Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водозаборные и очистные сооружения

Строительство водоприемников способом опускного колодца


Строительство водоприемников способом опускного колодца

Если подъем воды в водоеме может превысить отметку участка, где ведется строительство, то его ограждают от затопления высокими водами путем подсыпки, перемычки или шпунтового ряда. Особенно целесообразен металлический короткий (до 12 м) шпунт, когда колодец прорезает водоносные песчаные и гравелистые слои, через которые вода может интенсивно поступать в котлован. В этом случае металлический шпунт нужно погрузить вокруг всего сооружения.

В случае, если шпунт удается несколько заглубить в водоупорный слой, то после удаления воды из прорезанного водоносного слоя внутри колодца открытым водоотливом дальнейшего поступления воды в котлован не наблюдается. При небольшом притоке воды котлован может быть осушен путем водоотлива или искусственного понижения уровня грунтовых вод.

Значительный приток может быть ликвидирован посредством цементации или силикатизации песчаных грунтов, а также путем замораживания. Последний способ, хотя и надежен, но дорог и требует много времени. Битумизация эффективна в трещиноватых скальных породах; она намного сокращает приток воды.

Порядок сооружения колодца может быть следующим. Сначала устраивают нож опускного колодца. Для этого на поверхности земли по нивелиру отсыпают (с уплотнением) песчаную подушку высотой 0,3-0,4 м; она предназначена для уменьшения давления на грунт и облегчения снятия опускного колодца с подкладок. Затем устраивают опалубку.



Рис. 1. Устройство ножа опускного колодца
а — при помощи деревянных кружал; б — в траншее; в -с использованием бетонных массивов 1-доска; 2 -кружала; 3 — стойка; 4 — подкос; 5 — подкладка; 6 — опалубка ножа; 7 -арматура ножа; 8 — бетонный блок; 9 — призма из пес-чано-гравийной смеси; 10 — скобы


При устройстве опалубки под нож выполняют такие работы: на несвязных грунтах (рис. 1, а) устанавливают подкладки (на половину высоты погруженные в подсыпку), стойки и подкосы; для колодцев диаметром до 12 м ставят кружила и по ним опалубку; для колодцев диаметром более 12 м доски опалубки крепят прямо к подкосам. Одновременно с опалубкой устанавливают доски под банкетку ножа. Затем монтируют его арматуру, ставят наружную опалубку и бетонируют нож. При связных грунтах нож рекомендуется устраивать в траншеях (рис. 1, б), откосы которых должны быть тщательно зачищены и иметь уклоны, соответствующие уклону ножа.

Для облегчения составления проекта организации работ институт Фундаментпроект предложил график (рис. 2) зависимости площади подкладок от высоты первого яруса бетонирования колодца при толщине его стен от 0,8 до 2 м, приняв высоту песчаной подсыпки h = 0,3 м и расчетное давление на грунт R = 0,2 МПа.

Институт Ленпромстройпроект предложил иной способ опи-рания ножа колодца, заменив деревянные опоры под ножом бетонными массивами (рис. 1, в), установленными на песчаную призму по периметру колодца на расстоянии 40 см друг от друга. Колодец снимается с бетонных массивов легче, чем с деревянных опор, так как для этого достаточно лишь частично удалить песчаные призмы.

После бетонирования ножа приступают к установке опалубки стен, для чего применяют деревянные, металлические или железобетонные щиты. Последние отличаются от предыдущих тем, что «теряются», образуя единое целое с сердечником стен; их преимущества заключаются в том, что они являются сборной частью стены, заготавливаются в заводских условиях, благодаря чему они плотны, водонепроницаемы, имеют совершенно гладкую наружную поверхность.

Сооружение опускных колодцев с водоотливом. Рассмотрим несколько примеров сооружения опускных колодцев с водоотливом.

1. На одном из объектов сооружался круглый железобетонный колодец диаметром и высотой, равными 20 м, со стенами толщиной 1,1 м в нижней части и 0,8 м — в верхней. Наружной изоляцией стен служил торкрет в два слоя по 10 мм с битумным покрытием по грунтовке. Днище было защищено гидроизоляцией в виде мягкого ковра из гидроизола в три слоя по бетонной подготовке, уложенной на уплотненный щебень. Колодец сооружался в два приема: сначала до половины, затем на всю высоту. Для устройства ножа разрабатывалась кольцевая траншея глубиной 1,5 м.

Погружение в плотные красные глины, залегающие на отметке от -0.5 до 24.5, облегчалось гидропневматическим подмывом под избыточным давлением 0,6-0,8 МПа при помощи перфорированных труб, расположенных в два яруса по периметру колодца на уровнях уступов стены.



Рис. 2. График зависимости площади подкладок с песчаной подушкой


При расчете погружения были приняты: удельная сила трения сухого грунта о стенки колодца 0,3 МПа, расход нагнетаемой воды на 1 м2 поверхности колодца 0,0384 л/с, напор при выходе воды из подмывных труб — в 2,5 раза больше гидростатического.

Грунт разрабатывали экскаватором с обратной лопатой. Кроме того, на дне котлована находился бульдозер, оборудованный специальным уширителем отвала для разработки грунта под ножом опускаемого колодца. Бульдозер также зачищал поверхности, устраивал проходы для экскаватора и т. д. Поднятый грунт выгружали в бункер и отвозили самосвалами. Подъем грунта, а также спуск и подъем экскаватора и бульдозера осуществляли двумя башенными кранами. Тип и число последних намечали из расчета полного перекрытия всей бетонируемой площади в течение 1 ч на высоту 0,3 м.

Опалубкой ножа и стен служили деревянные прямоугольные щиты шириной 1,5 м, высотой до 5 м, скрепленные между собой скрутками из проволоки диаметром 4-6 мм. Установку опалубки и арматуры в виде готовых каркасов или блоков, а также подачу смеси производили теми же кранами.

Бетонировали колодец полными кольцами высотой 30 см. Бетонную смесь подавали к месту укладки в бадьях с секторным затвором, выгружали в металлические звеньевые хоботы, установленные через 3 м, и уплотняли вибраторами И-50 и И-86. Швы перекрывались не позднее чем через 2 ч после приготовления смеси. При продолжительном перерыве в бетонировании ранее уложенный слой должен был иметь при возобновлении бетонирования прочность не менее 12 МПа. Для исправления перекосов на подающих воду трубах устанавливали вентили, отключающие от подмыва соответствующую часть периметра колодца.

Общая продолжительность строительства составляла шесть месяцев, объем земляных работ — 8360 м3, бетона — 1627 м3.

2. Весьма простой и притом очень эффективный способ исправления крена колодца был разработан Н. И. Рубцовым, А. Л. Михлиным, Э. Г. Годесом и применен Гидроспецфунда-ментстроем при опускании колодца на Волковской водозаборной станции. Для этой цели виброспособом погружали стальную сваю ШК-1 по наружной поверхности колодца. В нижней ее части была приварена косынка, которая при опускании шпунта несколько увеличивала зазор, возникавший вследствие отжатия от колодца грунта. Экскаватор с вибропогружателем ВПП-2 и прикрепленной сваей устанавливали на таком расстоянии от стенки колодца, чтобы свая при погружении не касалась его выступов (уширение у ножа и др.).

Погружение свай на глубину 10 м длилось всего 30-40 с. Если одного погружения для исправления перекоса было недостаточно, то рядом с местом первого погружения свая погружалась вторично и т. д. При семи-восьми проходках сваи трение грунта настолько уменьшалось, что колодец не только выпрямился, но и накренился в противоположную сторону. После исправления крена колодец устанавливали точно по намеченной оси и продолжали погружение в вертикальном направлении.

Способ дал отличные результаты, не требовал нагнетания воды или увеличения массы колодца. Наоборот, он настолько облегчил опускание, сняв давление на стены колодца, что при таком вибропогружении свай в суглинистых грунтах стало возможным опускать колодцы со стенами меньшей толщины. Следует отметить, что чем тщательнее ведется наблюдение за погружением опускного колодца, тем раньше можно заметить его крен или перекос, а тем самым легче будет его выправить.

3. Важную роль в строительстве подземных сооружений насосных станций может сыграть устройство колодцев в сочетании с глубинным водоотливом взамен дорогостоящих кессонов. На крупном промышленном объекте для производственного и бытового водоснабжения надо было построить насосную станцию и водоприемник на берегу реки. Проект предусматривал их возведение способом опускных колодцев. Стены опускного колодца в вертикальном разрезе имели вид прямоугольника с одним наружным уступом внизу шириной 50 см. В плане станция имела форму кольца с наружным диаметром 16 м и толщиной стен 1 м.

Приемный водозаборный колодец в плане был овальной формы с толщиной стен 1 м. Колодцы должны были быть погружены на глубину 15,4 м от отметки поверхности земли.

Уровень реки в районе водозабора колебался в значительных пределах: наибольшая отметка — 1.42; максимальный горизонт ледохода (апрель) — 6.12; отметка среднего меженного горизонта — 9.52; минимальный горизонт-12.45 (за нуль принята отметка поверхности земли на месте постройки).

Исходя из геологических и гидрологических данных, а также из экономических соображений, проектировщики решили погружать опускные колодцы в водонасыщенные грунты с открытым водоотливом. Имевшиеся данные как будто подтверждали правильность такого решения, поскольку геологические материалы свидетельствовали о наличии суглинков с тонкими прослойками серого легкого песчаника на всю глубину погружения колодцев. Это позволило предположить, что приток воды будет легко ликвидирован насосами, установленными на дне котлована.

При опускании колодца насосной станции было, однако, установлено, что начиная с глубины 5,1 м вместо предполагавшихся суглинков с малым коэффициентом фильтрации залегали тяжелые трещиноватые опеки с прослойками кварцевого песка.

Резкое увеличение дебита воды не позволяло строителям откачивать из колодца поступающую воду и производить работу насухо.

Из-за тяжелых грунтов, разработка которых под водой грейферами или эжекторами была неосуществима, отпадала возможность дальнейшего опускания колодца без водоотлива. Кроме того, учитывая конструктивные особенности сооружений, производить работы на проектной отметке дна котлована можно было только насухо. Работы были временно прекращены. Оставался, казалось бы, один путь — кессонный способ; однако это значительно удлиняло сроки и повышало стоимость строительства; в связи с этим решили применить способ погружения опускного колодца с глубинным водоотливом.

По внешнему периметру колодца было пробурено восемь скважин первой очереди через весь слой трещиноватых опок с заглублением в водоупор на 1-1,5 м, т.е. на глубину 21 — 22 м. Скважины предназначались для устройства в них колодцев глубинного водоотлива, откачка из которых должна была прекратить доступ воды в котлованы и понизить уровень грунтовых вод ниже проектной отметки.

Водопонизительные скважины были устроены с помощью обсадных труб диаметром 325 мм и состояли из щелевого фильтра диаметром 250 мм и надфильтровой трубы того же диаметра. Длина фильтра в зависимости от геологического строения площадки колебалась в пределах 8-10 м. Затрубное пространство между обсадной трубой и фильтром засыпали отсортированным песком с зернами крупностью 2-5 мм. После установки фильтра и его обсыпки извлекали обсадные трубы; слой песка служил дополнительным фильтром, предохраняя скважину от попадания в нее илистого песка.

Бурение скважин глубинного водоотлива производили ка-натно-ударным способом самоходным станком типа «Уралец». Проходку скважин, а также монтаж глубинных насосов выполняла бригада из пяти человек. Для бурения были использованы утяжеленные желонки и повышена скорость разработки пород долотом, благодаря чему производительность возросла на 250- 300%. Насосы устанавливали на опорные металлические конструкции. Бурение скважин и монтаж водопонизительной установки были закончены за 11 суток, с опережением графика на четверо суток.

Глубинные насосы включались последовательно, по мере готовности скважин. Уже после завершения монтажа части системы первой очереди (состоявшей, как отмечалось, из восьми скважин) уровень грунтовых вод понизился настолько, что можно было без затруднений произвести земляные, бетонные и гидроизоляционные работы, а также погружение колодца насосной станции. Вода от насосов поступала в общий коллектор по трубам диаметром 300 мм и сбрасывалась в реку. Технические наблюдения за работой восьми насосов осуществлял моторист.

Обычным способом строительства подземных сооружений в указанных условиях является кессонный. При производстве работ этим способом возведение станции по действующим нормативам продолжалось бы не менее полугода, в рассмотренном случае оно длилось лишь 2,5 месяца. Кроме того, стоимость здания станции при сооружении его методом совмещения опускания колодца с глубинным водоотливом оказалась значительно меньше, чем при кессонном способе. Помимо этого, такое совмещение имеет и другие важные преимущества: улучшаются условия труда, широко используются механизмы, повышается качество и надежность гидроизоляции, а также днища сооружения.

Иногда при водопонижении целесообразно использовать иглофильтры, так как они портативны, легко и быстро монтируются (погружаются гидравлическим способом), просты в эксплуатации. Кроме того, иглофильтры способствуют сохранению структуры грунта в основании и откосах выемки. Иглофильтровые установки могут оказаться особенно полезными при борьбе с притоком грунтовых вод в ограниченном пространстве, например при устройстве соединений самотечных труб с береговым колодцем.

Различают две основные системы иглофильтров: легкие и глубокого водопонижения. Первые при одноярусном водопонижении позволяют снизить уровень вод примерно на 5 м. Если же этого недостаточно, то переходят на многоярусное водопони-жение, при котором значительно увеличивается объем земляных работ и потребность в иглофильтрах. Из легких иглофильтров можно рекомендовать иглофильтровые установки ЛИУ-5.

При использовании иглофильтров глубокого водопонижения установки с эжекторными иглофильтрами служат для понижения уровня грунтовых вод на 15-20 м, когда устройство многоярусной системы водопонижения с легкими иглофильтро-выми установками становится громоздким и дорогостоящим.

Эжекторные иглофильтры предназначены в основном для вакуумирования скважин и водопонижения в грунтах с коэффициентом фильтрации 20 м/сут и выше. В зависимости от интенсивности притока грунтовых вод применяют эжекторные установки марок ЭИ-2,5, ЭИ-4, ЭИ-4а, ЭИ-6. Они состоят из иглофильтров с эжекторными устройствами, распределительными трубопроводами и центробежными насосами. Характеристика эжекторных иглофильтров приведена в табл. 10.

4. Рассмотрим еще один пример сооружения колодца в сухом котловане. В данном случае меженный уровень реки стоял примерно на 1,5 м выше дна котлована под колодец, но грунт берегового участка был настолько плотен, что речные воды не проникали в котлован, благодаря чему его можно было разрабатывать в естественных сухих условиях. Водоприемное здание располагалось на прибрежном косогоре, в котором встречались родники, однако они оказались неопасными и оползневых явлений не вызывали, поскольку ключевые воды легко отводились дренажами. Разность между высоким горизонтом воды в реке и меженным равнялась не менее 12 м, причем вода из высоких горизонтов была более чистой, чем из нижних. Были запроектированы два яруса самотечных линий: нижний длиной приблизительно 100 м и верхний — около 15 м. Отметка поверхности земли у водоприемного колодца составляла 37-38 м, дно котлована имело отметку 18.84, т.е. глубина колодца достигала 19 м.

Грунт разрабатывался тремя экскаваторами: один — на центральном участке, два — на крыльях, с погрузкой грунта на автосамосвалы, отвозившие его на отсыпку берм и съездов или в отвал. Для выполнения земляных работ по отрывке котлована были установлены три рабочих горизонта, до которых последовательно производилась его разработка: на отметке 32.00-монтажная площадка, на отметке — 25-25.50 — промежуточная, на отметке 18.84 — дно котлована (рис. 3).

Строительство велось в следующем порядке:
а) устройство съездов к отметке 32.00 (постоянного с уклоном до 1: 10 на левом крыле и временного № 1 -на правом);
б) разработка одним экскаватором площадки на отметке 32.00, а двумя другими — съездов с этой отметки на отметку 26.00 и устройство боковых площадок на отметке 26.00;
в) углубление экскаватором котлована до отметки 26.00 с соответствующими откосами, предусматривая продолжение работ; на крыльях два экскаватора сооружали съезды с отметки 26.00 до 21.50, частично с отсыпкой площадок;
г) доработка котлована до отметки 25.00, затем углубление до отметки 18.84, с вывозкой грунта на подсыпку с отметки 21.00.

После разработки котлована устройство колодца не представило трудностей. Сначала были выполнены каменные упорные призмы на отметках 15.00 и 17.00, откос с отметки 21.00 до 17.00 вымощен каменной наброской в виде трехслойного обратного фильтра общей толщиной 40 см. На дно котлована был уложен плотно утрамбованный слой щебня (150 мм), по нему -бетонная подготовка (200 мм), затем три слоя гидроизола и 900-мм железобетонная плита.



Рис. 3. Схема разработки котлована на отметке 18.84 м


Бетонную смесь подавали в котлован кранами-экскаваторами с удлиненными стрелами в бадьях. Смесь подвозили с завода бетонных изделий в автомашинах на площадку на отметке 32.00; они подъезжали по временному съезду № 1. Из-под днища колодца были выпущены два слоя гидроизола, загнуты вертикально на опалубку и закреплены в этом положении. Во избежание повреждения гидроизола был проложен брусок треугольного сечения.

Затем установили леса и опалубку для бетонирования стен «стакана» колодца. Смесь укладывали слоями по 30 см, тщательно обрабатывая ее вибраторами. В ту часть «стакана», куда стрела крана не доставала, смесь подавали в тележках по лесам. Когда бетон достиг отметки 25.00, нарастили два слоя гидроизола, выложили кирпичную стенку, а пазуху заполнили песком слоями по 90 см, поливая его водой и утрамбовывая. Всего было уложено 1031 м3 бетона, в том числе в кладку «стакана» — 685 м3, днища — 346 м3.

Сооружение колодца без водоотлива. Опускным способом в неосушенном котловане часто сооружают береговые колодцы в сильно насыщенных водой песчаных (плывунных) и супесчаных грунтах. Защиту от действия высокой воды в водоеме осуществляют, как и в предыдущем случае. Сначала разрабатывают сухой котлован, насколько позволяет грунт; при этом могут быть два решения: нижнее звено колодца устанавливают либо на дне сухого котлована, либо на поверхности земли. Первый способ имеет определенные преимущества: разработку котлована не стесняют стены колодца, что особенно существенно при строительстве колодца малого диаметра; глубина опускания колодца уменьшается на глубину котлована; наружные леса не служат препятствием, через которое приходится переносить вынутый грунт и подавать бетонную смесь. При втором способе можно сразу установить леса и сохранить их до окончания бетонирования, что сокращает объем работ. Способ производства работ выбирается на основе технико-экономического сравнения.

Колодец обычно опускают без удаления воды путем черпания грунта внутри него, часто землесосными устройствами или экскаватором-грейфером. Поскольку грунт разрабатывают под водой, то надо особенно тщательно следить за тем, чтобы колодец опускался точно по намеченному направлению и без перекосов (проверяют через каждый метр погружения). Перекосы, крены и смещения исправляют немедленно. Перекосы и крены, вызванные неравномерной разработкой грунта, исправляют усиленным черпанием на «отстающей» стороне; если же встречается местное препятствие, то прибегают к помощи водолаза. Если колодец при опускании не врезается в водоупор, и нож, достигнув глубины, достаточной для размещения всего водозаборного устройства, оказывается в пределах сильно водоносных и размываемых грунтов, — надо создать надежную бетонную подушку.

При разработке несвязных грунтов, особенно мелко- и среднезернистых песков, без водоотлива в котловане или в опускном колодце необходимо поддерживать уровень воды несколько выше горизонта грунтовых вод (ГГВ), так как лишь в этом случае не произойдет разрыхление песчаного основания. Понижение уровня воды в колодце приведет к поступлению в него грунта, причем объем извлеченного из него грунта может превысить объем колодца в несколько раз. Для поддержания уровня воды в колодце выше ГГВ на 0,5 м надо насосом подавать в него воду. Этот уровень поддерживается до тех пор, пока бетонная подушка, изготовленная подводным способом, не приобретет требуемую прочность.

Укладка бетона в подводную подушку производится по вертикально перемещающейся трубе (ВПТ). Способ ВПТ заключается в том, что в непосредственное соприкосновение с водой приходят только первые порции бетонной смеси, а последующие поступают внутрь ранее уложенных. В приведенном примере бетонирование производили одновременно через четыре трубы диаметром 200 мм. До начала бетонирования дно колодца покрывали слоем гравия толщиной 20 см равномерно по всей его поверхности, затем ставили трубы на грунт; в них вставляли мягкие пробки для изоляции от воды первой порции смеси.

На дне воронки, через которую заполняют трубу, помещают двустворчатый клапан; его выдергивают ручной лебедкой из горловины воронки после ее заполнения смесью, при этом створки клапана складываются. Трубу приподнимают на 5-7 см, и пробка под давлением смеси доходит до дна, вследствие чего движение смеси в трубе прекращается. Затем трубу приподнимают на 20-30 см для выхода пробки и части смеси, сразу же опуская ее в прежнее положение. Рекомендуется как можно быстрее образовывать у основания трубы достаточный объем смеси и в ней постоянно держать низ трубы (в бетонной массе), не допуская прорыва воды к ее концу.

Трубу медленно поднимают лебедкой, когда труба и приемный бункер будут заполнены бетоном. Бетон при этом начнет медленно опускаться по трубе; его движение можно замедлять или ускорять, опуская или подымая трубу. Не следует допускать полного опоражнивания бункера, так как при подаче новой порции бетона в трубе могут образоваться воздушные пробки; кроме того, трудно будет следить за поверхностью бетона. При поднятой трубе бетон может «выскользнуть» и трубу наполнит вода; тогда придется вновь заполнять трубу бетоном, применяя пробку, причем бетон в этом месте будет низкого качества. Перемещение ВПТ с концом, опущенным в бетон, по горизонтали недопустимо: бетон в зоне ее перемещения будет испорчен.

Бетонная смесь по стандартной методике (ГОСТ 4799-69) должна обладать жесткостью 5-7 с; осадка конуса бетонной смеси: на гравии — 0-3 см, на щебне — 3-6 см.

Для подачи малоподвижной бетонной смеси применяются трубы диаметром 200-300 мм со стенками толщиной 6-10 мм, длиной по 5 м, равной высоте бетонируемого слоя. В качестве вибровозбудителей для облегчения движения бетона по трубе, равномерного распределения его в бетонируемом пространстве и уплотнения, а также для извлечения бетонолитной трубы из массы уложенного бетона используются глубинные вибраторы (вибробулавы) мощностью свыше 1 кВт, в частности глубинные электромеханические дебалансные вибраторы С-126 (ИВ-60). Источником их питания служат высокочастотные преобразователи тока типа И-75В.

Максимальное заглубление бетонолитной трубы в укладываемую смесь составляет 9-10 м, минимальное — 0,5 м. Средняя интенсивность подачи бетона по трубе диаметром 200 мм — 4,5-5 м3/ч, диаметром 300 мм — 10-11 м3/ч. Средний радиус действия трубы составляет 2,5 м.

Подготовка под железобетонным днищем выполнялась из уплотненного песка с укладкой жесткого бетона, после чего устраивалась гидроизоляция и железобетонное днище.

Вибрационная установка ВУУП-4 (П. Д. Лобасов, авт. свид. № 126809, «Бюл. открытий и изобр.», 1960, № 5) обеспечила весьма хорошее уплотнение водонасыщенных песков (от тонко-до крупнозернистых): объемная масса скелета верхних слоев уплотненного песка составила 1,77 г/см3 при угле внутреннего трения до 45°, а на глубине 3 м и более-1,85 г/см3 при угле до 50°.

1. Рассмотрим пример устройства колодца в неосушенном котловане. Колодец диаметром 20 м погружается на глубину 20 м. Ниже растительного слоя на 0,5 м до отметки — 14.5 м залегают мелкозернистые водонасыщенные пески, далее — плотные глины. Пески предполагается разработать гидромеханическим способом двумя гидроэлеваторами и четырьмя гидромониторами, глину — экскаватором и бульдозером. Гидромониторы располагают на одинаковых расстояниях по внутреннему периметру стен, а гидроэлеваторы — на поперечной стене. Воду для снабжения гидромеханических установок подают насосами из реки. Пульпа поступает в гидроотвал самотеком. Воду откачивают самовсасывающим насосом.

Расчетный расход (Q) пульпы, транспортируемой одним гидроэлеватором, равен 340 м3/ч; скорость погружения колодца в песках составляет 1,71 м/сут, чему соответствует общий срок погружения до кровли глины — девять суток. В основу расчета положены следующие данные: k — коэффициент фильтрации в песке, 1 м/сут; — приток грунтовой воды, 35 м3/ч; qT. м — удельный расход воды монитором, 8 м3; t — время работы гидромониторов в сутки, равное 16 ч.

До начала погружения колодца следует испытать гидромониторы и трубопроводы на давление 1,5 МПа. Затем работы производят в следующем порядке. Сначала гидромониторами размывают грунт под засасывающими концами гидроэлеваторов для образования небольшого приямка и ведут размыв, постепенно перемещая струи гидромониторов к ножу колодца, где оставляют берму шириной 0,5-0,8 м. После этого берму разрабатывают горизонтальными слояйи высотой до 10 см. Для сте-кания пульпы в приямки дну котлована придают уклон 2-5%.

Чтобы обеспечить правильное погружение колодца, размыв под ножом надо производить всеми гидромониторами одновременно и вести его равномерно по всему периметру в одном направлении. При опускании колодца необходимо непрерывно следить за его положением, а при обнаружении крена или перекоса разработку грунта у пониженной части ножа прекращать и усиливать у повышенной части до исправления крена.

Когда колодец достигнет кровли глины, устраивают центральный приямок для насоса и лучевые траншеи для подвода воды к приямку. Лучевые траншеи доводят до кольцевых траншей (у внутреннего периметра колодца) шириной 2,5 м и глубиной около 0,5 м, равной предполагаемой посадке колодца.

5. Рассмотрим, как велось строительство насосной станции первого подъема на Каме способом опускного колодца. В комплекс сооружений для водоснабжения промышленного района входили насосная станция первого подъема, две нитки самотечных водоводов диаметром 1000 мм и ряжевый оголовок с размерами в плане 19,6X4,5 м. Высота ряжа от основания до верха составляла 3 м. Забор воды производился через оголовок и самотечные водоводы, а при высокой воде и после создания Боткинского водохранилища — через окна в стенах подземной части опускного колодца. Для забора воды через окна был предназначен подводящий канал, огражденный подпорными бу-тобетонными стенками.

Проектом был предусмотрен следующий способ производства работ. Возведение опускного колодца диаметром 22,4 м проектировалось на отметке 90.00. Опускание, а соответственно и бетонирование подземной части насосной станции должны был вестись в два этапа. Грунт из колодца предполагалось извлекать грейфером без водоотлива. Укладку самотечных водоводов предусматривалось произвести со льда с помощью мягких понтонов. Устройство подпорных стенок из бутобетона надо было выполнить за однорядной шпунтовой деревянной перемычкой, которую использовали также для оборудования траншеи под самотечные водоводы.

Строители предложили, согласовали и осуществили иной способ работ. Колодец бетонировали на искусственном полуостровке из песчано-гравелистого грунта, укрепляя откосы каменной наброской. Отметку верха полуостровка (94.00) выбрали выше горизонта паводковых вод. Бетонирование первой очереди высотой 10 м вели в щитовой опалубке при помощи крана грузоподъемностью 10 т. Бетон подавали в стены бадьями. Щиты опалубки размером 2,5X9 м монтировали также посредством 10-тонного крана. Щитовая опалубка значительно упростила работы и позволила механизировать трудоемкие операции. Грунт разрабатывали и транспортировали в отвал четырьмя гидромониторами, гидроэлеватором (150 мм) и насосом 8НДВ. Колодец опускали до проектной отметки в две очереди по 10 м.

Монтаж двух ниток самотечных водоводов длиной 85 м производили на специальном деревянном стапеле. Так как в районе строительства насосной станции Кама не замерзает, то обе нитки трубопроводов спускали со стапеля в воду и укладывали в траншею методом свободного погружения. Бутобетонные подпорные стенки подводящего канала были заменены шпунтовыми анкерными. В этом случае последние служили как ограждающие перемычки при укладке самотечных водоводов, а в период эксплуатации заменяли бутобетонные подпорные стенки. Кроме того, шпунтовые стенки позволяют в любое время без значительных затрат вскрывать траншею самотечных водоводов и производить их ремонт.

Деревянный ряжевый оголовок рубили на стапеле, затем опустили его на подготовленное водолазами основание путем постепенного загружения ряжа камнем. Можно сделать вывод, что грунт в опускных колодцах при благоприятных гидрогеологических условиях целесообразнее разрабатывать гидромеханическим способом, чем черпать грейфером из-под воды. Особенно эффективна гидромеханизация на больших сооружениях (площадью более 300 м2).

Если при погружении колодца заплывание в него грунта происходит под давлением напорных вод, то прибегают к глубинному водопонижению, а в исключительных случаях переходят на кессонный способ.

Сооружение опускных колодцев кессонным способом. Рассмотрим некоторые примеры строительства колодцев данным способом.

1. При сооружении насосной станции ТЭЦ был возведен и опущен кессон площадью 660 м2, имеющий форму вытянутого прямоугольника со сторонами 49,4 и 13,35 м, заглубленный ниже уровня поверхности земли на 15 м и ниже уровня грунтовых вод на Юм. Опускание кессонов большой площади с отношением сторон более 3:1 в практике кессонных работ встречается редко, а в Советском Союзе — впервые.

Грунты на участке представляли собой аллювиальные отложения мощностью до 9 м, отличавшиеся большой пестротой напластований, неравномерностью залегания по длине кессона, неплотными торфяными прослойками мощностью 0,5-1,5 м и трещиноватым известняком мощностью до 2 м.

Большая масса кессона (около 5000 т) предопределила высокие удельные нагрузки на грунт в начальный период опускания, для уменьшения которых были уширены банкетки консолей камеры на фиксированных участках, а в камере устроено восемь шпальных клеток размерами 2,5X2,5 м. При этом кессон после снятия с подкладок через клетки и уширенную банкетку создает давление на грунт, равное 0,528 МПа; с учетом погружения в грунт по всему периметру банкетки на глубину 20 см давление снизится до 0,36 МПа.

В связи с большой неравномерностью залегания грунтов по длине кессона, с целью уточнения их характеристики непосредственно в пределах расположения клеток в камере кессона, чтобы оценить вероятность неожиданных посадок и перекосов, было произведено дополнительное бурение десяти скважин на глубину 4-5 м. Данные бурения подтвердили наличие прослоек торфа переменной мощности на глубине 2 м от отметки заложения кессона. Для предотвращения резких посадок кессона в слабых торфах после того, как будет прорезан верхний супесчаный слой, было решено до снятия кессона с подкладок уложить в камере на участках фиксированных зон дополнительно четыре клетки размерами 10X2,5 м каждая, причем не доводить их до потолка на один слой брусьев, чтобы включить клетки в работу при резкой посадке кессона.

Бетонирование первой очереди кессона выполнили зимой. Наружные вертикальные бетонные поверхности сооружения были утеплены двойной обшивкой досками с засыпкой опилками. Сверху кессон перекрывался брезентовым полотнищем, под которое пускался пар; он подавался также в камеру кессона. Бетонную смесь к месту укладки перемещали бетононасосом производительностью 20 м3/ч. Чтобы обеспечить водонепроницаемость поверхности камеры кессона, а также над-кессонных стен, соприкасавшихся с грунтовой водой, на них наносился слой торкрета толщиной 25 мм. Кроме того, наружные вертикальные поверхности покрывали двумя слоями горячего битума по слою грунтовки. Битумная гидроизоляция, как холодная, так и горячая, была нанесена битум-пушкой, что резко повысило производительность труда и качество работ, так как битум наносился на поверхность под давлением 0,3-0,4 МПа.

К моменту снятия кессона с подкладок все вспомогательные работы, предшествующие опусканию, были завершены. Были смонтированы два шлюзовых аппарата. Для разработки и подъема нескального грунта в камере имелась гидромеханическая установка, состоявшая из двух гидроэлеваторов и четырех гидромониторов (рис. 4). Пульпу сбрасывали в систему гидрозолоудаления ТЭЦ.

С большими трудностями было сопряжено опускание кессона в торфяной прослойке. Торф оказался очень слабо разложившимся, содержал много щепы, сучьев и дровяной мелочи. В нем находились даже десятки сохранившихся стволов деревьев диаметром до 1 м и длиной (в пределах камеры) до 10 м. Все это затрудняло гидромеханизированную разработку грунта. Напор струи, выходившей из монитора под давлением 0,8- 1 МПа, был недостаточен для измельчения торфяной массы. Образовавшаяся кашица забивала приемные отверстия гидроэлеваторов, консистенция пульпы снизилась до 1%. Стволы деревьев, уходившие под нож камеры, осложняли посадку кессона.

На отметке 118.60 кессон неожиданно дал крен по продольной оси; при этом разность отметок ножа кессона по противоположным концам составила 91 см. При выяснении причин крена было обнаружено, что под ножом одной торцевой стены находится девять металлических труб диаметром 250 мм, расположенных вертикально с интервалами в 1,5 м. Трубы заходили в габариты кессона на три четверти диаметра; это, по-видимому, были трубы, применявшиеся для замораживания грунта при строительстве предыдущей очереди ТЭЦ. Очевидно, на первых метрах опускания кессона трубы отжимались наружу под действием большой массы сооружения, но по мере опускания с увеличением силы бокового трения масса кессона оказалась для этого недостаточной. В дальнейшем трубы удаляли из-под ножа, разрезая их на участки высотой 50-60 см, вплоть до отметки опускания.



Рис. 4. Опускание кессона с использованием средств гидромеханизации
1 — шлюзовой аппарат; 2 — эстакада; 3 — пульповод; 4 — гидроэлеватор; 5 — сеть напорной канализации; 6 — шпальная клетка


Образовавшийся перекос (91 см) предопределил смещение кессона в плане в продольном направлении. Для возвращения кессона в проектное положение его преднамеренно перекосили в противоположную сторону на те же 91 см, а затем кессон выправили в горизонтальное положение. Эти перекосы были выполнены на глубине 3,4-5,5 м путем неравномерной разработки грунта под ножом и устройства опорных клеток в камере кессона. Во время опускания кессона с разработкой грунта гидромеханическим способом (до отметки 114.00) в камере у кромки ножа поддерживали давление меньше гидростатического на 0,01-0,02 МПа, причем расход воздуха составлял всего 8-12 м3/мин, т.е. в несколько раз меньше расчетного; это объясняется отсосем грунтовых вод гидроэлеваторами, а также хорошим качеством бетонных и торкретных работ.

При опускании кессона производили форсированные по-садки, т.е. посадки со снижением избыточного рабочего давления в камере; в отдельных случаях оно снижалось до нуля. При этом в камере не было людей, а характер проходимых грунтов давал полную гарантию, что никаких наплывов грунта в нее не произойдет. При таких посадках удавалось посадить кессон сразу до 80 см, причем благодаря предварительной разработке площадки в камере всегда обеспечивалась свободная высота не менее 1,6 м.

Из опыта данного строительства можно сделать следующие выводы:
а) сооружение и опускание кессонов большой площади и удлиненной формы в плане не представляет особых трудностей, но требует четкого соблюдения правил производства кессонных работ;
б) при проектировании кессонов иногда можно принимать значения допускаемых нагрузок на грунт более высокими, чем это установлено нормами;
в) расчетный расход воздуха при опускании кессона методом гидромеханизации может быть значительно меньшим, чем предусмотренный нормами;
г) производительность гидроэлеваторных установок по консистенции пульпы для кессонных работ должна быть уточнена применительно к разным грунтам;
д) необходимо ускорить внедрение телевизионных установок и средств автоматизации, которые позволят исключить ручной труд при ведении кессонных работ гидромеханическим методом.

2. На строительстве насосной станции первого подъема для одного из промышленных объектов Мурманской области в весьма сжатые сроки был возведен комплекс сооружений, в который, кроме самой станции, входили самотечный трубопровод и ряжевый оголовок. Объемы работ по насосной станции следующие: было уложено 1750 м3 железобетона, разработано в кессоне грунта 5600 м3. Подземная часть станции выполнена в виде круглого железобетонного колодца с внутренним диаметром 20 м, высотой 14,2 м, со стенами толщиной 1,2 м. Длина самотечного трубопровода 220 м, диаметр 1200 мм.

Применение кессонного способа производства работ было вызвано обильным притоком воды, обусловленным близостью насосной станции от уреза воды (30 м), большим коэффициентом фильтрации (6 = 70 м/сут), значительным заглублением станции (14,2 м). При опускании кессона предстояло пройти 14-метровый слой песчано-галечниковых отложений с включениями (30%) крупной гальки и валунов.

Строительство насосной станции началось с прокладки автодороги длиной 7 км. После разбивки трассы бульдозеры расчистили ее и произвели раскорчевку леса. Затем автосамосвалами отсыпали полотно дороги и разровняли его бульдозерами. Одновременно возводили временные сооружения (контору, склад, компрессорную с мастерской, временную насосную с эстакадой для трубопроводов) и устраивали островок для кессона, что было вызвано расположением колодца на уровне уреза воды в озере. Островок отсыпали из местного грунта автосамосвалами пионерным способом (общим объемом 5500 м1). Кессон бетонировали в два яруса: первый и второй по 7 м. Перед бетонированием тщательно очищали и проверяли правильность установки арматуры.

Бетонную смесь марки 200 доставляли на площадку автосамосвалами с центрального завода. На каждом самосвале устанавливали два вибробункера емкостью по 0,8 м3. Смесь в опалубку укладывали теми же вибробункерами при помощи крана-экскаватора Э-505 со стрелой длиной 15 м. Работы велись круглые сутки. Уплотняли бетон вибраторами типов И-50 и И-51. Так как при перевозке бетонная смесь несколько расслаивалась, то сначала вибробункер разгружали в течение 15 мин, затем это время было сокращено благодаря установке внутри бункера глубинного вибратора И-50.

После распалубки первого яруса на внешнюю поверхность бетона наносили торкрет и покрывали в дальнейшем битумом. Погрузив колодец на 7 м, установили опалубку и арматуру второго яруса. Второй ярус бетонировали, пользуясь тем же краном-экскаватором со стрелой, удлиненной до 18 м.

Внутри камеры кессона были размещены 12 шпальных клеток. Грунт разрабатывали и удаляли из камеры гидромеханическим способом. Напорную воду к гидромониторам и гидроэлеватору подавали от временной станции, расположенной на берегу. Пульпу сбрасывали в отвал на расстоянии 20 м от станции. Самотечные водоводы укладывали в подводную траншею, из которой грунт удаляли посредством массовых взрывов.

Кессонные работы занимают много времени и обходятся дорого; поэтому до тех пор, пока позволяют свойства грунта и условия работы, пользуются опускным колодцем и лишь после этого превращают его в кессон. Такое превращение надо учесть заранее, предусмотрев в конструкции колодца металлическую раму или специальные пазы в его стенах на высоте 3- 4 м от ножа для крепления горизонтального герметичного перекрытия.

В заключение отметим новые конструкции сборных опускных колодцев.

Для устройства стен опускных колодцев нашли применение блоки, показанные на рис. 5, которые можно рекомендовать только для колодцев больших диаметров, ибо в противном случае в многоугольном очертании колодца получатся слишком большие углы поворота. Пустотелые блоки имеют еще то преимущество, что при недостаточной собственной массе блоков пустоты их ниже глубины промерзания можно равномерно заполнять по всему периметру колодца гравием, песком, тощим бетоном и т. п., обеспечивая тем самым необходимый коэффициент погружения.

Правильность сборки колодца достигается установкой сборных элементов на заранее уложенное строго горизонтальное временное бетонное основание под нож и кондуктором в центре колодца. Устойчивость кондуктору придает устройство основания высотой не менее 30 см путем подсыпки крупного песка, гравия или шлака и пригрузка опорной конструкции.



Рис. 5. Колодцы из сборных железобетонных блоков
а — конструкция Промстройпроекта; б — конструкция Фундаментпроекта
1 — план колодца; 2 — железобетонные блоки; 3 — блоки стены; 4 — заполняемые пустоты; 5 — монолитный железобетонный пояс; 6 — арматура стыка


Строительные работы велись в следующем порядке. На глубину 2,3 м, с отметки 138.30 до отметки 136.00 был вырыт котлован. В нем установили опалубку ножа, арматуру и камеру кессона. Непрерывное бетонирование вели на высоту 7,48 м, т.е. до потолка «стакана». В потолке были установлены закладные части для монтажа насосов и шлюзовых аппаратов. Как только бетон приобрел проектную прочность, установили опалубку и арматуру «стакана» на высоту 8,85 м, после чего произвели бетонирование на полную высоту. Бетонную смесь подавали бадьями с помощью крана грузоподъемностью 1 т. После снятия опалубки приступили к нанесению битумной гидроизоляции; ее наносили по мере опускания кессона, но с опережением его на двое-трое суток.

Колодец опускали с отметки дна котлована до отметки 132.00 гидромеханическим методом при атмосферном давлении. Воду для гидромониторов подавали от временной насосной станции, расположенной в 15 м от места работ. Пульпу выбрасывали по трубам через отверстия в потолке камеры кессона и в стене «стакана»; эти отверстия впоследствии использовали для монтажа всасывающих патрубков насоса и подключения насосов к трубопроводам.

После проходки кессоном слоя песка и смеси песков с галечником опускание производили под сжатым воздухом с разработкой грунта вручную (с отметки 132.00 до 124.45). Крупный галечник при этом наверх не подавали, а оставляли в камере, так как в дальнейшем потребовалась отсылка фильтра. В заключение смонтировали оборудование машинного зала, подсоединили трубопроводы, возвели шатер, подсыпали территорию вокруг насосной и замостили ее до отметки 140.70.

Преимущество рассмотренных инфильтрационных водозаборов заключается в том, что благодаря им отпадает необходимость в очистных сооружениях, так как в водоприемник поступает уже отфильтрованная вода.

4. Особое место занимают лучевые водозаборы, которые, кроме центрального опускного колодца, включают бестран-шейно проложенные (рис. 6) горизонтальные перфорированные трубы — «лучи». Этот тип водозабора рекомендован Гип-рокоммунводоканалом для районов с суровыми климатическими условиями при сложном гидрологическом режиме рек (деформация русла, значительные колебания уровня и т. д.). Насосное отделение в таких случаях располагается над колодцем. Диаметр колодца должен, с одной стороны, обеспечить достаточную емкость резервуара для воды, а с другой, — возможность продавливать звенья лучей, а потому его принимают в пределах 5-12 м. Глубина колодца может быть большой: известны водозаборы с шахтой глубиной 50 м и даже более. Лучи имеют диаметр 250-300 мм и располагаются в зависимости от гидрогеологических условий в одной или нескольких горизонтальных плоскостях. Средняя длина сооруженных лучей равна 30-50 м. Производительность одного водозабора составляет в среднем 120-335 л/с, наибольшая — от 200 до 1170 л/с.

При неглубоко расположенном водоносном слое колодец опускают до нижележащего непроницаемого слоя. Если это

прочный грунт, то колодец может покоиться на нем. В случае глубоко расположенного водоносного слоя, который не используется целиком, можно колодец закрепить на необходимой глубине, с тщательным бетонированием дна колодца.

К положительным качествам лучевых водозаборов относятся:
а) невысокие по сравнению с обычными водозаборами строительная и эксплуатационная стоимости;
б) возможность повышения производительности посредством прокладки дополнительных лучей;
в) больший и более равномерный отбор воды при меньшем понижении статического ее горизонта.
В некоторых случаях лучевые водозаборы служат как инфильтрационные для получения чистой воды из рек или озер с помощью естественного фильтра вместо сооружения в русле реки инфильтрацион-ных бассейнов с фильтрующими засыпками.

Лучевые водозаборы для захвата подземных вод рекомендуется предусматривать из водоносных пластов, кровля которых расположена от поверхности земли на глубине не более 15-20 м при мощности водоносного пласта не менее 20 м.



Рис. 6. Схема лучевого водозабора
а — разрез 1-1; б — план 1 — артезианский насос; 2 — электродвигатель; 3 — лучевые перфорированные трубы; 4 — напорная труба


Примыкание трубопровода к колодцу. Исключительно тяжелой и трудоемкой работой при строительстве водозаборных сооружений является присоединение трубопровода к патрубку, заложенному в стене насосной станции первого подъема, и береговой части к трубопроводу, уложенному в речной части.

У стен грунт обычно бывает нарушен, а потому в этом месте предусматривают уплотнение грунта или забивку свай для укладки на них трубопровода. При небольшой длине всасывающих труб их иногда укладывают в тоннелях-коллекторах, при осадке трубы остаются невредимыми; кроме того, тоннель обеспечивает возможность осмотра и своевременного ремонта труб.

Давление на единицу основания колодца с забетонированным днищем, как правило, невелико, а потому осадка после его полной загрузки обычно незначительна. Тем не менее, для предупреждения повреждения трубы при осадке стены в последнюю заделывают кусок трубы большего диаметра (на 75--100 мм); через эту трубу и вводят в сооружение самотечную (сифонную) трубу.

Кольцевое пространство между трубами заполняют эластичным материалом на базе битума, искусственной резины или иных материалов.

Другим способом предотвращения повреждений при различных осадках стены и трубы является устройство около стены одного или двух близко друг к другу расположенных стыков Жибо, которые иногда заменяют свинцовыми.

Опасной может быть также насыпь большой высоты над трубопроводом при недостаточно надежном основании, которое должно рассчитываться на полное давление. Наблюдались случаи, когда плотные грунты срезали трубу у самой стены колодца, причем, с одной стороны, опасными оказались осадки колодца при неподвижной трубе на плотном основании, а с другой, — опускание трубы на неплотном основании под влиянием засыпки. В обоих случаях рекомендуется самотечную трубу у колодца помещать в наружную трубу (можно бетонную) длиной около 2 м, с внутренним диаметром примерно на 20 см больше наружного.

Трубы должны быть хорошо центрированы. Наружную укладывают на уплотненное основание и тщательно обсыпают с трамбованием обсыпки. Промежуток между трубами у конца, удаленного от колодца, заполняют эластичным материалом на длину около 30 см, а возле колодца — только с боков, чем обеспечивают свободную его осадку в вертикальном направлении без вреда для самотечной трубы.

Указанные работы в зависимости от геологических и гидрологических условий, а также от конструктивных особенностей трубопровода могут производиться на суше или под водой водолазами.

Следует отметить, что, как правило, глубина прокладки примыкающих труб к береговой части насосных станций весьма велика, а это затрудняет их укладку. Для снижения трудоемкости работ по присоединению трубопровода к береговой части в последние годы широкое распространение получил способ прокладки и присоединения к водоприемному колодцу в речной части под защитой шпунтовых ограждений, выполненных из металлического (реже деревянного) шпунта. Учитывая широкое применение шпунтовых ограждений при возведении насосных станций, приводим их расчет.



Похожие статьи:
Устранение фильтрации в бетонных колодцах

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водозаборные и очистные сооружения

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум