Что такое опускной колодец
Объясняем, что такое опускной колодец и как его построить
Большинство технологий предполагают для укладки колодезных колец использование автокрана или подобного грузоподъемного механизма. Сбросить кольцо в шахту нельзя — оно расколется. Существует метод обсадки шахты без использования кранов и подъемников. Таким способом создается опускной колодец.
Что такое опускной колодец
Это название носят железобетонные конструкции цилиндрической формы, расположенные в вертикальном направлении. Для монтажа колец используется собственный вес деталей. Облицовка шахты наращивается сверху по мере углубления нижних звеньев в грунт. Особенность данных сооружений заключается в конструкции самого нижнего звена: оно представляет собой железобетонный круговой резец с тонкими стенками. В его нижней части имеются скосы, напоминающие лезвие ножа.
В начале работы резец кладется на землю. Изнутри вынимается грунт, кольцо постепенно опускается вниз. Когда верхняя кромка кольца оказывается ниже уровня земли, на нее устанавливают очередное бетонное кольцо. Процедура повторяется до тех пор, пока шахта не наполнится водой до необходимого уровня.
В конце работы по периметру нижнего кольца заливается бетон и сооружается кессон. Это делается для того, чтобы обсадные кольца не ушли вниз самостоятельно. Технология применяется при строительстве колодцев на глинистой, суглинистой, песчаной почве. На скальных породах метод не используется. Для сооружения источника питьевой воды на собственном участке достаточно двух человек, вооруженных грейфером и ломами.
Достоинства конструкции
Основные достоинства опускного колодца:
Недостаток — длительность выполнения работ.
Виды колодцев
Обсадной колодец не всегда предназначен для добывания и хранения питьевой воды.
Он может иметь размеры до 60-80 м в диаметре и возводиться в качестве защитного сооружения для проведения разных операций. Колодец может строиться в монолитном виде или с применением сборных конструкций.
Монолитные
После установки кольца начинают выбирать грунт. Сначала это делается по центру шахты, затем земля удаляется из-под краев резца. Работа продолжается до погружения конструкции на нужную глубину.
Сборные
Часто для опускания на большую глубину применяется сборная конструкция. Она состоит из одинаковых колец, установленных друг на друга и скрепленных между собой разными способами.
Тонкостенные опускные колодцы
Оболочки с тонкими стенками — это пустотелые цилиндры, отлитые из железобетона. Они имеют диаметр 1-3 м и длину 6-12 м. Толщина стенок составляет всего 12 см. При сборке колодезной колонны для соединения звеньев используется сварка или фланцевый шов, который выполняется с помощью болтов. Опускание цилиндров в грунт осуществляется с помощью вибропогружателей. После погружения полость оболочки заполняется жидким бетоном. Для уменьшения затрат бетона используются усиленные оболочки. Толщина их стенок — 16-20 см.
Тонкостенные оболочки обладают следующими достоинствами:
Советы по проектированию
Проектирование колодцев опускного типа включает в себя следующие расчеты:
При расчетах диаметра колодца необходимо учесть поперечное сечение и толщину блоков, необходимость установки дополнительных перемычек и опасные воздействия на грунт, к числу которых относятся:
При большой глубине шахты в кольцах устанавливаются бетонные перемычки толщиной 0,3-1,2 м или стальные прутья.
Они фиксируются примерно на 50 см выше нижних срезов колец для преодоления силы трения, с наружной стороны стенок делаются уступы, ширина которых не превышает 12 см. Первый уступ делают на высоте 2,5-3 м от нижней части резца.
Силу трения уменьшают с помощью применения метода тиксотропной рубашки. Она образуется из раствора глины, который нагнетается в пространство между грунтом и поверхностью труб и выполняет роль смазки.
Последовательность построения колодца
Колодец копают в следующей последовательности:
В колодцах со срубами из древесины и с бетонными кольцами эти работы осуществляют по-разному.
На основе сруба
Многие колодцы на частных участках возводятся с помощью деревянных срубов. Котлован копают лопатами или мини-экскаватором. Деревянную конструкцию постепенно опускают на дно и придают ей вертикальное положение. Швы замазывают глиной.
При заражении воды химическими веществами сооружение засыпается глиной.
Из бетонных колец
На смену деревянным срубам пришли бетонные изделия. Они обладают большей долговечностью, простотой монтажа и не портят вкус питьевой воды. Сначала выкапывается углубление под кольцо-резак. Его глубина — до 80 см, ширина превышает диаметр кольца на 15-20 см. Грунт извлекается лопатой и ведрами разного объема.
Для работы рекомендуется сооружать треноги с тросами и крюками. С их помощью можно поднимать емкости весом до 500 кг. Проверку самодельных грузоподъемников необходимо производить ежедневно. При опускании кольца ниже уровня почвы на него устанавливается следующее звено.
Пазы герметизируются природными материалами, т. к. синтетические вещества оказывают негативное влияние на качество хранящейся в колодце воды. Лучший материал для герметизации — пенька.
Работа по обустройству колодца продолжается до достижения необходимой глубины. Ее узнают у соседей, имеющих колодцы. Другой способ — копать до появления трех ключей. После этого углубляться нужно лишь на 0,5 м.
После окончания основных работ на дне колодца рекомендуется соорудить фильтр из смеси гравия и песка. Он насыпается слоем толщиной 25-30 см или больше. На глинистых почвах колодцу нужно 2-3 суток для появления в нем чистой воды.
Кессоны и опускные колодцы не являются редкостью. Они используются и для строительства сооружений на собственных участках. Для правильного применения технологии нужно грамотно выполнить необходимые расчеты, принимая во внимание все факторы. Для этой работы стоит привлечь специалистов.
Что такое опускной колодец, и как его сооружать
Когда разговор заходит о таком понятии, как опускные колодцы, то необходимо понимать, что это чисто технический термин, и обозначает он конструкцию фундамента здания. То есть, никакого отношения он к питьевым колодцам, который выкапываются на территориях загородных коттеджей и дач, не имеет. Обычно эти конструкции имеют монолитную форму, полую изнутри, которую устанавливают в неустойчивых грунтах. По сути, монолитный колодец выполняет функции защитного сооружения. Он формирует стенки скважины, куда впоследствии заливается бетонный раствор.
Опускной колодец под фундамент
Технология сооружения такого фундамента достаточно проста. Сначала изготавливается сам колодец в виде монолитной бетонной конструкции, которую заглубляют в грунт. Процесс заглубления также прост. Необходимо изнутри колодца выкапывать землю, постепенно выбирая ее сначала по центру, затем под стенками конструкции. Таким образом, производится опускание бетонного изделия. Нередко для глубоких фундаментов возводится сборная конструкция, состоящая из нескольких одинаковых элементов. То есть, выбирая изнутри грунт, сначала опускается один элемент, затем на него устанавливается второй, который крепится к первому, и так далее.
Привязка технологии к даче
Подготовка котлована под бетонное кольцо
Необходимо отметить, что метод опускного колодца не так прост, как может показаться на первый взгляд. Во-первых, необходимо отметить, что внутреннее пространство бетонного кольца не очень широкое. Хотя все зависит от выбранного диаметра изделия, где максимальный размер 2 м. Правда, такого размера колодцы редкость, потому что оптимальный вариант – диаметр сооружения 1,0-1,2 м.
Установка двух колец друг на друга
Поэтому внутри бетонного кольца лопатой не размашешься. При этом приходится все время вырабатывать грунт, а чем глубже в него, тем он плотнее. К тому же придется вытаскивать землю наружу, используя не самые передовые технологии и приспособления. Ведь дачный колодец чаще всего выкапывают вручную, используя лопаты, ведро с веревкой. Так что в шахту обычно спускают самого изящного из работников.
Во-вторых, существуют определенные правила выкапывания грунта. А именно:
Самодельный подъемный механизм
Так вот первый вариант обычно используется, если на дачном участке грунт не очень твердый. То есть, он мягкий и рыхлый. Если, наоборот, грунт глинистый с вкраплениями каменных кусков, то лучше использовать второй вариант.
В строительстве монолитных колодцев опускным методом, при сооружении фундаментов, используются конструкции, на нижних торцах которых установлены металлические ножи. Они прочно закрепляются к стенкам бетонных изделий. Таким образом, упрощается сам процесс погружения колец в грунт. Конечно, этот технологический прием на даче использовать никто не будет, поэтому очень важно равномерно выгребать землю изнутри кольца и под его стенками. Как показывает практика, именно процесс удаления грунта из-под стенок бетонного изделия самый сложный. Нередко зажимает кольцо лопаты, которые приходится с трудом вытаскивать.
Выкапывание грунта из бетонного колодца
Как глубоко копать
Понятно, что чем глубже лопата вгрызается в землю, тем сложнее это удается сделать. Соответственно больше число колец надо буде установить. Поэтому в первую очередь надо определиться, на какую глубину придется вырабатывать шахту. Эта информация не под запретом, ее можно узнать в районной геологической организации. А можно поступить проще – узнать у соседа глубину его колодца. Конечно, если он на его участке выкопан. Обычно водоносный слой распространяется на километры, так что величина выработки будет одинаковой.
Кстати, копать надо до тех пор, пока из водоносного пласта не станут бить сразу три ключа. Это показатель того, что вы достигли необходимой глубины. При этом рекомендуется углубиться еще дальше, чтобы создать водосборник. На него потребуется еще полметра глубины. Обратите внимание, в каких грунтах располагается водоносный пласт. Если песок или известняк, то повезло, если глина, то придется несколько дней не эксплуатировать колодец после его сооружения, чтобы в водосборнике собралась чистая вода.
Внимание! Для таких колодцев с глинистым дном рекомендуется на дно установить площадку, изготовленную из досок. Поверх нее засыпается донный фильтр из щебня толщиною 40-50 см.
И еще один момент. Опускные колодцы на даче из железобетонных колец устанавливаются с формированием оголовка. По сути, это когда последнее кольцо устанавливается так, чтобы ее основная часть торчала из земли.
Формирование оголовка
Обязательное условие – это герметизация стыков между железобетонными кольцами. Процесс герметизации производится при каждой установке верхнего элемента сборной бетонной конструкции. Для чего лучше всего использовать натуральные природные материалы, потому что всегда присутствует вероятность, что они будут взаимодействовать с водой. Синтетические герметики могут повлиять на качество воды. Так что в этом случае лучше не рисковать. Обычно в качестве герметизирующего материала используется пенька.
Заключение по теме
Опускные колодцы
Представляют собой замкнутую в плане и открытую сверху и снизу полую конструкцию, бетонируемую или собираемую из сборных элементов на поверхности грунта и погружаемую под действием собственного веса или дополнительной пригрузки по мере разработки грунта внутри нее (рис.13.1 и 13.2.).
Рис.13.1 Последовательность устройства опускного колодца:
а – изготовление первого яруса опускного колодца на поверхности грунта; б – погружение первого яруса опускного колодца в грунт; в – наращивание оболочки колодца; г – погружение колодца до проектной отметки; д – заполнение бетоном полости опускного колодца в случае использования его как фундамента глубокого заложения
Рис.13.2. Формы сечений опускных колодцев в плане:
а – круглая; б – квадратная; в – прямоугольная; г – прямоугольная с поперечными перегородками; д – с закругленными торцевыми стенками
· Форма колодца в плане определяется конфигурацией проектируемого сооружения См. рис.13.2.
Наиболее рациональной является круглая форма, т.к. стенка круглого колодца работает только на сжатие, и при заданной площади основания обладает наименьшим наружным периметром, что уменьшает силы трения по их боковой поверхности, возникающие при погружении. Плоские же стенки опускных колодцев в основном будут работать на изгиб (что далеко не выгодно), но с другой стороны прямоугольная и квадратная форма позволяет более рационально использовать площадь внутреннего помещения.
· В любом случае очертание колодца должно быть в плане симметричным, т.к. всякая асимметрия осложняет его погружение (прекосы, отклонения).
· Конструкционные материалы для опускных колодцев:
— каменная или кирпичная кладка;
— ж/б- наиболее распространен:
1.Монолитные (только когда форма колодца в плане имеет сложное очертание, нет возможности изготовления сборных элементов, при проходке скальных грунтов и грунтов с большим числом валунов).
2.Сборные (наибольшее предпочтение)
· Погружению колодца в основание сопротивляются силы трения стен колодца о грунт. Для уменьшения трения колодцам придают коническую или цилиндрически уступчатую форму, с использованием тиксотропной суспензии. Оболочка опускного колодца из монолитного ж/б состоит из двух основных частей : 1 – ножевой; 2 – собственно оболочки. См. рис. 13.3.
Рис.13.3. Форма вертикальных сечений монолитных опускных колодцев:
а – цилиндрическая; б – коническая; в – цилиндрическая ступенчатая; 1 – ножевая часть опускного колодца; 2 – оболочка опускного колодца; 3 – арматура ножа колодца
· Ножевая часть шире стены оболочки на 100…150мм со стороны грунта.
· Толщина стен монолитных колодцев определяется из условия создания веса, необходимого для преодоления сил трения.
· Бетон должен быть прочным, плотным (вес) и иметь высокую водонепроницаемость – В35.
· Монолитные ж/б колодцы изготавливают непосредственно над местом их погружения на специально изготовленной выровненной площадке. При hк>10м его бетонирование ведется отдельными ярусами, последовательно. К опусканию преступают только после набором бетоном 100% прочности, что непроизводительно (потеря времени).
· К недостаткам монолитных ж/б опускных колодцев также следует отнести:
— большой расход материалов, не оправданный требованиями прочности;
— значительная трудоемкость, за счет их изготовления полностью на строительной площадке;
· Преимущества монолитных колодцев:
— возможность придания им любой формы;
— отсутствие (как правило) опасности всплытия
· Из сборных опускных колодцев наибольшее распространение получили:
— колодцы из пустотелых прямоугольных элементов (рис.13.4)
Рис.13.4. Сборный опускной колодец из пустотелых прямоугольных блоков:
— из плоских вертикальных панелей (клепок) (рис.13.5)
Рис.13.5. Сборный опускной колодец из вертикальных панелей:
1 – панели; 2 – форшахта;
· Колодцы из пустотелых прямоугольных элементов выполняют с монолитной ножевой частью, на которой монтируется оболочка из сборных двухпустотных блоков (рис.13.4), без перевязки швов (один на другой). Блоки скрепляются между собой только в вертикальных швах. В результате образуются вертикальные пустоты в блоках на всю высоту колодца, заполняемые в последствии бетоном. Если колодец разбит по высоте, то в верхней части каждого яруса опускания устраивают монолитный пояс.
Рис.Схема расположения пустот в блоках опускного колодца
Наличие в блоках сквозных пустот позволяет регулировать вес колодца при его опускании или для выравнивания при перекосах (заполнение пустот тяжелыми материалами, что также при необходимости удерживает колодец от всплытия).
· Каждая из плоских вертикальных панелей (клепок) представляет собой элемент стены колодца на всю его высоту (рис.13.5). Между собой панели соединяются с помощью петлевых стыков или накладками на сварке.
· При необходимости возведения такого опускного колодца большей высоты стены его наращивают такими же панелями, но уже без ножевой части. При этом в горизонтальном стыке панели верхнего и нижнего яруса соединяют сваркой закладных деталей.
Рис. Схема движения воды (суффозии) при выемке грунта из опускного колодца
· Открытый водоотлив применяют в устойчивых грунтах с относительно малым Кф.
Рис.13.6. Разработка грунта в опускном колодце:
а – насухо с помощью экскаватора; б – под водой с помощью грейфера; 1 – колодец; 2 – башенный кран; 3 – экскаватор; 4 – кран-экскаватор; 5 – грейфер
Эти две схемы погружения колодцев называются:
1.Насухо (при отсутствии подземных вод или с применением открытого водоотлива или водопонижения).
2. С разработкой грунта под водой.
· Выбор способа разработки грунта зависит от размеров колодца, геологических условий строительной площадки и местных условий строительства. Так, например, грейферы применяют для разработки рыхлых песков, легких супесей, галечников и т.д.
· Глубина разработки грунта на одну «Посадку» колодца принимается равной 1,5…2,0м при использовании экскаваторов и бульдозеров и не более 0,5м при применении средств гидромеханизации.
· Разработка грунта под водой осуществляется преимущественно экскаваторами, оборудованными грейфером (рис.13.6 б). В случае очень слабых грунтов (плывуны), чтобы предотвратить их наплыв из-под ножа, рекомендуется поднимать уровень воды в колодце на 1…3м выше УГВ, накачивая в него воду.
Конструкции и область применения опускных колодцев и кессонов. Массивные фундаменты глубокого заложения из опускных колодцев и кессонов
Опускной колодец представляет собой открытую сверху и снизу железобетонную (реже стальную и бетонную) конструкцию (рис. 9.1), стены которой в нижней части имеют заострения (консоли), обычно усиленные металлом (ножи). Опускные колодцы погружаются в грунт под действием собственного веса по мере разработки и удаления грунта, расположенного в полости колодца и ниже его ножа.
Рис. 9.1. Опускной колодец а — погружение колодца.; б — фундамент в виде опускного колодца; 1 — консоли; 2 — стенки колодца; 3 — над фундаментная часть опоры; 4 — железобетонная плита; 5 —бетон, уложенный насухо; 6 — подводный бетон; 7 — прочный грунт; 8 — слабый грунт
Стены колодцев либо сооружают сразу на полную высоту, либо наращивают по мере погружения колодцев в грунт (рис. 9.1,а).
Погружение опускных колодцев в грунт производят с откачкой или без откачки воды из их полости.
После достижения опускным колодцем проектной глубины заложения фундамента полость колодца целиком (рис. 9.1,6) или частично заполняют бетонной смесью сначала подводным способом, а затем насухо. В верхней части колодца сооружают распределительную железобетонную плиту, на которой впоследствии ведут кладку над фундаментной части опоры; в некоторых случаях такую плиту не делают.
Опускные колодцы применяют в случаях расположения грунтов с достаточной несущей способностью на больших (более 5—8 м) глубинах, когда сооружение фундаментов в открытых котлованах из-за сложности крепления их стен экономически нецелесообразно или технически неосуществимо. Так как в подобных случаях кроме опускных колодцев можно применять фундаменты из свай или оболочек, выбор типа фундамента производят на основе технико-экономического сравнения вариантов. Достоинством фундаментов из опускных колодцев является возможность их погружения без использования сложного технологического оборудования. Недостатками их являются большой объем кладки и значительные трудности, возникающие при встрече колодцев в водонасыщенных грунтах с препятствиями в виде крупных валунов, скальных прослоек, топляков и т. п. Устранение таких препятствий возможно лишь после откачки воды из колодцев, что при водонасыщенных грунтах не всегда удается сделать. Трудности, связанные с необходимостью осушения колодца, возникают и при посадке его на скальный грунт, поверхность которого не бывает строго горизонтальной и нуждается в планировке для возможности опирания на него колодца по всему периметру.
Рис 9.2. Кессон а — погружение кессона; б — кессонный фундамент; 1 — консоль; 2 — над кессонная кладка; 3 — трубы для сжатого воздуха; 4 — компрессорная станция; 5 — центральная шлюзовая камера; 6 — прикамерки; 7 — шахтные трубы; 8 — потолок кессона; 9 — нож; 10 — рабочая камера кессона; 11 — кладка над фундаментной части опоры; 12—бетон заполнения шахты; 13 — бетон заполнения рабочей камеры; 14 — прочный грунт; 15 — слабый грунт
Указанные трудности преодолеваются, если фундамент сооружают с применением кессона (рис. 9.2). Кессон (рис. 9.2,а) представляет собой открытую снизу железобетонную или стальную конструкцию, состоящую из потолка и боковых стен. Толщина стен кессона книзу уменьшается и они заканчиваются консолью со стальным ножом. Полость в нижней части кессона называют рабочей камерой. В ней производят разработку грунта, по мере которой кессон опускается под действием собственного веса, а также веса надкессонной кладки, возводимой из бетона над потолком в процессе погружения кессона в грунт. Подачей в рабочую камеру сжатого воздуха обеспечивают отжатие из нее воды, что позволяет вести разработку грунта насухо.
Сжатый воздух вырабатывается компрессорной станцией и подается по трубам как в рабочую камеру кессона, так и в шлюзовой аппарат. Последний состоит из центральной шлюзовой камеры и двух прикамерков — один для рабочих, второй для материалов. Шлюзовой аппарат устанавливают на две шахтные трубы, которые собирают из отдельных металлических звеньев и используют для подъема и спуска рабочих, а также вертикального транспорта материалов и грунта.
Спуск рабочих в камеру кессона производят в следующем порядке. Из пассажирского прикамерка выпускают сжатый воздух, что позволяет открыть вовнутрь наружную дверь прикамерка, в которую входят рабочие. Дверь закрывают и в прикамерок из центральной шлюзовой камеры подают сжатый воздух. Когда давление воздуха в прикамерке станет равным давлению воздуха в центральной шлюзовой камере, открывают дверь между ними и рабочие переходят в эту камеру, а потом по металлической лестнице, установленной в шахтной трубе, спускаются в камеру кессона. Подъем рабочих в центральную шлюзовую камеру и выход их наружу осуществляют в обратном порядке.
Изменение давления от нормального к повышенному (процесс шлюзования) и от повышенного к нормальному (процесс вышлюзовывания) в пассажирском прикамерке необходимо производить так, чтобы рабочие могли постепенно приспособиться к новым условиям. Время, потребное для шлюзования, тем больше, чем выше давление воздуха в кессоне.
Для возможности отжатия воды из рабочей камеры кессона избыточное (сверх нормального) давление воздуха в ней должно несколько превышать гидростатическое давление на уровне низа ножа кессона.
Наибольшее избыточное давление, при котором разрешается работать людям в кессоне, равно 400 кПа. Это определяет максимальную глубину погружения кессона от уровня воды в 40 м.
После достижения проектной глубины заложения фундамента камеру кессона заполняют бетонной смесью (рис. 9.2,6). Затем демонтируют шлюзовой аппарат и шахтные трубы; вертикальную шахту заполняют бетонной смесью. В результате получается массивный фундамент глубокого заложения, на котором возводят кладку над фундаментной части опоры.
Преимущество кессонов по сравнению с другими типами фундаментов заключается в том, что они позволяют возводить фундамент глубокого заложения в любых гидрогеологических условиях. В рабочей камере кессона возможно освидетельствование и даже испытание грунта основания, что весьма ценно.
Кессоны имеют и существенные недостатки, к которым в первую очередь следует отнести вредное воздействие сжатого воздуха на организм рабочих, большой объем бетонной кладки в массивной конструкции фундамента, не индустриальность конструкции и высокую стоимость кессонных работ. Если под избыточным давлением до 175 кПа разрешается находиться не свыше 7 ч в сутки, то под давлением в 350—400 кПа максимальное время пребывания составляет только 2 ч, из которых 1 ч затрачивается на процессы шлюзования и только 1 ч используется на полезную работу. В связи с этим стоимость кессонных работ резко возрастает с увеличением глубины погружения кессона в грунт.