Фундаменты мостов. Опускные колодцы и кессоны » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Фундаменты мостов. Опускные колодцы и кессоны

07.07.2021

Очень часто возникает необходимость заложения быков мостов, располагаемых на глубоководных участках, значительно более глубокого, чем наземных сооружений (см. рис. 15.22). Пролеты моста у берегов значительно короче и, следовательно, нагрузки на быки здесь меньше. Меньше также опасность размыва, так как скорость текущей воды на мелководье меньше, чем в основном русле реки. По этой причине береговые быки часто оказывается возможным возводить в котлованах, ограждаемых шпунтовыми перемычками типа изображенных на рис. 14.11 и 16.35, а, где иногда в пределах огороженного котлована при необходимости еще более глубокого заложения фундаментов быков производят забивку свай.

Для возведения быков на глубоководных участках применяют опускные колодцы или кессоны больших размеров. Кессоны опускают в грунт с применением сжатого воздуха (рис. 15.23). В опускных колодцах работа ведется открытым способом (рис. 15.24). Особые проблемы возникают в отношении обеспечения необходимой плавучести кессона до его опускания на грунт на дне водоема и последующей разработки грунта под ним для погружения кессона на требуемую глубину. С этой целью было разработано множество различных приемов. К описанию нескольких из них мы теперь и переходим.
Фундаменты мостов. Опускные колодцы и кессоны

При использовании наиболее старого приема монтаж кессона осуществляется прямо на месте его опускания на платформе, которая подвешивалась стальными тягами к временной свайной рамной опоре или к опорам на баржах, стоящих на якорях. После сборки кессона платформу с помощью тяг опускали. В шахте кессона предусматривалось устройство камер-шлюзов сжатого воздуха, которые можно было использовать для уменьшения нагрузки на тяги после погружения платформы с кессоном ниже уровня воды. Прежде для сооружения кессона применяли дерево и кирпичную кладку, но в настоящее время они в значительной мере вытеснены стальными и железобетонными ячеистыми конструкциями. Теперь принято собирать рабочую камеру кессона на берегу, доставлять ее на плаву на место производства работ, закреплять здесь якорем и, ведя работы на плаву, как это показано на рис. 15.24, надстраивать ее до тех пор, пока не будет достигнут грунт, достаточно прочный, чтобы нести собственный вес кессона.

Для обеспечения плавучести кессона до этого момента используются несколько способов. При способе «фальшивое дно» в каждой ячейке кессона устраивают временный деревянный пол — дно. Для сохранения плавучести кессона, необходимой до установки его на твердый грунт, вода из этих ячеек откачивается до некоторого уровня. В дальнейшем фальшивое дно, чтобы обеспечить возможность выемки грунта в каждой ячейке, снимается. Это не всегда легко сделать, так как доски дна под действием значительного противодавления вспучиваются и защемляются в такой степени, что иногда приходится выбивать их поочередно с помощью длинных Н-свай. Поэтому способ «фальшивого дна» пригоден только при проведении работ на небольших глубинах.

Наибольшая глубина воды, на которую когда-либо погружался кессон, доходила до 120 футов (работы по опусканию мореновского кессона при возведении одного из быков моста Сан-Франциско, Окленд-Бей, описаны Карлстоном С. Проктором, 1936 г.). Для обеспечения плавучести этого кессона был использован сжатый воздух. Каждая ячейка кессона имела цилиндрическую форму, стальную обшивку и стальной полусферический купол (полукупол). В каждую из ячеек мог подаваться сжатый воздух для того, чтобы под его давлением понизить в ней уровень воды до требуемой степени. Лишь некоторая часть ячеек, необходимая для обеспечения плавучести, находилась под давлением; остальные ячейки могли в это время наращиваться, перекрываться полукуполами и, в свою очередь, ставиться под давление сжатого воздуха. При этом условии можно было срезать в определенное время автогеном полукупола тех ячеек, которые до того обеспечивали плавучесть кессона, и производить их наращивание. Такой процесс наращивания ячеек ступенями продолжался до тех пор, пока кессон не сел на грунт. Затем были сняты все полукупола и во всех ячейках была начата подводная разработка грунта. Этот кессон был погружен на общую глубину 240 футов. У некоторых мостовых кессонов стенки отдельных ячеек, т. е. пространство, обозначенное на рис. 15.24 через GHFKEA, для обеспечения плавучести кессона делаются полыми. Временные помосты на деревянных сваях или на баржах нередко используются и в настоящее время (см. рис. 15.23) под вспомогательное строительное оборудование, даже если применяются наиболее современные виды кессонов. Иногда их используют для фиксации положения кессонов и только в редких случаях — для поддержания их при погружении через водную толщу.

При быстром течении в водотоке не всегда возможно применить способ обеспечения плавучести и фиксации положения кессона на месте якорями (рис. 15.24). В некоторых случаях прибегали к так называемому способу устройства песчаных островов, который, например, был применен при погружении кессонов моста через р. Миссисипи у г. Нью-Орлеан (см. рис. 15.22) и для кессонов моста подобного типа у Бетон Руж более поздней постройки. На дно реки с временного дощатого помоста на деревянных сваях был опущен стальной цилиндр диаметром 110 футов, в который был загружен песок. Таким образом была создана ограниченная стенками цилиндра большая песчаная подушка, подобная островку. На островке можно было смонтировать насухо нож железобетонного опускного колодца, а затем постепенно возводить и опускать сам колодец, извлекая из его ячеек сначала песок искусственного островка, а потом подстилающий его грунт. По завершении работ это временное сооружение могло быть разобрано.

В настоящее время редко прибегают к разработке грунта в кессонах, как показано на рис. 15.23, с применением сжатого воздуха. Причины этого становятся ясными из данных табл. 15.3. При давлении воздуха, соответствующем напору воды в 115 футов, рабочему за 1 ч работы в камере кессона засчитывается полный день. При значительно более высоких давлениях всякий человеческий труд становится физически совершенно невозможным. Следует, однако, отметить, что приведенные в табл. 15.3 данные по величине напора воды, соответствующие некоторому манометрическому давлению в рабочей камере кессона, справедливы только для условий работы в водопроницаемых песчанистых грунтах.

В таких случаях может даже оказаться необходимой укладка вокруг кессона понура из глины, как это показано на рис. 15.23, для того чтобы предотвратить прорыв воздуха через грунт или его избыточную утечку через поры песка или гравия, что обнаруживается по появляющимся в этих случаях пузырькам. Вместе с тем при проведении работ в практически водонепроницаемых глинистых грунтах может оказаться достаточным манометрическое давление в камере, меньшее, чем отвечающее фактическому столбу воды. Так, например, при достижении кессоном I глубины 100 футов ниже зеркала воды для возможности разработки грунта в рабочей камере кессона вручную было необходимо манометрическое давление, равное только 18 фунтам. После того как кессон будет достаточно глубоко погружен в толщу глинистых грунтов, приток воды через них в рабочую камеру кессона станет фактически очень небольшим, и эту воду можно легко откачать. Даже при очень незначительном притоке воды будет происходить некоторая потеря части гидростатического напора вдоль линий тока. Гидродинамическая сетка будет при этом напоминать показанную на рис. 14.11. Тогда давление воздуха в рабочей камере может быть сравнительно малым, но вместе с тем величина его должна быть достаточной для предотвращения пластического выпора глинистого грунта в камеру из окружающего ее пространства. Эта проблема отчасти подобна той, которая возникает при проходке открытых котлованов.

Кессоны со сжатым воздухом могут оказаться весьма полезными при особо сложных инженерно-геологических условиях, подобных приведенным на рис. 12.1.

При подводной разработке грунта в отдельных ячейках опускных колодцев, как это показано на рис. 15.24, наиболее часто прибегают к помощи грейферных ковшей.

Для разрыхления грунта вокруг ножа размывом чаще всего используют показанные на этой схеме инжекционные трубки J, которые можно перемещать на любой требуемый участок. Для той же цели, а также для уменьшения трения по наружной поверхности колодца при его опускании такие трубки и сопла J' могут заделываться в его стенки (см. рис. 15.24). Это трение по боковой поверхности иногда оказывается настолько большим, что колодец как бы «вмерзает в грунт». Такое положение особенно присуще кессонам, опускаемым с применением сжатого воздуха. При этом его дальнейшее погружение прекращается. Некоторому снижению трения по поверхности кессона может способствовать уступ, располагаемый непосредственно над корпусом ножа. Практика показала, что ширина уступа 6 (см. рис. 15.24) не должна превышать нескольких дюймов, иначе он окажется неэффективным.

После завершения выемки грунта дно каждой ячейки колодца заделывается бетоном, укладываемым под воду с помощью хобота. В стенках всех ячеек при строительстве для лучшего сопряжения с бетоном предусматривают пазы RT (рис. 15.24). Заполнение бетоном обычно производят не на всю высоту ячейки, а только до некоторого уровня CD, выше которого находится вода, чтобы уменьшить давление на грунт по подошве колодца. Затем весь колодец выше уровня воды накрывается тяжелой бетонной плитой.

Глубина, на которую должны опускаться кессоны или опускные колодцы, определяется рядом соображений. Прежде всего она должна быть достаточной для предотвращения размыва грунта на дне водотока, выражающегося в подмыве кессона и колодца или в уменьшении веса пригрузочного слоя грунта вокруг них в степени, представляющей опасность. Быки моста и их фундаменты создают стеснение живого сечения потока. При этом условии около них происходит концентрация линий токов, подобная показанной на рис. 16.35 для наружных углов перемычек. В результате непосредственно у стенок быка скорость течения будет резко увеличиваться, особенно в период паводка. Из-за возросшей скорости в основном русле даже при отсутствии его стеснения может происходить некоторый размыв дна реки. В рассматриваемом отношении некоторую пользу могут принести придание кессонам и быкам обтекаемой формы, а также различные виды защиты дна реки вокруг быка, подобные массивной каменной наброске или фашинным тюфяком, пригруженным камнем и опущенным на дно реки перед кессонными работами.

Известны случаи, когда несмотря на такие меры предосторожности вокруг ряда мостовых быков, возведенных в основном русле водотока, происходил размыв грунта на глубину более 20—30 футов.

Другое соображение исходит из того, что кессоны должны покоиться на наиболее прочном из имеющихся на данном участке слое грунта, с тем чтобы этот слой мог быть использован для перераспределения давления на все подстилающие его более слабые слои. При строительстве моста через р. Миссисипи, показанного на рис. 15.22, колодцы были опущены до слоя плотного песка мощностью почти 100 футов, ниже которого залегал пласт гумбо — высококоллоидной глины. Возможность теоретического обоснования практической оценки несущей способности песка, залегающего на такой глубине, крайне ограничена из-за множества пока еще неопределимых факторов. Поэтому при установлении допускаемых нагрузок на грунт в подобных условиях полагаются главным образом на положительный опыт практики строительства. Эти нагрузки оказываются значительно выше приведенных в табл. 14.1. Так, например, в случае моста Бетон Руж через р. Миссисипи, который был описан Эриксоном, при учете всех взвешивающих факторов, веса удаленного из колодцев грунта, ветровых и всех других усилий было решено принять удельное давление на грунт в подошве колодцев до 10 т/фут2.

В практике строительства получило распространение большое количество всевозможных комбинаций различных способов возведения кессонов и опускных колодцев, описанных выше. Например, возможно, как показано на рис. 15.25, вначале в дно водотока забивать под воду с баржи пустотелые железобетонные (или деревянные) сваи. Затем на них опускают и насаживают подобно ростверку железобетонные кессоны. Они построены на суше, облицованы по верхней части тесаным гранитным камнем, отведены на место, затоплены и затем забетонированы с применением сжатого воздуха. Перед забивкой свай на дне водоема подводным способом выбирается траншея частично для удаления покровного слоя разжиженного ила, частично для песчаной подушки, которая в подобных случаях необходима в качестве подготовки для устраиваемой позже каменной наброски, защищающей опоры от размыва.

Для мостов используется множество специальных типов опор. Следует упомянуть два из них. Для рамной опоры применяется большое количество железобетонных заводского изготовления или стальный свай (для временного сооружения — деревянных). Головы этих свай выводятся выше уровня воды в реке и скрепляются друг с другом. Рамные опоры используются под балочные мосты с малыми пролетами и, следовательно, облегченного типа. Такие свайные опоры обладают особым преимуществом для мостов, перекрывающих широкие поймы или неглубокие несудоходные реки, живое сечение которых нежелательно стеснять телом насыпи, а также при наличии слабых грунтов в их основании. В этих условиях нагрузка от моста распределяется по весьма значительной площади, что дает возможность избежать фундаментов глубокого заложения, необходимых при больших пролетах, и связанных с ними высоких удельных нагрузок.

Реже в качестве временных сооружений используются понтонные мосты. Они возводятся по преимуществу на пересечениях широких, относительно глубоких протоков со слабым течением при наличии на дне водотока мощной толщи грунтов с низкой несущей способностью. Показательным примером такого сооружения является мост, построенный вблизи г. Ситтл.

При возведении этого моста ячеистые железобетонные понтоны монтировались в сухих доках. По изготовлении они были отбуксированы на место и поставлены здесь на якоря. Понтоны были связаны друг с другом специально спроектированными упругими связями.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: