тільки 2 ч, з яких 1 ч витрачається на процеси шлюзування і вишлюзовиванія і тільки 1 ч використовується на корисну роботу . У зв'язку з цим вартість кесонних робіт різко зростає зі збільшенням глибини занурення кесона в грунт.