Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водозаборные и очистные сооружения

Опускание колодца при смерзании его с грунтом


Опускание колодца при смерзании его с грунтом

Строительство подземных железобетонных сооружений способом опускания их в грунт производится в любое время года. Практика погружения колодцев при отрицательных температурах воздуха показала, что основным условием, обеспечивающим нормальное опускание, является исключение смерзания стен сооружения с грунтом.

В качестве характерного объекта можно привести опускной колодец для насосной станции первого подъема, возводимой в пригороде Ленинграда. Колодец имел наружный диаметр 14 м, толщину стен 1 м и проектную глубину погружения 13 м. При достижении глубины 10,5 м (ноябрь) погружение колодца прекратилось из-за недостаточной массы для преодоления трения грунта о наружную поверхность стен. Догрузка 500 т на колодец и виброштыкование вдоль периметра колодца с целью снятия трения грунта не дали положительных результатов, так как низкие температуры (-20 °С) и прекращение движения колодца привели к омерзению его стен с грунтом.



Рис. 1. Устройство стыка между первым и вторым ярусами
1 — труба 0 25 мм; 2 — выпуски 0 16AII; 3 — щитовая опалубка; 4 — металлический шпунт типа «Ларсен-IV»


Для отрыва колодца от мерзлого грунта были произведены небольшие шпуровые взрывы, которые также не дали результатов. Смерзание произошло по всей глубине погружения (10,5 м) слоем толщиной 40 см. На проектную отметку колодец был опущен только после естественного оттаивания грунта в конце июня.

Вторым примером строительства в зимнее время является колодец насосной станции, расположенной на берегу озера в Заполярье. Геологическй разрез здесь таков: от дневной поверхности на глубину 1 м — гравелистый песок с включениями (до 25%) валунов; затем до 9 м — гравелистый песок серого цвета, содержащий пылеватые и глинистые фракции с включениями гальки (до 20%) и валунов (до 20-25%); далее до 18 м — коренные выветрелые разрушенные породы, представленные диабазом (заполнитель трещин — супесь).

Колодец предназначен для насосной станции первого подъема; по проекту наружный его диаметр 26,4 м, толщина стен 1,2 м, глубина погружения 16,8 м. Для погружения колодца в осушением котловане был применен глубинный водоотлив. Водопонижение осуществлялось 12 водопонизительными скважинами, оборудованными насосами 8АПВ. Производительность каждой скважины колебалась в пределах 12-15 м3/ч. Уровень грунтовых вод был снижен на 10 м.

При достижении колодцем глубины 10,2 м (январь) работы по опусканию были прекращены вследствие выхода землеройной машины из строя и вновь возобновлены в марте. Глубина промерзания грунта к этому времени достигла 2 м. Бурением скважин было установлено, что слой мерзлого грунта по периметру стен достиг 1,2-1,3 м и по всей глубине погружения колодца.

Ввиду исключительной необходимости окончания работ в весьма сжатые сроки было принято решение освободиться от промерзания путем одновременных взрывов. Для этого пробурили вокруг колодца два ряда шпуров диаметром 105 мм на глубину 30 м в шахматном порядке. Первый ряд (58 шпуров) располагался на расстоянии 80 см от стен; второй ряд, в том же количестве шпуров на расстоянии 140 см. Расстояние между скважинами в ряду равнялось 1,5 м. В каждый шпур первого ряда было уложено по 1,2 кг аммонита-3, а в шпуры второго ряда — по 5,2 кг.

Отрыв колодца от мерзлого грунта по периметру было решено произвести способом гидротарана. С этой целью под нож колодца уложили восемь зарядов массой по 4 кг (аммонит-3) на равном расстоянии друг от друга и один заряд массой 8 кг в центре колодца. Затем взрывчатку залили водой слоем 1,5- 2,7 м. В результате взрыва колодец получил осадку 5 мм, которая стабилизировалась в течение 6 ч, после чего погружение прекратилось. Взрывом колодец не был отделен от промерзшего грунта.

Вследствие малого эффекта взрывы для ускорения погружения оказались нецелесообразны, хотя в обычных условиях при промерзании стен на толщину до 20 см гидротаран дает хорошие результаты. Было решено применить паропрогрев, а промерзший грунт отделить от колодца с помощью клин-бабы совместно с взрывом малых шпуровых зарядов.

Для паропрогрева пробурили 68 скважин диаметром 108 мм на глубину 5,8 м, на расстоянии 1,2-1,3 м друг от друга и на 40 см от стены. Скважины бурились буровой машиной СБМК-5 производительностью 5-6 м/ч. В скважины опускали перфорированные трубы диаметром 83 мм; нижние концы труб имели щели для выхода конденсата.

Прогрев участков вели одновременно двумя парообразователями Д-133-Б под давлением пара 0,4 МПа при температуре 160° С. Прогрев производился сразу по пяти скважинам в каждом участке. Прогрев участка с 16 скважинами длился 24 ч.

Пар от парообразователя поступал через ресивер по шлангу диаметром 63 мм. После 48 ч прогрева колодец был освобожден от намерзшего грунта и за 30 мин погружен на 1,8 м, т.е. до отметки 117.30. Интересно подчеркнуть, что при подключении самотечных труб в июне на отметке 120.00 сохранился мерзлый грунт толщиной 25 см.

Иногда причиной смерзания колодца с грунтом служит близко расположенная льдогрунтовая стенка, выполненная для предупреждения притока воды в зону колодца. С подобным явлением строители встретились при сооружении канализационной насосной станции № 6, расположенной на расстоянии примерно 100 м от Невы. Здесь цилиндрический опускной колодец с внутренним диаметром 26 м и толщиной стен 1,7 м погружался на глубину 29,2 м. _

Геолого-литологический разрез представлен с поверхности 4-м слоем насыпных грунтов, подстилаемых послеледниковыми отложениями (12,3-17,7 м). В кровле этих отложений находятся мелкие водонасыщенные пески, мощность которых не выдержана и изменяется от 0,8 до 5,4 м, водонасыщенные пыле-ватые супеси (1,9-5,9 м), ниже залегают мелкие пески (5,6- 11,5 м) с прослойками заторфованных грунтов. Послеледниковые отложения подстилаются ледниковыми (моренными) отложениями, представленными пылеватым суглинком с включениями крупнообломочного материала, линз песка и супеси; мощность этого слоя — от 3,3 до 7,6 м. Ледниковые отложения подстилаются голубовато-серыми тонкослоистыми мягкопластичными жирными кембрийскими глинами, вскрытая мощность которых равна 2,5 м. Грунтовые воды являются безнапорными и находятся на глубине 1,1 м.

Учитывая значительную толщу мелких пылеватых водона-сыщенных грунтов и близость опускного колодца к береговому устою железнодорожного моста и высокой подходной насыпи, было предусмотрено замораживание грунта по радиусу колодца. Для создания льдогрунтовой стенки по периметру колодца погружались трубы диаметром 108 мм (первый ряд — на расстоянии 2,5 м от стенки колодца, второй -3 м), соединенные общим коллектором, ведущим к замораживающей установке.

Опускание колодца велось с помощью глинистой рубашки из тиксотропного раствора, подававшегося в форшахту по трубопроводу диаметром 150 мм в четырех точках. Для производства земляных работ внутрь колодца был опущен экскаватор с обратной лопатой. Разработанный грунт подавался бадьями емкостью 2 м3 на поверхность краном и выгружался во временный отвал. Работы по опусканию колодца велись в две смены. Опускание его на глубину 21 м было выполнено за 110 рабочих дней. Остановка была вызвана необходимостью дальнейшего наращивания колодца на высоту 6-7 м двумя последними секциями; эта операция включала установку опалубки, арматуры и послойное бетонирование бетоном БГТ-300, В-6.

Во время производства указанных работ колодец примерз к льдогрунтовой стенке. Несмотря на разработку грунта под ножами на глубину 3 м и опирание только на четыре фиксирующих зоны в виде посыпанного и уплотненного грунта, колодец «завис». Были приняты меры для его оттаивания. Проектировщики предложили отогреть грунт 56 циркуляционными иглами, расположенными на расстоянии 0,8 м от наружной грани стены колодца с шагом 1,75 м по его периметру. Игла представляет собой две трубы, вставленные одна в другую, причем наружная труба диаметром 168 мм является обсадной при бурении скважин до отметки- 16.00.

Затем на дно скважины укладывается бетон марки 100 слоем 0,5 м и вставляется труба диаметром 68 мм с приваренной понизу заглушкой из листа толщиной 6 мм. После схватывания бетона скважины промываются водой, объединяются в две группы трубопроводами диаметром 76 мм, после чего каждая группа соединяется с насосом и передвижным котлом с поверхностью нагрева 12 м2. Вода, подогретая до 60-80 °С, подается насосом во внутреннюю трубу скважины; во время циркуляции она нагревает стенки наружной трубы и, отдав тепло грунту, возвращается в котел для повторного подогрева.

Однако описанная система обогрева не была использована, так как строители обнаружили, что солнечные лучи (апрель) интенсивно нагревают стену колодца. Были установлены

специальные поворачивающиеся отражающие экраны, с помощью которых удалось равномерно прогреть всю внутреннюю поверхность колодца. После оттаивания грунта колодец разрушил фиксирующие зоны и самопроизвольно погрузился на глубину 3 м; при этом образовался перекос в 23 см; его исправляли, оставляя фиксирующие зоны и разрабатывая вручную грунт под ножом колодца с противоположной стороны.

Таким образом, в каждом конкретном случае смерзания колодца с грунтом можно найти оптимальное решение, позволяющее уменьшить затраты на ликвидацию зависания. Всегда надо следовать правилу — непрерывность ведения всех видов работ по погружению является одним из способов предотвращения примерзания колодца к окружающему грунту при низких температурах.

Приведенные ниже рекомендации предусматривают нормальные условия погружения колодцев при отрицательной температуре воздуха:
1) масса колодца должна быть на 15% больше сопротивления трению грунта при его погружении;
2) работы по погружению колодца должны производиться непрерывно, круглосуточно, с интенсивной разработкой грунта;
3) извлеченный грунт нужно вывозить за пределы призмы обрушения;
4) до начала работ необходимо организовать отвод поверхностных вод от сооружения.

Эффективным способом предохранения грунтов от промерзания является их обработка низкотемпературными водорастворимыми противоморозными химическими реагентами. Особые трудности возникают при разработке мерзлых льдонасыщенных грунтов в холодный период года; значительно усложняется разработка мерзлых грунтов в котлованах, траншеях, а также транспортировка и планировочные работы.

Известные способы подготовки мерзлых грунтов к их разработке, как правило, малопроизводительны, дорогостоящи и не дают должного эффекта.

Для обеспечения непрерывности посадки опускного колодца в холодный период наиболее производительным способом подготовки грунтов под ножом является введение концентрированных или пересыщенных водных растворов реагентов — различных хлористых соединений, составов на основе азотнокислого кальция и мочевины, а также составов на основе нитритов и нитратов натрия.

Хлористые соли. Они относительно дешевы и доступны, но обладают повышенной коррозионной агрессивностью по отношению к металлам; растворы этих реагентов способны проникать сквозь поры бетона и отрицательно воздействовать на арматуру железобетонных конструкций. Поэтому при их применении надо вводить антикоррозионные присадки — ингибиторы, например от 0,2 до 1% гексаметафосфата натрия или до 0,2% хромата калия либо натрия.

Хлористые соединения сравнительно широко применяются для предотвращения смерзаемости и размораживания грунтов при отрывке котлованов и траншей.

Составы на основе азотнокислого кальция и мочевины. Технический азотнокислый кальций не оказывает значительного коррозионного воздействия на черные металлы и строительные материалы; при относительно невысокой стоимости он является эффективным противоморозным реагентом.

Комбинированные химические соединения на основе мочевины (карбамида) и азотнокислого кальция имеют достаточно низкую температуру эвтектики (температура замерзания водного раствора реагента), равную минус 22-минус 27 °С, и не корродируют металлы.

Составы на основе нитритов и нитратов натрия. Нитрит и нитрат натрия, выпускаемые промышленностью в широких масштабах, могут служить для обработки всех видов грунтов. Они не оказывают коррозионного воздействия на арматуру железобетонных конструкций, однако им присущи некоторые токсические свойства. Менее токсична смесь нитрита и нитрата натрия (ННН), которая обладает весьма малой коррозионной активностью; она может быть рекомендована для проведения земляных работ в зимнее время, ибо ее температура эвтектики -30 °С.

Ориентировочное количество реагентов, добавляемых в грунты для предупреждения их. смерзаемости, зависит от влажности и температуры последних: для супесей при влажности 15-20%-от 7 до 12 кг/м3, для песков при той же влажности — от 3 до 10 кг/м3. Для размораживания грунтов потребное количество реагентов увеличивается в два-три раза.



Похожие статьи:
Устранение фильтрации в бетонных колодцах

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водозаборные и очистные сооружения

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум