Способ в.с.скального погружения опускных колодцев
Владельцы патента RU 2250960:
ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ОГАУ) (RU)
Изобретение относится к области строительства и строительных конструкций и может быть использовано при возведении фундаментов глубокого заложения и подземных помещений с помощью опускных колодцев. Способ погружения опускных колодцев, заключающийся в принудительном погружении опускного колодца с ножевой частью в грунт путем приложения дополнительных сил, отличающийся тем, принудительное погружение опускного колодца осуществляют путем одновременного завинчивания металлических винтовых свай, закрепленных по внутреннему периметру ножевой части опускного колодца. Технический результат состоит в сокращении состава и объема подготовительных работ, упрощении технологии погружения опускных колодцев при строительстве, улучшении условий производства работ, уменьшении трудоемкости, материалоемкости, энергоемкости, стоимости и продолжительности комплекса работ. 4 ил.
Изобретение относится к области строительства и строительных конструкций и может быть использовано при возведении фундаментов глубокого заложения и подземных помещений с помощью опускных колодцев.
Опускные колодцы используются в различных отраслях строительства: в гражданском, коммунальном и городском хозяйстве - для фундаментов и подвальных этажей высотных зданий, подземных этажей, насосных станций водозаборов и станций перекачки глубокой канализации, хранилищ и других подземных помещений разного назначения: в горнорудной промышленности - для подземных частей дробильно-сортировочных и дробильно-обогатительных фабрик, насосных станций свежей и оборотной воды и др; в металлургии - для установок непрерывной разливки стали, вагонопрокладывателей, скиповых ям доменных печей, отстойников окалины и других подземных помещений.
Известны способы погружения опускных колодцев: под воздействием собственного веса или дополнительной пригрузки по мере разработки грунта внутри опускного колодца [1, 2].
Известен способ погружения опускных колодцев задавливанием [3]. Сущность строительства опускных колодцев способом задавливания заключается в задавливании в грунт системой гидродомкратов опускного колодца, наращиваемого ярусами, высотой, кратной величине хода штоков гидродомкратов, по мере разработки и выдачи грунта. Для погружения опускного колодца к верхней его части прикладывают дополнительные силы в виде пригруза или задавливания системой гидродомкратов [3]. Погружение опускного колодца производится при обязательном опережении режущей кромки ножа поверхности забоя. Устройство для погружения опускного колодца способом задавливания состоит из опорного воротника, системы гидродомкратов, двухконсольной балки, полока, опускного колодца, нижняя часть которого выполнена ножевой.
Недостатками способа задавливания для погружения опускного колодца являются:
- необходимость сооружения опорной конструкции для установки самого устройства системы гидродомкратов, например, в виде круговой конструкции подпорной стенки, заглубленной в грунт;
- необходимость поярусного наращивания стеновой оболочки высотой, кратной величине хода штоков гидродомкратов по мере разработки и выдачи грунта;
- стесненность производства работ - погружения конструкции опускного колодца, размещение системы гидродомкратного задавливания на поверхности земли в рабочей зоне непосредственно вокруг опускного колодца;
- большая трудоемкость, материалоемкость, стоимость и продолжительность выполнения комплекса работ по применению способа задавливания.
Известен также опускной колодец, представляющий собой оболочку и полое ножевое кольцо с вмонтированной жесткой опорой, на которой установлены вибраторы. Вибрация передается на стенки ножа и режущий фартук. Погружение опускного колодца осуществляется под действием собственного веса оболочки и вибрации ножа с одновременной выемкой грунта из котлована [4].
Существенными недостатками известного опускного колодца с вибраторами являются следующие.
- Дополнительные силы, возникающие при вибрации, приложены к ножевой части и направлены на полное и более интенсивное разрушение структурных связей грунта вокруг ножевой части колодца. При этом силы сцепления структурных связей грунта не используются для погружения опускного колодца. Напротив, эти силы противодействуют погружению и на преодоление этого сопротивления затрачивается значительная часть всей вибрационной энергии, приложенной к ножевой части опускного колодца.
- Часть вибрационной энергии неизбежно воздействует на прилегающий к колодцу объем грунта, частично разрушая его структурные связи и тем самым понижая несущую способность колодца.
- Другая часть энергии передается на грунт основания близко расположенных зданий и сооружений и отрицательно воздействует на их устойчивость, вызывая дополнительные неравномерные осадки их фундаментов.
Задачей изобретения является сокращение состава подготовительных работ, снижение трудоемкости, материалоемкости, энергоемкости и продолжительности комплекса строительных работ по погружению опускного колодца и улучшение условий производства строительных работ.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе погружения опускных колодцев, включающем принудительное погружение опускного колодца с ножевой частью в грунт путем приложения дополнительных сил, согласно изобретению принудительное погружение опускного колодца осуществляют путем одновременного завинчивания металлических винтовых свай, закрепленных по внутреннему периметру ножевой части опускного колодца.
Технический результат состоит в сокращении состава и объема подготовительных работ, упрощении технологии погружения опускных колодцев при строительстве, улучшении условий производства работ, уменьшении трудоемкости, материалоемкости, энергоемкости, стоимости и продолжительности комплекса работ.
Суть изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображена схема погружения опускного колодца;
на фиг.2 - то же, вид А на фиг.1;
на фиг.3 - крепление винтовой сваи к ножевой части опускного колодца;
на фиг.4 - то же, вид Б на фиг.3.
Для выполнения способа используют конструкцию, которая включает синхронно работающие металлические винтовые сваи 1, оборудованные индивидуальным приводом вращения, укрытым колпаком 2. Сваи 1 закреплены на кронштейнах-держателях 3 с монтажными полками 4, которые жестко связаны с ножевой частью 5 опускного колодца 6 и равномерно распределены по контору ножевой части 5.
Работы по погружению опускного колодца способом винтового втягивания выполняются в следующем порядке. Вначале выполняется типовой комплекс подготовительных работ для устройства ножевой части 5 опускного колодца 6. Затем монтируют ножевую часть 5, оборудованную кронштейном-держателем 3 с монтажными полками 4 для последующего закрепления на каждом из них металлической винтовой сваи 1, индивидуального двигателя вращения сваи, укрытого колпаком 2 для защиты вращательного оборудования от механических внешних повреждений и воды. Перед установкой и закреплением металлических винтовых свай 1 на кронштейнах-держателях 3 в местах их завинчивания в грунте формируют лунки для опускания в них винтовой части сваи 1. После закрепления металлической винтовой сваи 1 в кронштейне-держателе 3, где она имеет свободный вертикальный ход на высоту этапа погружения, сваю 1 завинчивают в грунт до упора ее хвостовой части в монтажную полку 4 кронштейна-держателя 3 винтовой сваи 1. Хвостовая часть выполнена как упорный узел и элемент механизма вращения сваи 1 в сборке с двигателем вращения. По завершению работ подготовительного периода и монтажа нижней ножевой части формируется верхняя часть опускного колодца на проектную высоту или высоту, обусловленную технологическими условиями производства работ.
Погружение сформированной конструкции опускного колодца 6 каждого этапа погружения осуществляется при одновременном (синхронном) завинчивании всех металлических винтовых свай 1, закрепленных на внутреннем периметре ножевой части 5 опускного колодца 6 и на глубине не более высоты ножа 5 (расстояние от горизонтальной плоскости острия ножа 5 до горизонтальной плоскости расположения монтажных полок 4 кронштейнов-держателей 3 минус 1...2 см), после чего внутри опускного колодца производится разработка и удаление грунта одним из известных способов по технологическому проекту. Затем технологический цикл погружения опускного колодца и разработка грунта внутри него повторяется до достижения проектной глубины.
В зависимости от физико-механических свойств грунтов плоскость расположения металлического острия винтовых свай 1 в рабочем положении находится ниже плоскости острия ножевой части 5 опускного колодца 6 на глубину, устанавливаемую расчетом, но не меньше одного метра.
Необходимое количество металлических винтовых свай 1 и их технологические характеристики для обеспечения принудительного погружения опускного колодца 6 определяется расчетом в зависимости от его размеров и грунтовых условий производства работ.
Предлагаемый способ винтового втягивания для погружения опускных колодцев применим в различных дисперсных грунтах, кроме скальных, полускальных и дисперсных пород с включением валунов диаметром более 0,2 м.
Принудительное погружение винтовым втягиванием производят путем приложения дополнительных сил к ножевой части опускного колодца, возникающих от сопротивления сил удельного сцепления грунта разрыву его структурных связей ниже расположенной грунтовой толщи, в которую внедряются винтовые сваи, испытывающие силы торможения при упоре их хвостовых частей в монтажные полки кронштейнов держателей.
В предлагаемом способе винтового втягивания погружение опускного колодца осуществятся приложением дополнительных втягивающих сил погружения, которые создаются с помощью винтовых свай. В отличие от всех других существующих способов в суммарном составе принудительных сил погружения участвуют силы удельного сцепления структурных связей самого грунта. То есть предлагаемый способ позволяет существенно снизить энергетические затраты на погружение опускного колодца в отличие от способа погружения, изложенного в прототипе.
Снижение энергетических затрат в предлагаемом способе достигается за счет применения винтовых свай с минимальной затратой энергии на их внедрение в грунтовый массив и использование сил удельного сцепления грунта при их сопротивлении разрыву структурных связей грунтового массива, в который погружают опускной колодец. Это сопротивление вызывают силы торможения свай, противоположно направленные вертикальной составляющей сил их внедрения, лопасти которых ввинчиваются в грунтовый массив. Силы торможения, возникающие при упоре сваи в монтажную полку кронштейна-держателя ножевой части опускного колодца, вызывают сопротивление сил удельного сцепления структурных связей грунта, передаваемых на лопасти ввинчиваемых свай, а их вектор имеет обратное направление вектору силы торможения.
По расчету количества свай для принудительного погружения опускного колодца суммарные силы сопротивления сил удельного сцепления структурных связей грунта превышают силы сопротивления конструкции опускного колодца его погружению. Поэтому разность этих сил становится силой втягивания опускного колодца в массив грунта, которая является частью сил сцепления структурных связей грунта, т.е. силой действия, производимой над материальным объектом - опускным колодцем.
Таким образом, силы удельного сцепления грунта используются для погружения - втягивания опускного колодца в свой массив, уменьшая тем самым энергетические затраты на работу погружения опускного колодца.
Источники информации
1. С.Б.Ухов, В.В.Семенов и др. Механика грунтов, основания и фундаменты. - Москва, Издательство АСВ, 1994.
2. М.В.Малышев, Г.Г.Болдырев. Механика грунтов, основания и фундаменты. - Москва, издательство Ассоциации строительных вузов, 2000.
3. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения, - Москва, Стройиздат, 1985.
4. SU 342999 A, Е 02 D 27/00, 27/10, 12.07.1972 - прототип.
Способ погружения опускных колодцев, заключающийся в принудительном погружении опускного колодца с ножевой частью в грунт путем приложения дополнительных сил, отличающийся тем, что принудительное погружение опускного колодца осуществляют путем одновременного завинчивании металлических винтовых свай, закрепленных по внутреннему периметру ножевой части опускного колодца.
