/
Автор: Годес Э.Г. Нарбут Р.М.
Теги: строительство строительные материалы строительно-монтажные работы отдельные виды строительства инженерия строительные конструкции гидротехнические сооружения
ISBN: 5-274-00979-4
Год: 1989
Текст
Э.Г Годес, Р.М.Нарбут
Строительство
в водной среде
Справочник
Стройидаг
Э.Е Годес, Р.М.Нарбут
Строительство
в водной среде
ИЗДАНИЕ 2-е. ИЕРЕРЛБОТЛППОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Ленинград
( троим зда г
Л сн и 111 радскос отделен ие
1989
ББК 3N.79
Г 59
УДК «9.034.(211) (035.5)
f «дес Э. Г., Нарбут Р. М.
I 59 Строительство в водной среде: Справочник — 2-е изд.,
иерераб. и доп.— Л.: Стройиздат, Лепнигр. отд-ипе, 1989.—
527 с„ пл,— ISBN 5-274-00979-4.
В форме вопросов и ответов приведены основные сведения спо-
собах производства подводно-технических работ иа акваториях, водо-
понижения на строительных площадках; о возведении и ремонте во-
дозаборных и очистных сооружений, устраиваемых методом опускного
колодца, способом кессона, тонкостенных оболочек и способом «стена
в грунте». Изд. 2-е дополнено материалом по строительству н ремонту
плотин на малых реках для водоснабжения поселков и агропромыш-
ленных комплексов. Изд. I -е вышло в 1984 г.
Для нижснсрно-техинческнх работников.
„ 3308010000—158
Г 047(01)—89
ББК -18.79
ISBN 5-274-00979-1
“© Стройиздат, Ленинградское отде-
ление. 1984
Годес Э. Г.. Нарбут Р. М.. '.989
ПРЕДИСЛОВИЕ
В громадном объеме строительных работ, выполняемых
в нашей стране, значительная часть их производится в усло-
виях, характеризуемых наличием воды в различных ее прояв-
лениях. Это устройство переходов через реки, освоение участ-
ков с высоким уровнем грунтовых вод, защита площадок от
воды, сооружение плотин для водозаборов и т. д. Большие
сложности вызывает необходимость использования на аквато-
риях труда специалистов-водолазов, производящих определен-
ные виды строительных подводных работ.
В справочнике весь материал представлен в виде вопросов
н кратких ответов, освещающих современные технологии и спо-
собы ведения работ, машины и механизмы, методы расчета,
прогрессивные инженерные решения, базирующиеся на дейст-
вующих СНиПах и других нормативных документах.
В книге приводятся краткие сведения о подводно-строитель-
ных работах, включая прокладку трубопроводов и кабелей,
устройство водозаборов, выполнение различных работ ио рекон-
струкции и ремонту гидротехнических сооружений с привлече-
нием водолазов. В справочнике приводятся сведения о специ-
фике производства работ при отрицательных температурах.
Справочник рассчитан на широкий круг инженеров-строите-
лей, связанных со строительством промышленно-энергетических
н сельскохозяйственных комплексов, а также строительством
транспортных морских и речных гидротехнических сооружений.
При подготовке справочника к изданию были учтены крптн
ческие замечания по 1-му изданию, а также пожелания рецен-
зентов п читателей, которым авторы выражают свою глубокую
признательность.
Р а з л с л I
ПОДВОДНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
1. Квалификационные требования к водолазу и средства
обеспечения строительных работ под водой
ф Что такое водолазное дело и кто такой водолаз?
Водолазное дело — отрасль производственной деятельности
и техники, связанная с погружением под воду людей в специ-
альном снаряжении для выполнения различных работ.
Водолаз — специалист, умеющий выполнять работы под во-
дой в специальном снаряжении, допущенный к производству во-
долазных спусков н имеющий свидетельство об окончании во-
долазной школы (курсов), личную книжку водолаза, личную
медицинскую книжку водолаза с заключением водолазной ко-
миссии о пригодности к водолазным спускам н работам с ука-
занием установленной глубины погружения в текущем году. По
квалификации водолазов делят на три класса: водолаз 3-го
класса, водолаз 2-го класса, водолаз 1-го класса.
ф Какова история водолазного дела?
I l.ria.'io освоения человеком подводного мира относится
ь I .lyi'uiKoii древности.
I ыся*1елеи1и назад человек проникал под воду простейшим
способом: сделав полный вдох и взяв с собой небольшой ка-
мень для увеличения собстзенного веса. Позднее для той же
цели он приспособил груз, который удерживался пеньковым
канатом, благодаря чему служил также и проводником. Об
этом упоминает в своих сочинениях еще Аристотель.
Еще более поразительны дошедшие до нас сведения об
осаде города Трира н 333 г. до н. э.. когда водолазные работы
были впервые применены для уничтожения подводных за-
граждений. Таким же способом пользовались воины-ныряль-
щикн во время осады греками портового города-крепости Си-
ракузы.
Наибольший вклад в развитие водолазного дела внесли оте-
чественные изобретатели. Еще в XVII в. на Гуси существовал
водолазный труд. Крестьянин из подмосковного села Покров-
ское Ефим Нпконоп изобрел «потаенное судно», с помощью ко-
торого предлагал и шлекать со дна затонувшие суда. Он же
в 1719 г. выдвинул n.ieio создания скафандра. А спустя 120 лет
4
русский механик Гаузен спроектировал костюм — прообраз
всех последующих вентилируемых скафандров.
В 1871 —1873 гг. произошло событие, отмеченное в истории
водолазного дела. Русские изобретатели Ладыгин и Хотинский
спроектировали автономное водолазное снаряжение, распола-
гавшее запасом кислорода и химическим веществом для погло-
щения выдыхаемого водолазом углекислого газа.
В те далекие годы водолазные работы в портах производи-
лись людьми, не состоявшими на военной службе. Они при-
сматривались к водолазному ремеслу и старались копировать
приемы опытных мастеров. Обычно эти люди спускались на
небольшие глубины. Им в помощь назначали матросов.
В 1882 г. в Кронштадте открылась первая русская водолаз-
ная школа. Она готовила для флота водолазов, создавала и со-
вершенствовала водолазную технику, водолазные правила. Во-
долазы стали спускаться на глубину до 45 м.
Большую роль в развитии водолазного дела сыграл русский
специалист Костовнч. Он создал снаряд для глубоководных
спусков, в котором человек мог п полной безопасности нахо-
диться на глубине в течение 6 ч. Будучи большим знатоком
водолазного дела, Костович предложил оригинальный способ
подъема затонувших кораблей с помощью металлических ша-
ров. Шары прикрепляли к остову затонувшего судна и накачи-
вали в них воздух.
Нужно упомянуть еще три имени, оставившие заметный
след в летописи Кронштадтской водолазной школы,— Тверити-
iior, Колбасьев и Шидловскпй. Твсритинов решил труднейшую
в то время проблему подводного освещения места работы во-
долаза. Колбасьев осуществил телефонную связь с водолазом,
Шидловскпй изобрел автоматический клапан для водолазной
рубахи и впериые произвел подводное фотографирование.
После победы Великой Октябрьской социалистической ре-
волюции у портов п в прибрежных районах можно было ви-
деть остовы затонувших судов, вышедшие из строя многие под-
водные сооружения, снабжавшие водой население, фабрики, за-
воды. Восстановительные работы надо было начинать в первую
очередь в этих районах.
19 нюня 1919 г. Владимир Ильич Ленин подписывает декрет
Совета Народных Комиссаров о национализации водолазного
имущества, а гак,к>- предприятий водолазного снаряжения п
оборудования: 11рп ;п.тп> все предприятия и водолазное иму-
щество достоянием I сспублики и передать его Главному Уп-
равлению Волши <1 I рапепорта через соответствующие его ор-
ганы полностью, in исключением имущества, находящегося
и ведении Boeiiiioiu iIi.iiii.-i .
Широкое разив ни- водолазное дело получило за голы Совет-
ской власти. По и11ин и.ттпве Феликса Эдмундовича Дзержин-
5
•мн<1 и ITJ.J I. па Черном морс была создана прославившая
себя 1)<*('||||цмгр|1ым11 подвигами экспедиция подводных работ
|>г<|б(>1<) пл И1.ТЧС11ПЯ (ЭПГОН). Она поднимала затонувшие
суда по многих морских бассейнах страны, расчищала аквато-
рии портов, принимала участие в строительстве новых портов
п выполняла другие задания.
Существовавшая водолазная техника быстро совершенство-
валась. Появился новый инструмент, более точный и надежный,
облегчивший труд водолаза, компрессоры, мощные подводные
светильники, эффективные средства подготовки водолаза к по-
гружению. На помощь пришло подводное телевидение.
Десятки промышленных объектов, играющих важную роль
и народном хозяйстве, были сооружены с участием водолазов.
В настоящее время водолазы располагают необходимыми сред-
ствам.'!. чтобы успешно выполнять в подводных условиях са-
мые сложные работы.
ф Что такое водолазный пост?
Нодолазный пост—место на судне, берегу, льду, стационар-
ном сооружении, оборудованное средствами обеспечения водо-
i.i шых работ и водолазных спусков. На водолазном посту дол-
,юн> быть предусмотрено место для хранения водолазного сна-
|l-|.h<IIIIM.
ф Uni i:\tit)iiT в понятие водолазная станция?
Htuht.ni.iHuii станция — бригада (подразделение) водолазов,
..... комплексом водолазного снаряжения (включая
।p.iчующее). а также средствами обеспечения водолазных
гпускон и работ, необходимыми для погружения, пребывания
под водой я подъема водолаза на поверхность.
ф Кому разрешено выполнять водолазные работы?
Водолазные работы должны выполнять предприятия (орга-
низации), имеющие водолазный и инженерно-технический пер-
сонал, допущенный к проведению и обеспечению водолазных
работ в соответствии с установленным порядком, н располагаю-
щие необходимой техникой.
Кандидатами для подготовки к водолазной специальности,
годными по состоянию здоровья к спускам на глубину до 60 м
могут стать те, которые удовлетворяют следующим требова-
ниям: возраст — от 18 до 40 лет; рост— 170... 185 см; масса
тела соответствует piicry; окружность груди — не менее 50 %
роста; становая сила <• менее 200 % от массы тела; жизнен-
ная емкость легких п<- мепге 400 см3, частота пульса —60...
...80 ударов в Miiiixiv. м.о.гима.тыюс артериальное давление —
в пределах 13.3... I/J ill.i (100... 130 мм. рт. ст), минималь-
п
ное —8... 10 кПа (60...80 мм. рт. ст.): острота слуха на вос-
приятие шепота — не менее 6 м, острота зрения — не ниже 0,8
на каждый глаз.
ф Кто допускается к проведению водолазных работ?
Лица, проводящие и обеспечивающие водолазные спуски,
допускаются к работе только после ежегодного подтверждения
их квалификации Водолазной квалификационной комиссией
(ВКК), а водолазы — после проверки их состоянии здоровья
Водолазной медицинской комиссией (ВМК). Медицинский кон-
троль за выполнением водолазных работ осуществлиется меди-
цинскими работниками, получившими специальную подготовку
и прошедшими осмотр ВМК.
Ежегодно приказом администрации на основании заключе-
ния ВКК н ВМК определяется список лиц, допущенных к водо-
лазным спускам, с указанием вида водолазного снаряжения и
характера работ, а также глубин погружения.
ф Кто руководи! водолазными спусками?
Руководитель водолазными спусками, а также численный
состав бригады, включая старшину (бригадира) водолазной
станции, назначаются в зависимости от предполагаемой глу-
бины погружения водолазов:
Состав
бригады. Руководитель спуском
чел.
До 20 М ................
От 20 до 45 м ..........
От 45 до 60 м ..........
3 Водолаз 2-го класса
4 Водолаз 1-го класса
6 Водолаз 1-го класса
или водолазный спе-
циалист
Руководителем водолазной станции является старшина (бри-
гадир)— водолаз 1-го или 2-го класса. Старшина отвечает за
сохранность и техническое состояние водолазного снаряжения,
средств обеспечения водолазных спусков и другого имущества
станции, за безопасность и качество подводных работ.
ф Сколько человек должно обслуживать ручную водолазную
помпу?
Приведение ручной трехцилиндровой водолазной помпы для
подачи воздуха водолазу, работающему под водой, осущест-
вляют 3 человека при работе водолаза на глубине 6 м и 4 че-
ловека при глубине от 6 до 12 м. В случае работы водолаза под
водой на глубине от 12 до 20 м воздух подается двумя ручными
помпами, каждую из которых обслуживают 4 человека. На
7
i.-ivohiiv in Г.' м uiiivcixiivicH подача воздуха помпой с элек-
।|>uii|kii:ii.ium, па i.’iyuiiiiy до 20 м подача воздуха осуществля-
еия 'шумя ii:i|ia.-i.ic.'ibiio работающими помпами.
ф Кикой контроль осуществляют медицинские работники при
ныпо-шснии водолазных спусков?
Медицинские работники при выполнении водолазных спус-
ков должны обеспечивать контроль за состоянием здоровья, пи-
танием н режимом труда водолазов, за состоянием водолазного
снаряжения п средств обеспечения спусков, за качеством хими-
ческого поглотителя, регенеративных веществ и дыхательных
газов, оказывать помощь водолазам при специфических забо-
леваниях и несчастных случаях. При спусках водолазов на
глубину до 45 м медицинское обслуживание могут осущест-
влять врачи или фельдшеры, а иа глубину свыше 45 м — только
прачи.
ф Какими воздушными смесями дышит водолаз при работах
под водой?
При спуске на глубину до 60 м водолаз может дышать сжа-
। мм воздухом; на глубинах более 60 м — воздушно-гелиевымп
и 'елнокислородными смесями, на глубинах до 20 м — воздухом
<- медицинским кислородом.
При работах на глубинах свыше 60 м водолазы должны
ini-11.юн:гп.ся специальными газовыми смесями.
ф Когда применяется декомпрессионная камера?
Водолазные работы на глубинах более 12 м должны прово-
диться только при наличии готовой к немедленному примене-
нию декомпрессионной камеры (рис. 1), находящейся в непо-
средственной близости от водолазного поста и рассчитанной
на рабочее давление не менее 1 МПа (10 кгс/см2).
Существуют декомпрессионные н рекомпресспонные камеры.
Это стальные емкости, мало отличающиеся друг от друга по
своему устройству. Декомпрессионные камеры предназначены
для проведения декомпрессии водолазов на поверхности, ре-
компрессионные— для осуществления лечебной рскомпрессии.
Рекомпресспонные камеры подразделяются по размерам на
уменьшенные (РКУ и РКМ), малые и большие (БРК).
Декомпрессионные и рекомпресспонные камеры эксплуати-
руют по правилам, утвержденным Госгортехнадзором CCCD.
В соответствии с этими правилами камеры, кроме освидетель-
ствования па заводе, подвергаются повторным проверкам пе-
ред началом эксилуа laniin, в процессе ее (ежегодно) и после
каждого ремонта.
8
Рис. I. Декомпрессионная камера
/ — иходиой люк; 2 — светильник; 3 — приборный шит; 4 — выпускной вентиль; 5 —
воздушный вентиль; 6 — предохранительный клапан: 7 — телефонная станция: в —
иллюминатор; 3 — шлюз; 10 — лечебный отсек; // — вентиль; /2 — переходной люк;
/3 — предкамера
Оспидстельствованпе камер на судах осуществляется Реги-
стром Союза ССР. на берегу — инспекцией Госгортехнадзора.
ф Когда применяется спусковая беседка?
Спусковые беседки используются при спусках водолазов на
глубину до 60 м с плотин, причалов и других гидротехнических
сооружений н судов при высоте места спуска от поверхности
воды более 2 м, а также при погружении в легководолазном
снаряжении с высоты более 3 м.
Водолазная беседка применяется при спусках водолазов
к месту работы и подъеме их с проведением режима деком-
прессии. Она должна иметь: площадку размером 80 x80 см (па
одного водолаза) с нескользкой поверхностью и отверстиями
для свободного прохода воды; леерное ограждение высотой
110 см. открытое с одной стороны, с тремя горизонтальными
прутками и зашивкой в нижней части высотой не менее 100 мм.
Стойки леерного ограждения должны быть высотой 190...
200 см. Не допускается изготавливать его из цепей и ка-
натов.
ф В каких случаях необходимо наличие дежурной шлюпки
(с двумя гребцами) или катера?
При водолазных работах, представляющих повышенную
опасность (взрывание, подводно-технические работы с примене-
нием подводной сварки и резки металлов) или выполняемых
при скорости течения более 0,5 м/с, а также при расположении
места спуска на высоте более 2 м от поверхности воды.
9
ф При iathu.\ условиях разрешается погружение водолаза
о :шпг гидротехнического сооружения?
11|1оп.п«>дство каких-либо работ под водой в зонах шлюзов,
гидроэлектростанций, насосных станций, плотин и других гид-
ротехнических сооружений допускается при получении соответ-
ствующего письменного разрешения или наряда-задании, вы-
даваемого начальником гидротехнических сооружений п двух
экземплярах. В наряде-задании указываются характер работы,
место установки водолазной станции, условия производства во-
долазных работ и мероприятия по обеспечению их безопасно-
сти. Наряд-заказ выдастся не более чем на одни сутки с ука-
занием начала и окончания водолазных работ.
При работе водолаза под водой в таких условиях должны
применяться технические приспособления для защиты его от
«присоса» к отверстию, могут быть использованы и защитные
беседки. Живые сечения отверстий уменьшают до размеров,
безопасных для водолаза, щиты с напорной стороны устанав-
ливают у отверстия без его участия. Безопасная ширина отвер-
гни"! в зависимости от напора, при которых допускается спуск
водолаза в защитной беседке, приведены в табл. 1.
ф Чти такое водолазное снаряжение?
Нч1)илазное снаряжение (рнс. 2)—комплект предметов, иа-
|>-п;к-мых к закрепляемых на водолазе, которые частично или
но ина ii.io изолируют его от внешней среды и обеспечивают
.(.и iiie.U'M гелыюеть под водой. По способу обеспечения дыха-
ния подола <а снаряжение подразделяется иа вентилируемое,
ицжсисрио-регсисративное, регенеративное (с замкнутым цик-
лом дыхания) и снаряжение с открытой схемой дыхания.
ф Что такое водолазный скафандр?
Водолазный скафандр — комплект изделий, образующих во-
догазонспроницаемую оболочку, которая изолирует водолаза
от окружающей среды. Скафандр является составной частью
водолазного снаряжения.
ТАБЛИЦА I
Напор. м Допустимая ширин л сквозного отверстии, гм Напор, м Допусгнмля ширина сквозного отверстии, см
2 40 . . :и 12 7 . . . 6
4 21) IH 14 6 . . . 5
6 13 Г‘ 16 . . . 18 5 . . . 4
8 II in 20 . . . 26 4 . . 3
10 Н 28 . . . 30 3 . .. 2
Ю
t)
Рис. 2. Водолазное снаряжение
a — вентилируемого тип»: / — шлем с ма-
нишкой; 2 — водолазная рубаха: 3 — гру-
зы; 4 — галоши; 5 — ионе с ножом; в —
сигнальный конец; 7 — наплечная полуш-
ка; в — иодолаэиый шланг; У — телефон-
ный кабель;
и — воздушно-баллонное с выходом в ко-
ду: / — телефонный кабель: 2 — сигналь-
ный конец: 3 — водолазный автомат; 4—
гидрокомбинезон; 5 — дыхательный ав-
томат: S — аварийное устройство: 7 — но-
долаэные галоши: в — водолазный нож:
9 — поясной ремень;
в — диена дцатнболтоаый шлем: I —
шлем; 2 — манишка; .1 — кожаная про-
кладка; 4 — стопорный барашек: 5___уси-
лительная плапка; С — болты-шпильки;
7 — накладные планки; Р — барашковые
гайки; 9 — латунные шайбы: 10 — под-
соединение воздушного шланга; II — то
же. телефонного кабеля; /2 — иллюмина-
тор
ф Что относится к средствам обеспечения водолазных спусков?
Средства обеспечения водолазных спусков — устройства и
системы, обеспечивающие спуск водолаза на заданную глубину,
его жизнедеятельность, производство работ и подъем на по-
верхность с прохождением режима декомпрессии, а также ору-
дия труда и средства выполнения водолазных работ.
К средствам обеспечения спусков относятся: водолазные
трапы, спусковой и ходовой концы, водолазные беседки, спуско-
подъемные устройства, барокамеры, средства и системы воз-
духе- и газоснабжения, подводного освещения, связи, водолаз-
ный инструмент, а также приспособления и другие устройства,
применяемые для работ под водой.
ф Какие требования предъявляются к водолазной рубахе?
Водолазные рубахи, выпускаемые промышленностью, дол*
жны быть ие меиее трех ростов и изготавливаться из проре-
11
iiueiiuiiii ik.-iiiii с дублированной прокладкой, обеспечивающей
iii>.uiyx<iiK-ii|ii>iiuiiacMocTb при избыточном давлении 0,02 МПа
(0,2 кгс/см-’), водонепроницаемость при давлении 0,01 МПа
(0,1 кгс/см2) и морозостойкость при температуре воздуха
—30 °C.
ф Какие требования предъявляются к водолазному шлему?
Водолазный шлем должен быть герметичен при избыточном
давлении внутри него ие менее 0,05 МПа (0,5 кгс/см2), падение
давлении за 30 мни нс должно превышать 0,005 МПа
(0,05 кгс/см2). Он служит для защиты головы водолаза от
удара (с энергией ие менее 55 Дж), обеспечивает подачу
воздуха, кислорода для дыхания водолазов, вентиляцию газо-
вого объема (внутри шлема), надежное, быстрое и удобное
крепление к водолазной рубахе, установку внутри него средств
связи (телефона, микрофона) и присоединение кабсль-сигиала
к водолазному шлему.
ф Каково назначение сигнального конца и требования к его
качеству?
Сигнальный конец удерживает водолаза при погружении
в воду и подъеме. Сигнальный конец изготавливается из расти-
тельного или синтетического каната диаметром не менее 30 и
in- более 65 мм. Он должен выдерживать разрывную нагрузку
3 idI (при длине 100... 120 м) для водолазного снаряжения
in-litц.тпрусмого типа и не менее 150 Н (при длине 80 м) для
.ктк1>1к>долазиого снаряжения. Удлинение каната под дейст-
ihicm рабочих нагрузок не должно превышать 6 % от его перво-
начальной длины. В случаях, когда нет возможности установить
телефонную связь, сигнальный конец используется для пере-
дачи условных сигналов.
ф Сколько компрессоров необходимо для обеспечения водо-
лазных спусков?
Если и системе воздухосиабжения установлено два компрес-
сора, то производительность каждого из них должна быть до-
статочной для обеспечения воздухом одновременно всех потре-
бителей с учетом использования имеющихся запасов. При
числе компрессоров больше двух один пли несколько компрес-
соров должны находиться в резерве; резерв, как правило, со-
ставляет примерно 25...30 % от общей производительности
компрессоров.
Всасывание по|ду\и компрессором должно производиться
снаружи ПОМСЩС11И-.1. и i.uh>|><im установлен компрессор. Устрой-
ства для bc:icnii.-iiii> । iiui-ivx.i должны размещаться вдали от
источников за! |>я <ii<-iiii-i luiuiyxa вредными примесями.
12
Рис. 3. Устройство для спуска п подъема во-
долаза (а), подъемный трап (б)
5)
ф Для чего служат водолазные
трапы?
Водолазный трап применяется для
спуска водолаза под воду и подъема
его на поверхность. Трапы бывают
складные, они изготавливаются из ме-
талла. При спусках с устройств, не
предназначенных для водолазных ра-
бот, трапы делают нескладными из
металла или дерева. Длина трапа
должна обеспечивать сход водолаза
в воду до приобретения положитель-
ной плавучести. Размеры трапов сле-
дующие, см: длина погружаемой ча-
сти — 200, высота надводной части —
200, ширина — 50, открытая ширина
ступени—12... 16, расстояние между
ступенями — 24 (рнс. 3).
По всей длине трапа с обеих сто-
рон устраиваются поручни. Устанав-
ливают трап под углом 20...30°
к вертикали так, чтобы обеспечить го-
ризонтальное положение ступеней.
ф Какова необходимость в декомпрессионной беседке?
Декомпрессионная беседка предназначается для размеще-
ния водолаза на период декомпрессии иа остановках при вы-
ходе из воды. Беседка состоит из двух тетив, изготовленных пл
растительных канатов диаметром 60 мм, с разрывной нагруз-
кой всего каната 5 кН (500 кге) и из ступенек (балясин), вы-
полненных из твердых пород древесины толщиной 25 мм, шири-
ной 115 мм.
К нижней части беседки для сохранения ее вертикального
положения прикрепляют балласт массой не менее 30 кг. Сту-
пеньки располагают параллельно иа расстоянии 300 см друг
от друга. Количество ступенек должно быть достаточным для
обеспечения нормального режима декомпрессии при наиболь-
шей глубине спуска и максимальном времени пребывания водо-
лаза на грунте. На ступеньках делают надписи, которые указы-
вают глубину. Счет ступенькам ведется снизу.
ф Для чего служит спусковой конец?
Спусковой конец предназначен для направления движения
13
iui.iiMi.-i i.i при спуске на грунт и возвращении его на поперх-
11ОСИ». Дли изготовления спускового конца применяется расти-
1<-лы1ын или синтетический канат диаметром не менее 60 и не
более 75 мм с разрывной нагрузкой всего каната не менее 5 кН
(500 кге); удлинение каната под действием рабочих нагрузок
не должно превышать 6 % от первоначальной его длины; канат
должен сохранять механические свойства при температуре от
' 40 до —55 °C.
ф Какие требования предъявляются к ходовому концу?
Для изготовления ходового конца применяется канат диа-
метром нс менее 30 мм.
Ходовой конец служит для передвижения и ориентирования
водолаза под иодой (особенно при сильном течении и в мутной
воде) при поиске предметов, обследовании акватории, а также
для прохода в затопленные отсеки судна. Один его конец кре-
пится к балласту спускового конца, на другом делают огон для
удобства удерживания его в руке.
ф Какие требования предъявляются к канатам, предназначен-
ным для спуска и подъема на поверхность средств и приспособ-
ч'ний. используемых водолазами?
Дли спуско-подъемных устройств применяются канаты из
«• ।л-tt.iinil оцинкованной проволоки (диаметр прядей наружного
г uni 1<1.>|>кеп быть не менее 0,6 мм). Канаты должны быть рас-
r'iiii.iiii.1 и.! прочность в соответствии с требованиями «Правил
\г।pmiriни и безопасной эксплуатации грузоподъемных кра-
ппи», утш-рждеипых Госгортехнадзором СССР. Перед началом
работ производится испытание канатов.
Коэффициенты запаса прочности канатов на разрывное уси-
лие должны соответствовать нормам:
Коэффициент
запаса прочности,
не менее
Канаты для спуска подводных аппаратов и водо-
лазных беседок, имеющих отрицательную плаву-
честь и не имеющих устройств для аварийного
всплытия ................................... 10
Канаты для аварийного подъема объектов на одном
канате ..................................... 5
Направляющие канаты для аварийного подъема объ-
ектов ...................................... 6
Канаты для подъема подводных водолазных аппа-
ратов, имеющих отрицательную плавучесть и уст-
ройства для аварийного всплытия............. 3
Канаты для всех кодиоддых водолазных аппаратов
при проверке на лпнлм1Й1сскпс нагрузки, возника-
ющие при допускаемом полпенни моря .... 2,5
14
ф Какими должны быть переносные подводные светильники?
Стационарные светильники СГП-57, предназначенные для
общего освещения мест водолазных работ, должны иметь но-
минальное напряжение питания источника света ие более 110 В,
конструкция их должна обеспечивать освещение места работы
водолаза в любом положении, прочность и герметичность обо-
лочки— соответствовать 1,25-кратному максимальному рабо-
чему гидростатическому давлению.
ф Какими должны быть переносные подводные светильники?
Переносные подводные светильники, предназначенные для
освещения мест водолазных работ и подводных объектов, дол-
жны иметь напряжение не более ПО В, быть прочными и гер-
метичными, рассчитываться не менее чем на 1,25-кратпос мак-
симальное рабочее давление. Подводные светильники, устанав-
ливаемые иа водолазном снаряжении, должны работать при
напряжении не более 12 В, прочность и герметичность обо-
лочки должна отвечать 1,25-кратному максимальному рабочему
гидростатическому давлению. Ручные подводные электрические
фонари рассчитываются на напряжение не более 12 В. Период
непрерывной работы подводных светильников и фонарей с ав-
тономными источниками питания — не менее 4 ч.
В настоящее время используют переносной светильник
ППС-1000, подводный фонарь, водолазные шлемовые светиль-
ники. Фонарь РПФ-55 обеспечивает местное освещение иод во-
дой на глубине до 30 м и относится к автономным светильни-
кам. В корпусе его находятся отражатель, лампочка накалива-
ния МН-3 иа 2,5 В, 0,14 А и два элемента типа «Сатурн». На
глубине более 30 м применяются фонари типа СПА.
Водолазным шлемовым светильником ВС-1 обычно пользу-
ются при работе в стесненных условиях. Светильник крепится
на шлеме водолаза.
Все светильники должны иметь высокую герметичность и
механическую прочность.
ф Какие требования предъявляются к водолазному снаряже-
нию при подводной сварке и резке металлов?
Водолазы, производящие подводную сварку и резку ме-
талла, должны иметь снаряжение, полностью изолирующее их
от окружающей воды. На водолазных рубахах ие должно быть
потертостей и нарушений герметичности. Все наружные метал-
лические поверхности водолазного шлема, манишки и травя-
ще-предохраннтельного клапана должны быть изолированы.
Электрическое сопротивление изоляционного покрытия н во-
долазной рубахн должно составлять не менее 0,5 Ом • м.
15
'I i t |i.1(1111 i.i uci;i нндой c hi iin.'ii. юоанием электрооборудова-
ini-i. । h i» ।p<i.iiui;i|i;i гуры и механизированного инструмента
> 1|<1»1р|Ц|||||||<1Д11М допускаются водолазы в вентилируемом
< ||.|||-|>1и-1111п .-iciiK-iii типа и .чегководолазном снаряжении.
ф '//<• /плис нодвидно-сгроигельные работы?
I |||Д11(1Д11о-ст|>о11Тсльиые работы — совокупность различных
ii|iiu*M<iH и методов, направленных па изучение и целеиаправ-
iiiiiiiii- создание новых объектов, находящихся в условиях
|»руж;>1()нито водного пространства.
ф Что такое водолазные подводно-технические работы?
11>|днодно-тсхнпчсскне водолазные работы проводят при об-
I- K-.Toii.Tiiiiii, строительстве и ремонте подводных частей гндро-
। |-хипческпх сооружений, прокладке трубопроводов, кабелей п
ipviiix коммуникаций, дноуглубительных работах, эксплуата-
ционном обслуживании гидротехнических сооружений, очистке
iio'iiiux путей н акваторий, подъеме затонувшей техники.
ф При каком волнении моря разрешается проведение подвод-
п > и'тничсских работ?
11ропгдепие отдельных видов подводно-техннческнх работ раз-
ш.|> h-я при разных значениях максимального волнения моря:
Макси миль*
нос волне- ние моря, баллы Высота волн, м
< ।пинка камня и постель из ша- ланд г открыиаюнипися днищем 4 1,25 ... 2,0
1(аброска массивов и отсыпка кам- ня контейнерами при помощи пла- вучего крана 2 0,25 . . . 0,75
Установка массивов в правильную кладку плавучими кранами . . . 2 0,25 . . .0,75
Перегрузка п разгрузка сборных элементов на плавсредствах . . . 3 0,75 . . . 1,25
Погружение свай плавучими кра- нами и копрами 2 0,25 . . .0,75
Погружение колонн-оболочек пла- вучими кранами и копрами . . . 2 0,25 . . . 0,75
Водолазные работы (собственные спуски) 3 0,75 . . . 1,25
То же. в зоне прибоя на глубине не более 3 м 2 0,25 . . . 0,75
Монтаж сборных конструкций под- водной части ели поп и эллингов 2 0,25. . . 0,75
ф Какое значение имеет условный сигнал при спусках водо-
лаза в снаряжении?
Безопасность pa6uii.i водолаза под водой зависит от четкого
и быстрого 'выполнении chi палов, передаваемых от водолаза
16
и ему. Страхующий и обеспечивающий водолазы должны
громко объявлять все сообщения, команды работающего водо-
лаза, подаваемые им по телефону или по сигнальному концу.
Водолазы и лица, допущенные к обеспечению спусков, должны
знать значения условных сигналов (табл. 2).
ТАБЛИЦА 2
Значение сигнала прн спусках в снаряжении
Сигнал вентилируемом легководолазном
Сигналы водолазу
Дернуть раз
Дернуть два раза
Дернуть три раза
Потрясти раз
Потрясти диа раза
Потрясти три раза
Дернуть раз и потрясти
Дернуть диа раза и по-
трясти
Дернуть, потрясти, дер-
нуть
Дернуть раз
Дернуть два раза
Дернуть три раза
Дернуть четыре раза
Частые подергивания бо-
лее четырех раз
Потрясти раз
Потрясти два раза
Потрясти три раза
Дернуть раз и потянуть
Дернуть два раза н потя-
нуть
Дернуть, потрясти, дер-
нуть
«Как себя чувствуешь? Повтори. Выбирай сигналь-
ный конец к себе»
«Провентилируй ска- I «Проверь запас воздуха»
фапдр» |
«Выходи наверх. Начинаем подъем» (повторение сиг-
нала обязывает водолаза немедленно выходить на-
верх)
«Стой. Не холи дальше. Стоп. Прекрати спуск
(подъем)»
«Продолжай спуск (движение). Двигайся прямо»
«Стой на месте! Спускаем второго водолаза»
«Двигайся вправо»
«Двигайся влево»
Запасной сигнал
Сигналы от водолаза
«Я па грунте. Чувствую себя хорошо. Выбери сла-
бину. Повтори»
«Больше воздуха» | «Проверил запас возду-
ха»
«Поднимай наверх. Выхожу наверх»
«Меньше воздуха»
«Тревога. Мне дурно. Поднимай наверх»
«Стоп. Останови спуск (подъем)»
«Продолжай спуск. Потрави шлаиг-енгнал»
«Запутался, не могу выйти без помощи другого во-
долаза»
«Подавай инструмент»
«Подавай конец»
Запасной сигнал
Примечание. В аварийном случае, когда сигналы водолазу по сигнальному
концу передать невозможно и вышла из строя телефонная связь, должна быть примене-
на подводная звуковая сигнализация. Звуковые сигиялы подают, ударяя металлическим
предметом о металл, погруженный в воду.
17
ф Как оформляются результаты водолазного обследования?
Результаты водолазного обследования подлежат обязатель-
ному актированию. К акту должны быть приложены эскизы,
схемы, чертежи, составленные на основе данных рабочего жур-
нала обследования, а также зарисовки, записи разъяснений
водолаза, производившего обследование, фотографии и кадры
киносъемки, выполненные им под водой нли с экрана теле-
установки.
ф Что относится к техническим средствам для выполнения во-
долазных работ?
В комплект механизмов для производства водолазных работ
входят водолазные компрессоры, баллоны, средства для осве-
щения, телефонная аппаратура, специальный инструмент н при-
способления.
Трехцилиндровая водолазная помпа предназначена для
обеспечения безопасного спуска водолаза о вентилируемом сна-
ряжении на глубину до 15 м. Производительность помпы за
один оборот — 3 л, рабочее давление — 0,4 МПа (4 кгс/см2),
масса — 250 кг.
Компрессоры стационарные среднего давления могут быть
двухступенчатые (типа ВК-25), спаренные с двигателем внут-
реннего сгорания (типа ВК-25-Д1 и ВК-25-Б1) и спаренные
г 1.'11-мродв11гателем (типа ВК.-25-Э1 п ВК-25-ЭМ).
Компрессоры высокого давления предназначены для нагне-
i.iiuni и баллоны сжатого воздуха до давления 15... 20 МПа
(1.Г1И .. 200 кгс/см2) и выше.
Дизель-компрессор ДК-2 обычно устанавливается на судах,
обслуживающих водолазные работы. Этот четырехступенчатый
компрессор имеет свободно движущиеся поршни и обеспечи-
вает сжатие воздуха до давления 23 МПа (230 кгс/см2);
Электрокомпрессоры ЭК-15, ЭК-10, ЭК-7,5 спарены с элек-
тродвигателем напряжением 220/380 В. Их технические харак-
теристики приведены ниже:
ЭК-15 ЭК-Ю ЭК-7.5
Производительность, л/мпп .... 15 10 7.5
Давление сжатого воздуха в балло-
нах. МПа (кгс/см»)........... 20 (200) 40 (400) 40 (400)
Переносные компрессоры имеют небольшую массу, поэтому
обладают высокой маневренностью, легко обеспечивают за-
рядку баллонов. К этим типам компрессоров относят широко
распространенные «Старт-1» и «Старт-2». Производительность
нх при давлении 20 МПа (200 кгс/см2) составляет 0,17 л/мин,
масса компрессоров — соответственно 48 и 39 кг.
Стальные баллоны п водолазной практике используются для
хранения запасов п<>|дучл. кислорода, гелия, азота. Баллоны
18
Т А Б Л И’Ц A 3
Рабочее давление МПа (кгс/см1) Материал Длина, мы Масса, кг
14,71 (150) Углеродистая сталь 1390 60
Легированная сталь 1340 43,5
19,61 (200) Углеродистая сталь 1460 81
Легированная сталь 1390 60
применяются также для приготовления газовых смесей; вмести-
мость транспортных баллонов — 40 л (табл. 3), малолитраж-
ных — 7 ... 10 л.
Транспортные баллоны имеют диаметр 219 мм, рассчитаны
на рабочее давление 14,71 МПа (150 кгс/см2) или 19,61 МПа
(200 кгс/см2) и имеют различную окраску и соответствующие
надписи: воздушные—черный цвет и белую надпись «сжатый
воздух»; кислородные — голубой цвет и черную надпись «кис-
лород или кислород медицинский», гелиевые — коричневый
пнет и белую надпись «гелий».
Водолазная телефонная аппаратура обеспечивает надеж-
ную двустороннюю связь с водолазами, находящими под нодой.
Легководолазная телефонная станция ВТУС-70 обеспечи-
вает связь иа глубинах до 80 м. Станция может поддерживать
двустороннюю связь с двумя водолазами.
Немагнитная водолазная телефонная станция (НВТС-М)
является универсальной, к ней подключаются два водолаза, ра-
ботающие под водой. Станция принимает все их передачи и,
в свою очередь, транслирует им команды. Водолазы могут пе-
реговариваться и между собой. Станция, находящаяся на по-
верхности, контролирует нх связь. Связь с водолазами можно
держать на расстоянии 100 м. Станция обслуживает водолазов,
работающих в вентилируемом и инжекторно-регенеративном
снаряжении.
Существует большой набор специальных инструментов и
технических средств для производства водолазных работ.
К ручному инструменту относятся: водолазный кренометр-угло-
мер для измерения углов наклона подводных объектов, линейка
длиной 1,5 м для замера различных предметов, разборный во-
долазный футшток, измеряющий глубину или высоту элемен-
тов подводных сооружений, ножницы для перерезания сталь-
ного каната диаметром до 12 мм и мягкой стальной проволоки
диаметром до 10 мм.
Пневматический водолазный инструмент помещается в во-
донепроницаемый корпус. Для подводных работ применяют
сверлильные машины СМ-22Э, СМ-32Э, СМРД-32Э и РС-22 со
следующими техническими характеристиками:
19
СМ-22Э СМ-32Э СМРД-32Э РС-22
Наибольший диаметр
сверления, мм .... 22 32 75 22
Глубина сверления, мм 100 100 100 75
Мощность мотора, кВт 2,0 4,0 3,6 4,2
Масса машины, кг . . 12,5 17 17 9,3
К пневматическому водолазному инструменту относят бу-
рильные молотки БМ-17Э и БМ-13 с глубиной бурения 2,5 м
(табл. 4), а также БМ-25 с глубиной бурения 4 м, рубильно-че-
канные молотки, пневматические гайковерты, ножницы-ку-
сачки, пилы.
В последнее время широкое распространение получил элек-
трический подводный инструмент, питаемый электроэнергией,
подаваемой по кабелю с поверхности, и гидравлический, напри-
мер стяжной гидравлический домкрат для канатов, гидравличе-
ский ключ ударного действия, гидравлические резаки для ме-
таллических стержней н болтов, а также для стальных канатов.
Подводный дыропробивной пистолет относится к инстру-
менту взрывного действия. Он заряжается патроном с зарядом
и стальной шпилькой или пробойником. Используется для про-
бивания отверстий и забивания шпилек в металлические листы
толщиной от 9 до 25 мм.
Груиторазмывочиые и груитоотсасывающис средства ши-
роко применяются в практике подводно-техническнх работ.
К ним относятся гидромониторы, водоструйные эжекторы, грун-
тососы. Для выполнения небольших по объему земляных работ
применяют передвижные насосные установки малой мощности,
при использовании которых разработку грунта выполняет водо-
лаз. Насосные установки малой мощности или гидромониторы
подают воду под давлением 0,8... 1,5 МПа (8... 15 кгс/см2).
К ним относятся установки типа ГМ-60, ГМ-4, ГИМ-100 и
КСМ-100 с подачей соответственно 60, 50 и 100 м3/ч.
ТА БЛ И ЦА 4
Тил л марка мал от нп Мощность кВт (л. с.) Число Ударов в мин. Расход свободного воздуха, мумии Дли II Л, мм Масса, кг
Бурильные БМ-17Э 0.Н (1.1) 1600 2.0 495 17,5
БМ-13 0.8 (1.1) 1700 2.0 495 13,0
БМ-25 о.:н (1.3) 1700 2,4 525 25,0
Рубильные РБ-589 О.М (II..) 1250 0,6 380 5.8
ЭРК-9 <150 1.0 450 9.0
КЕ-16 1800 1.1 310 8.0
КЕ-19 и >:, (o.'n 1400 1.1 360 9.0
20
Водоструйные эжекторы применяются для удаления раз-
рыхленного грунта, отсоса ила, песка, гравия и разделяются на
горизонтальные и вертикальные.
Пневматический грунтосос предназначен для отсасывания
грунта и сбрасывания его в сторону; диаметр грунтососов
обычно 150... 200 мм. Их применяют, когда работы ведутся на
глубине более 10 м. При диаметре всасывающих труб 100 мм
допускаемая глубина, иа которой можно вести работы, состав-
ляет 5... 6 м.
К водоотливным средствам относятся водоотливные насосы,
помпы и гидротурбины. Все они разделяются ио принципу дей-
ствия и типу двигателя.
Арсенал технических средств, необходимых для выполнения
подводио-строительпых работ, включает судоподъемные жест-
кие и мягкие понтоны. Подъемная сила первых колеблется от
400 до 4000 кН (от 40 до 400 тс), вторых — от 50 до 100 кН
(от 5 до 10 тс).
Подводному строителю приходится выполнять и такелаж-
ные работы. При этом он использует стальные и растительные
канаты (рнс. 4), различный такелажный инструмент (свайка,
мушкель, полумушкель, такелажная лопатка, машина для сги-
бания канатов). К такелажным приспособлениям относятся
коуш (металлическое кольцо), обух и рым (неподвижное
кольцо), скобы, гайки, кованые крюки, талрепы, блоки, гор-
день, тали и гиии-блоки больших размеров.
ф Зачем производят промеры глубин по трассе подводного пе-
рехода?
Промером называют измерение глубин при гидрографиче-
ской съемке. При обработке полевых материалов в данные про-
меров вносят поправки, учитывающие приливные колебания
уровня моря и другие факторы. Для определения глубин при-
меняют лоты и эхолоты, позволяющие получать непрерывные
профили глубины.
Промеры глубин производят с целью уточнения объемов
подводных земляных работ перед разработкой грунта по трассе
подводного перехода. Расстояния между профилями и между
промерными точками по профилю устанавливаются проектом
с учетом рельефа дна и требуемой точности определения объ-
емов подводных земляных работ. Промеры глубин вручную
производят по канату: при глубине до 5 м — с применением на-
меток, при глубинах более 5 м — ручным лотом (рис. 5). В нор-
мальных условиях (при глубинах до 10 м и скорости течения
до 0,5 м/с) точность измерения должна составить ±10 см,
в сложных условиях (сильное течение и глубины более 10 м)
она снижается до ±20 см.
21
Рис. 4. Морские узлы
/ — удавка; 2 — гаечный: 3— прямой; 4 — рифовый; 5 —сваечный; 6 — беседочный;
7 — выбленочный: 8 — бочечный
ф Какие работы должны предшествовать основным работам
на трассе подводных переходов трубопроводов?
До начала работ по строительству подводных переходов не-
обходимо: установить предостерегающие знаки согласно пра-
вилам плавания по внутренним судоходным путям РСФСР; за-
крепить створ подводного перехода створными знаками вне ра-
бочей зоны иа обоих берегах водоема; оборудовать водомерный
пост, привязав его к реперам иа местности; произвести замеры
глубин по створу подводного перехода; выполнить водолазное
обследование трассы перехода для выявления наличия препят-
ствий и взрывоопасных предметов (о возможном их местона-
22
а)
27
26
25
Id
22
~21
20
19
IB
17
16
15
77
IL
12
Tt
IL
9_
~_B
7
6
5
h
T
2
I
0
Рис. 5. Наметка (а) и ручной лот (6), используемые для промера глубин
хождении данные следует предварительно получить у местных
органов власти). Результаты обследования должны быть офор-
млены актом.
ф На каком расстоянии устанавливаются предостерегающие
знаки?
Предостерегающие знаки устанавливаются на судоходных
реках на расстояниях 100 м выше и ниже по течению от створа
перехода иа обоих берегах (рис. 6).
ф Каким должно быть соотношение высот надземной и под-
земной частей столба предостерегающих и створных знаков?
Глубина подземной части столба принимается равной 1,5 м
при высоте надземной части столба 4 м и, соответственно, 2 м
при высоте 5 м. Знаки должны быть установлены точно верти-
кально. Диаметр столбов и подкосов к ним должен быть 22...
24 см.
ф Каков порядок производства работ по установке реперов?
Работы по установке реперов (рис. 7) начинают с отрывки
котлованов. Затем заготавливают столбики с крестовинами.
Собственно установку реперов производят с трамбованием
грунта и отрыванием нагорных канавок. На установленные ре-
перы при помощи нивелира переносят отметки с ближайших
постоянных реперов на трассе перехода.
ф Что такое лот?
Лот — это устройство для измерения глубины, представляю-
щее собой груз, прикрепленный к канату (лотлиню). Канат
размечен марками, установленными с интервалами 1 м. В ниж-
ней части груза имеется углубление, чтобы взять пробу грунта
в момент соприкосновения с дном.
ф Что такое эхолот?
Эхолот — это прибор, измеряющий время прохождения зву-
ковой волны от судна до дна и обратно. При этом должна быть
известна скорость распространения звука в воде, которая воз-
растает с увеличением температуры, солености, давления воды
и составляет в среднем 1500 м/с. Если скорость звука опреде-
лена точно, то и зафиксированные эхолотом глубины будут
точными.
ф В чем заключается работа водолаза при производстве ра-
бот на трассе nodnothimo перехода?
Перед началом примера водолаз опускается под воду, по-
могает рабочим laiqu-iiHii. >ибкин стальной канат диаметром
24
Рис. 6. Схема установки знаков н реперов
/ — предостерегающих; 2 — створных; 3 — реперов; /—водомерного поста
Рис. 7. Типы реперов, водомерных постов, устанавливаемых при строитель-
стве переходов трубопроводов
а — деревянный репер; б — репер из металлической трубы; а — свайныЛ водомсрпыЛ
пост; е — реечный водомерпыП ноет; д — предостерегающий знак
2—3 мм, на котором находятся поплавки между промерными
точками по профилю, устанавливает его перпендикулярно от-
носительно основного каната, удерживает наметку или лот
в вертикальном положении и, кроме того, выявляет наиболее
характерные точки рельефа дна по профилям.
ф Как производится водолазное обследование трассы подвод-
ного перехода трубопровода?
На судоходных реках н водохранилищах водолазное обсле-
дование трассы подводного перехода производят с самоходного
или несамоходного водолазного бота в пределах ширины под-
водной траншеи поверху плюс 5 м с каждой стороны.
Обследование трассы осуществляется тралением и обходом
водолаза по ходовому канату всей трассы. Траление заключа-
ется в следующем: створные знаки разбивают трассу перехода
на полосы шириной 25... 30 м. При следовании шлюпок по
створам трал волочится по дну со скоростью 0,4... 0,5 км/ч.
В случае задевания трала за подводное препятствие под воду
опускается водолаз, он осматривает препятствие и устанавли-
вает около него буек или веху. Каждая следующая полоса, об-
следуемая при помощи трала, должна перекрывать ранее осмот-
ренную по ширине траншеи на 5 м.
При водолазном обследовании трассы методом обхода ее
водолазом по ходовому канату ширина обследуемой полосы
должна превышать ширину разрабатываемой траншеи иа 10 м,
данные об обнаруженных водолазом препятствиях записыва-
ются и журнале работ.
ф Какими показателями характеризуется прозрачность воды?
Прозрачность воды характеризуется коэффициентом про-
пускания света, %, толщей воды в 1 м:
чистые океанские воды ..................... 70
прибрежные воды ........................... 50
воды в бухтах ............................. 30
> в озерах................................. 8
» в реках ................................. 2
На практике прозрачность воды по глубине оценивают ви-
димостью диска диаметром 300 мм (так называемый диск
Секка). Расстояние, при котором диск становится невидимым,
характеризует относительную дальность видимости или глу-
бину видимости и дивном месте. Дальность видимости в гори-
зонтальном Hanpan.ii-iiiiii меньше глубины видимости в среднем
в 2 раза.
Дальность iiiuuiMiii-iii под водой в морях и водохранилищах
значительно 6<>.>(i.ni<-. чем и реках. Так, например, белый диск
26
в Балтийском море виден на глубине 7... 10 м; в Белом море —
4...6 м; в Черном морс—10...28 м;’ в Средиземном море и
Индийском океане 40... 60 м (для сравнения с табличными
данными).
2. Разработка грунта под водой
ф Какими средствами и методами могут разрабатываться под-
водные траншеи?
Подводные траншеи разрабатываются: черпаковыми, земле-
сосными, гидромониторно-эжекторными и грейферными плаву-
чими снарядами, каиатио-скрсперными установками, гидромо-
ниторами, эжекторными и пневматическими грунтососами
(с применением труда водолаза), экскаваторами, установлен-
ными на плавучих средствах или на временных грунтовых дам-
бах, а также накладными или шпуровыми зарядами. В исклю-
чительных случаях скальные или полускальиые грунты могут
разрабатываться водолазами отбойными молотками, иногда
разрушения подводных скальных пород производятся клин-ба-
бой с помощью экскаватора, установленного па плавучие сред-
ства или иа жесткие опоры.
Для разрушения скальных пород используют два типа ска-
лодробильных снарядов, оборудованных падающими долотами
с пневматическими молотами. Пневматические молоты имеют
следующие характеристики:
масса молота с направляющей рамой, кг 13 500
масса падающего молота, кг........... 400
число ударов в минуту ................... 105
рабочее давление воздуха, кПа . . . 630
расход воздуха, м3/мнн................. 20 ... 22
диаметр долота, мм .................. 315
длина долота, м...................... 3.15
масса долота, кг .................... I 700
Технология разработки подводного грунта должна отвечать
конкретным условиям производства работ (рис. 8), т. е. необхо-
димо учитывать свойства грунта, скорость течения, наличие
средств механизации. Последние выбираются с учетом реко-
мендуемых примерных границ их применения (табл. 5 и 6).
ф Как определить оптимальную ширину подводных траншей
по дну?
Ширину подводных траншей по дну следует определять по
формуле
В — Drii а (п — 1) -|- 26,
27
Pile. 8. Tcxii'Wi'iiii'ifi'Bin- <-.\смы разработки подводных траншей
ТАБЛИЦА 5
Механизмы Г рулпа грунтов Глубвна водоема» м Объем земляных работ, тыс. м’ Ширина траншея, м
мини- мальный макси- мальный мини- маль- ная максималь- ная
Землесос 8НЗУ Г идромоинтор но-эжек- торные снаряды ГТЗ I—IV 6 0.5 20 3 10
на отсос I—IV 12 1.5 Не ог- раничен То же 6 Не ограни- чена
на размыв Гидромонитор УПГМ-360 I—VI 12 1 6 10
на -Отсос I—IV 12 1 > 3 Не огра- ничена
на размыв I—VI 12 1 » 3 10
Гидроэжектор с мото- пасосом I—IV 20 — 1.5 I Нс огра- ничена
Гидромон итор и ан ус- тановка I—IV 40 — 1 I 5
Пневматический груитосос I—IV 40 — 1.5 I Не огра- ничена
Скрепер-пульпомет I—VI 50 — 5 2 2
Канатно-скреперная установка Подводные бульдозе- ры I-VI I—IV 25 60 0.5 5 Без огр Hill 2 Н'иче- [ 2
где В — ширина траншеи по дну, м; DT — наружный диамер футерованной и
забалластированной трубы, м; п — количество труб; а и b — соответственно
расстояния между трубами в свету и между трубой и -подошвой откоса,
принимаемые в зависимости от диаметра Трубопровода, мм:
а. м Ь,_ м
377 . . . 630 .... 0.0 0,7
720 .. 1020 .... 1,5 1.0
1220 . . . 1420" .... 2,0 1.0
ф Какая крутизна откосов подводных траншеи должна быть
принята в расчетах?
Крутизна откосов подводных траншей зависит от физико-
мс.хаппческпх характеристик грунтов (табл. 7).
ф Как подсчитывают объемы грунта, подлежащего разработке
при устройстве подводных траншей и котлованов?
Объемы разрабатываемого грунта определяются по про-
дольным и поперечным профилям по замеренным глубинам и
проектным красным отметкам.
При создании подводных выемок на участках водоемов, дно
29
ТАБЛИЦА
Характеристика реки Условия работе
Глубина русла, м Ширина русла, м Геология разрабатываемой траншеи
1 2 3 4
До 12,0 Не ограни- чена Суглинки, легкие гли- ны. песчано-гравели- стые грунты С плавучих средств
До 8,0 300 Не ограни- чена Песчано-гравелистые грунты, суглинки, лег- кие, глины Мощные илистые отло- жения С плавучих средств То же
До 6,0 250 Песчано-илистые, граве- листые и глинистые грунты В
8
Тип механизма Дополникльные оборудование и мере- приятая
5 6
Плавучие краны, само- ходные н несамоходные, полноповоротные гру- зоподъемностью 5 . . . ... 100 т грейферно- крюковые. Землесос с механическим разрых- лителем, снаряд много- черпаковый шаландо- вый. Снаряд одночер- паковый штанговый ОНШ То же, скреперные ус- тановки 1 Трубозаглубнтелн То же, универсальный подводный гидромони- тор УПГМ-300. Взрыв- ной способ накладными зарядами Буксир мощностью 220,5... 441 кВт (300 ... 600 л. с.) Пуль- повод для транспорти- ровки пульпы. Шаланда для отвозки грунта То же Катер ВРД, лодка двухвесельная
До 2,0 60.0
До 1,5 300—400
До 1,5 60
0,5 .. . 1,5 Не ограни-
чена
0,5 То же
То же
Песчано-гравелистые,
суглинки, легкие гли-
ны, разрыхленные по
роды
То же
>
Песчано-гравелистые
грунты, суглинки, лег-
кие глины, разрыхлен-
ные породы, дно плот-
ное
С одного или
обоих берегов
Одна двухбарабанная
или две скреперные
установки
То же
По дну водотока
с водоотливом
Экскаватор и бульдозер
Слани. отвод русла, во-
доотлив за перемычками
С обоих берегов
двумя экскава-
торами
С дамбы
Драглайн и грейфер
То же
Спаренные тросами ков-
ши
Устройство насыпной
дамбы по оси траншеи
По дну водотока
Экскаватор, обратная
лопата, драглайн
Трактор для перемеще-
ния экскаватора
ТАБЛИЦА 7
Грунт Крутизна откосов при глубине траншеи, к
до 2,5 более 2,5
Песок:
пылеватый и мелкий 1 : 2,5 1 :3
среднезерп истый 1 :2 1 : 2,5
раз позер и истый 1 : 1,8 1 : 2,3
крупнозернистый 1 : 1,5 1 : 1,8
Супесь 1 : 1.5 1 : 2
Суглинок 1 : 1 1 : 1,5
Гравелистый и галечниковый (гальки и гравия более 40 %) 1 : 1 1 : 1,5
Глина 1 : 0,5 1 : 1
Разрыхленный 1 : 0,5 1 : 1
которых образовано мелко- и среднезернистыми песками, раз-
меры подподных траншей и котлованов необходимо назначать
с запасом, учитывающим их заносимость.
Объем земляных работ при разработке подводных траншей
и котлованов может подсчитываться перед началом работ и
в случае необходимости в процессе их производства. Суточный
объем наносов па 1 м по ширине выемки (?т, м3 приближенно
можно определить по графику (рис. 9) или по табл. 8.
При выборе оборудования для подводной разработки грунта
с целью образования выемок в условиях интенсивной их зано-
симости необходимо руководствоваться рекомендацией о том,
что суточная эксплуатационная производительность машины
должна превышать не меиее чем в два раза суточный объем
ТАБЛИЦА 8
Глубина реки, м При скорости потока, м/с
0.6 0,7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.5
2 0,62 1,34 2,62 4,72 8.0 12,89 19,91 29,71 60,75
4 0,31 0,67 1,31 2,36 4.0 6,44 9,95 14,85 30,38
6 0,21 0,45 0,87 1,57 2,67 4,29 6,64 9,90 20,25
8 0,16 0..14 ().(>(> 1.16 2,00 3,22 4,98 7,43 15,19
10 0,12 0.27 0,52 0,94 1,60 2,58 3,98 5,94 12,15
12 0,10 0,22 (|,44 0,79 1,33 2,15 3,32 4,95 10,12
14 0.09 0.1*1 (1.37 0,68 1.14 1,84 2,84 4,24 8,68
16 О.ОН 0.1 7 (1.33 0,59 1.0 1.61 2,49 3,71 7,59
18 0,07 11. к. п.29 0,52 0,89 1,43 2,21 3,3 6,75
20 0.06 II. 1.1 (1.211 0,47 0,8 1,29 1,99 2,97 6,08
22 0.(И> II. 1- п.21 0,43 0,73 1.17 1.81 2.7 5,52
32
Рис. 9. Графики интенсивности отложения наносов qT в подводной выемке
в зависимости от средней скорости потока иср для различных глубин потока
Рнс. 10. Эпюра скоростей па вертикали
наносов, откладывающихся в выемке. Заносимость подводной
выемки учитывают в том случае, когда скорость течения воды
превышает 0,5 м/с. Среднюю скорость течения по вертикали
определяют графомеханическим способом с записью сигналов
вертушки (или показаний счетчика импульсов, как например
у одиооборотной вертушки ГР-99).
При таком способе определения скоростей по оси ординат
откладывают глубины, на которых производились измерения,
а по оси абсцисс — наблюдаемые скорости. Соединив точки,
получают эпюру скоростей на вертикали.
Площадь эпюры, ограниченная осями (т. с. вертикалью и
дном), поверхностью воды п кривой скоростей, дает элементар-
ный расход воды q, а частное от деления элементарного рас-
хода на полную глубину — среднюю скорость:
«ср = qlh.
Равенство площадей АВС и СДЕ свидетельствует о пра-
вильности нахождения средней скорости (рпс. 10).
Для определения средней скорости может быть использован
также аналитический способ (по формулам):
при измерения скорости в трех точках
«ср = (3«пов "I* 5Рав + 2»д)/10;
при измерении на поверхности
«ср = К«пов!
здесь к — коэффициент; находится в пределах 0.8.. .0,65 в зависимости от ха-
рактера водотока.
В зимний период подводные траншеи можно разрабатывать,
используя гидромониторную установку ДГС-150, устанавлнвае-
33
мую на сани, сваренные из двух труб диаметром 426 мм, кото-
рые снизываются в раму с помощью труб диаметром 219 мм и
швеллеров. По льду вдоль траншеи шириной 1,5 м такую уста-
новку передвигают с помощью троса диаметром 13... 15 мм.
ф Какие меры необходимо принять в случае разработки под-
водного грунта при отрицательных температурах воздуха?
Для разработки подводного грунта прн отрицательных тем-
пературах воздуха необходимо заблаговременно подготовить
средства механизации н инструмент для ледокольных работ,
земснаряды оборудовать отоплением для обогрева механизмов,
трубных коммуникаций и рабочих помещений, все течи в тру-
бах, задвижках ликвидировать. При образовании наледи на
палубе н на мостиках лед следует сразу скалывать; леера и
охранные приспособления должны быть всегда выправлены,
палуба и мостики посыпаны песком.
Разрабатывать подводный грунт земснарядами лучше тран-
шейным способом. Перед установкой земснаряда в створ уст-
раивается чистая майна длиной больше длины снаряда и ши-
риной на 2,5... 3 м больше ширины корпуса.
ф Какие достоинства имеют землесосные снаряды при разра-
ботке подводных траншей и котлованов?
Производительность землесосных снарядов при разработке
несвязных грунтов (пески, мелкий гравий) высока. Достоинст-
вом землесосных снарядов является возможность транспорти-
рования разрабатываемого грунта (пульпы) по плавучему
пульпопроводу.
В случае разработки грунта при отрицательных температу-
рах необходимо дополнительно предусмотреть меры по преду-
преждению замерзания пульпопроводов. Для того чтобы пуль-
попровод не замерзал, требуется длительно промывать его
чистой водой, а при замерзании—отогревать горячей водой
(пламенем) или удалять замерзшие участки труб и заменять
их другими.
ф Каковы достоинства и недостатки метода разработки под-
водного грунта гидромониторными снарядами?
Разработка подводного грунта гидромониторными снаря-
дами наиболее проста (так как при этом отсутствуют затраты
энергии на подъем грунта в надводное положение) и эффек-
тивна при больших скоростях, что способствует интенсивному
выносу размытого грунта. К недостаткам этого способа следует
отнести неоднократный перемыв одних' и тех же масс грунта
ирн большой ширине п глубине траншей, а также значительное
удорожание работ при разработке траншей гидромониторами
малой мощности с использованием труда водолазов.
34
ф Каковы основные показатели гидромониторов?
Основными гидравлическими показателями гидромониторов
являются диаметр выходного сечения насадка d0. напор перед
насадком И, начальная скорость истечения uq и начальный рас-
ход жидкости в струе Qo. Для нахождения одной из трех вели-
чин, когда две из них заданы, можно пользоваться номограм-
мой (рис. 11).
ф Каковы преимущества применения подводных бульдозеров?
Современные подводные бульдозеры можно использовать на
значительных глубинах (до 60 м) в комплекте со специальными
системами для подъема разрабатываемого грунта. Комплекс
оборудования состоит из кранов с грейферными захватами, по-
грузочных и разгрузочных транспортеров и шаланд.
Разработку подводных выемок, котлованов п траншей в мяг-
ких грунтах, а также грубое ровнепне поверхности каменных
отсыпок следует производить с использованием подводных
бульдозеров, работающих на глубине до 7 м. Бульдозер состоит
из базовой гусеничной тележки, оборудованной навсспымн от-
валом с заслонкой и рыхлителем. Привод бульдозера и навес-
ного оборудования осуществляется от установленных под водой
гидроднш ателей. Рабочая жидкость к двигателям поступает от
надводной энергетической установки, состоящей пз дизеля и
масляного насоса. Вместо дизеля может быть использован элек-
тродвигатель с подачей электроэнергии по кабелю от береговой
сети. Энергетическая установка жестко связана с гусеничной те-
лежкой посредством вертикальной трубчатой колонки, которую
собирают в зависимости от требуемой глубины из одной — трех
метровых секций труб диаметром 700 мм. Управляют бульдозе-
ром с пульта оператора, установленного на энергетической ус-
тановке. Точность передачи показаний глубиномеров составляет
±2 см (рис. 12, а).
Для повышения остойчивости бульдозера, предназначенного
для работы на глубинах до 12 м, на понтоне имеется колонка,
связанная шарнирно с гусеничной тележкой и энергетической
установкой. Управление бульдозером осуществляется под водой
оператором, работающим в водолазном костюме, который
контролирует высотное положение бульдозера по показанию
глубиномеров. Для обеспечения безопасности оператора под
водой бульдозер оборудован универсальной системой жизне-
обеспечения, включающей установку приточно-вытяжной венти-
ляции, водолазный трап, расположенные внутри составной
трубчатой колонны, а также аварийный люк н баллоны с сжа-
тым воздухом.
35
dg.MM
160
150-1
но-i
130 4
f20-i
90^
80 4
4
60-~~"----
J
40-
30-
'Ш
fOOO
900
BOO
700
'-to
Рис. 11. Номограмма для определения гидравлических параметров струи
0916
4625
Рис. 12. Схема подводного бульдозера (о) и экскаватора на плаву (б)
ф Какие экскаваторы используют для подводной разра-
ботки грунта?
Созданы подводные необитаемые экскаваторы, предназна-
ченные для рытья траншей и котлованов на дне водоемов на
глубине до 7 м.
Такой экскаватор обеспечивается энергией с надводного
судна, где установлен дизель-генератор мощностью 450 кВт.
Управляют экскаватором два оператора с этого же судна. Экс-
каватор оснащен гидролокатором для обнаружения препят-
ствий.
Для разработки грунта на глубине до 20 м с успехом при-
меняют плавучие установки с экскаваторами, снабженными обо-
рудованием «обратная лопата» с коншом вместимостью 2,5 и
4 м3. Такие плавучие установки снабжаются закольными сваями
(рнс. 12, б).
ф Какие достоинства имеет скрепер-пульпомет при исполь-
зовании его для разработки подводных траншей?
Скрепер-пульпомет является компактной установкой и транс-
портируется на бортовом автомобиле КрАЗ и двух автомобиль-
ных прицепах. Скрепером-пульпометом эффективно разрабаты-
вать подводные траншеи в грунтах I—VI групп. Основные тех-
нические данные этой установки следующие;
производительность, м3/ч ...........................25 ... 100
скорость передвижения скреперного ковша, м/мин 6
предельная глубина водоема, при котором возможна
работа гидромеханического снаряда, м............ 20
габаритные размеры разрабатываемой траншеи, 'м:
ширина по дну ................................... 1.9
глубина............................................. 3
подача насоса, мэ/ч ................................... 360
напор, м вод. ст....................................... 51
мощность дизель-геиератора электростанции, кВт 100
Скрепер-пульпомет представляет собой двусторонний ковш
с вмонтированными в него гидромониторными насадками. При
проталкивании его по дну срезаемый ножами грунт разрыхля-
ется и выбрасывается напорными струями в одну сторону на
расстояние 3...5 м. Скрепер-пульпомет производит срезку и
выброс грунта при движении вперед и назад. Производитель-
ность его в связных грунтах уменьшается почти в 3 раза.
ф В чем преимущество разработки(лодводных траншей ка-
натно-скреперными установками?
Широкое распространение в практике устройства подводных
траншей получили канатно-скреперные установки (рис. 13). Это
38
обусловлено многими факторами*, простотой конструкции, деше-
визной оборудования, высокой производительностью, возмож-
ностью вести работы круглый год па сравнительно больших глу-
бинах (до 40 м и глубже), в том числе в скальных п полускаль-
ных породах, предварительно разрыхленных взрывным спо-
собом.
Часовая производительность скреперной установки опреде-
ляется по формуле
П = 210(Жки/кр£,
где W — объем кооша, мэ; L — средневзвешенное время полного цикла, с;
Кп — коэффициент наполнения ковша (принимается ранным 0,5 дли скальных
пород и 1.1 дли супесей и суглинков); — коэффициент разрыхления грунта,
зависящий от величины фракции н принимаемый равным 1,1...1,5.
Скорость движения скреперного ковша нс должна превы-
шать принятых (допустимых) неразмывающпх скоростей, опре-
деленных для различных категорий грунтон.
На практике выработан примерный расчет мощности двига-
телей, используемых для разработки траншей с помощью скре-
перных установок с обязательным учетом особенностей грунта.
При разработке илов и песков считают необходимой мощность
736 Вт на 7 кг массы ковша, а при разработке плотных и скаль-
ных грунтов — на 4 кг.
Дчя расчета тяговых канатов применяется формула
7р = Тл,
где 7р — разрывное усилие; Т — масимальпос тяговое усилие; л — коэффи-
циент запаса (для канатно-скреперных установок принимается н пределах
«...«).
Скреперный канат, наматываемый на барабан лебедки, до-
полнительно испытывают на напряжения Отах, величины кото-
рых проверяют по формуле
Птах « 1,27775 + 800 00W/(2D),
где d— диаметр каната; D — диаметр барабана или блока; 5— площадь по-
перечного сечеиия каната; Т — тяговое усилие, действующее иа канат.
Скреперная установка, применяемая для разработки тран-
шей, состоит из двухбарабаниой лебедки, приводной силовой
установки, скреперного ковша, канатов и блоков, скреперной эс-
такады и двух опор — головной и хвостовой.
Разработку траншеи следует начинать с наиболее удален-
ных от берега участков. Однако в случаях, когда скорость
течения велика, во избежание больших наносов (что может
затруднить разработку траншей) работы начинают в лрибреж-
39
Рис. 13. Схемы разработки подводных траншей канатно-скреперными уста-
новками
а —с расположением лебедок па одном или на обоих берегах; б —с помощью двух
Тракторных лебедок; о —с помощью стационарной лебедки, установленной на берегу
ных зонах, а затем в русле реки, равномерно по всей траншее.
В целях предотвращения интенсивного заноса траншей в мягких
грунтах крутизну откосов принимают в пределах 1 :3, а запас
на заносимость определяют в объеме до 35 % от запроектиро-
ванной глубины траншеи. Скорость выбирания рабочего каната
должна быть не ниже 0,6 и не выше 1,5 м/с (для холостого ка-
ната эти величины соответственно удваиваются).
Скреперными установками разрабатывают траншеи участ-
ками длиной до 300 м, шириной (по дну) от 0,7 до 1,8 м, глуби-
ной до 2,5 м. При скорости течения выше 1,2... 1,5 м/с в или-
стых и слабых песчаных грунтах скреперные установки приме-
нять нецелесообразно, так как в этом случае разрабатываемые
траншей быстро заносятся илом.
Наибольший эффект дают лебедки грузоподъемностью
1,25...2,5 т, обладающие хорошей маневренностью и разме-
рами, позволяющими транспортировать их на автомашинах.
Длина наматывающихся на барабаны канатов должна созда-
вать нормальные условия для разработки грунта на всех участ-
ках траншеи. Скреперные лебедки имеют силовые установки —
электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания. Техниче-
ские характеристики двухбарабаиных лебедок приводятся
в табл. 9.
Скреперные ковши (рис. 14) — простейшее устройство, ие
имеющее днища (верхняя и передняя части ковша открыты).
Для того чтобы ковши не опрокидывались при передвижении
вдоль траншеи, их ширина должна быть в 2 раза больше вы-
соты, длина в 1,5 раза больше ширины. Угол наклона режущей
стенки ковша принимается равным 15...20°, если разрабаты-
ваются мягкие сыпучие грунты, и 25...30° — при разработке
изорванных скальных пород.
11а качество и скорость разработки траншеи влияет и вес
ковша: при плотных грунтах он может составлять 500... 600 ю
на 1 м3 вместимости ковша, а при песчаных — 400...500 кг.
Рис. 14. Скреперный ковш
А — ширина ковша понизу: В —
длина ковша; С — высота; Д —
ширина ковша поверху; Г. — рас-
стояние до скобы тягового каната:
Г — расстояние до сиобы холостого
цаиата
41
TAB
Навмеиоваиие показателей Марки
Азиимаш-43П иа базе трактора ЛС-43
T-I00M Т-100МБ
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Масса с канатом, т Удельное давление на грунт, МПа Навивка барабана, м Диаметр каната, мм Число барабанов лебедки, шт. Частота вращения барабана, мин-1 Скорость набега канала, м/мин (рабо- чий ход) Тяговое усилие, кН Двигатель 5250 2680 3100 16,7 0,07 2000 15,5 1 32 ... 156 52,8 ... 240 75 . . . 16,6 5680 3250 ЗОЮ 18,7 0,032 2000 15,5 1 35 . . . 156 52,8 ... 240 75 . . . 16,6 3400 2310 2200 5,10 300/600 28/11 2 21,6 20 ... 60 Д-54
Если используется ковш, по своей форме напоминающий под-
кову, то длина его составляет 1275, ширина— 1280, высота —
570 мм. Ковш весит 280 кг.
Траншеи чаще разрабатывают скреперными ковшами упро-
щенной конструкции, сделанными из металлических труб диа-
метром 1000... 1200 мм. Их изготавливают непосредственно на
месте, где производятся работы. Примерная вместимость такого
ковша 0,5...0,7 м3. Диаметр каната подбирают в зависимости
от тяговых усилий ковша, груженого и свободного от грунта.
В грунтах средней плотности целесообразно применять рабочие
канаты следующих диаметров: прн вместимости ковша 0,25 мэ—
13, при 0,5 м3— 16 и при 0,75 м3— 19 мм, а холостые канаты—
соответственно 10, 13 и 16 мм. Для скреперных установок при-
меняются одношкивные блоки диаметром от 300 до 600 мм.
Скреперные эстакады (рис. 15) обычно служат для приема
грунта, поднимаемого со дна ковшом. Грунт сквозь решетки на-
правляется (сваливается) в бункер, откуда^ загружается в ав-
томашины и отвозится в отведенное место. Уклон эстакады дол-
жен учитывать тяговые усилия лебедки, но не превышать соот-
ношение 1 :2.
Головная опора - составной элемент эстакады. В верхней се
части крепят блоки, предназначенные для поддержания рабо-
чего и холостого канатов. Блоки должны находиться на такой
высоте, прн которой направление тяговых канатов будет совпа-
42
ЛИЦА V
лебедок
ЛТ-11 на базе трактора Т-100 Л-59 ЛП-1 Л П-301 Л С-201 ЛС-301
5200 2636 9540 9270 5300 3900
2456 2500 3200 3200 2800 2200
2769 1450 3500 3530 2600 2600
15,3 5,7 43 39,5 12.42 13.8
— — — - 0,011 0,016
1060 250/550 1800 1000 500 500
22 28/11 В зависи- мости от нагрузки 56 32,5 32,5
1 2 1 1 2 2
— — ' —
44,04 36 ... 105 6,3 . . . 18,6 6.3 .. . 16,4 12,0 16 ... 31
88 ... 69 100. . . 21 500... 180 1500 .. . 575 270 400
— Генератор 75 кВт 1 1Д12 225 кВт —
дать с линией наклона эстакады. Головная опора имеет про-
стейшую конструкцию — два столба с перекладиной, па кото-
рой закреплены направляющие блоки. Хвостовая (плавучая)
опора устанавливается, как правило, за концом траншеи на та-
ком расстоянии, чтобы ковш ис отрывался от земли. В редких
случаях вместо плавучих опор используют дойную хвостовую
опору с блоком, размещенным на грунте. Хвостовой блок и дер-
жащий якорь рассчитывают на двойное рабочее усилие
(табл. 10).
Эффективность разработки траншей скреперными установ-
ками во многом зависит от правильного подбора ковшей. При
этом важно учесть особенности разрабатываемого грунта, даль-
ность скреперования, силу течения реки и др. (табл. 11). Прак-
тика выработала надежный способ предварительного выбора
ТАБЛИЦА 10
Ширина зеркала воды, м Расстояние между блокамв. м Ширина зеркала воды, м Расстояние между блоками, м
50 3.6 200 11,5
100 6.2 250 15,0
150 9,0 300 20,0
43
Рис. 15. Скреперная эстакада
I — головная опора; 2 — блок; 3 — рельсы; 1 — бункер
геометрической вместимости ковша: при дальности перемеще-
ния 100 м вместимость ковша должна составлять 0,5 м3, при
1.20 м — 0,75, при 200 м — 1... 1,25, при 300 м — 3,5 м3.
Средние скорости движения ковша при рабочем и холостом
ходах вычисляются по формуле
«ср = 2орОх/(«р + «л),
где vp и Ох — скорости соответственно рабочего и холостого ходов ковша
(принято, что скорость рабочего хода ковша должна составлять 0,6. ..1,5 м/с.
а холостого хода 1.. .3 м/с).
Мощность двигателя для скреперной лебедки определяется
по формуле
N = 9,81АТор/т],
где N — мощность двигателя; k — коэффициент неучтенных сопротивлений:
Л«=1,2.. .1,4; и — коэффициент полезного действия: >)=0,50.. .0,65; Т — тяго-
вое усилие.
ТАБЛИЦА 11
Показатели КСО-232 KCO-122I с лебедкой ЛС-ЗОГ (20!) КСУ с двумя тракторными лебедками ТЛ-1! КСУ с одной тракторной лебедкой
Группа разрабатываемого I—IV I-flV I—IV
грунта Объем ковша, м8 3 ... 3,5 1,0 .. . 1,5 0,75
Состав рабочего авена, чел. Параметры разрабатывав- 4 6 3
мой траншеи, м: До 300
длина До 150 До 150
ширина (по дну) 1,6 .. . 2,0 1.5 1.5
глубипа До 2,5 До 2,5 До 2,5
44
ТАБЛИЦА 12
Вмести- мость ковша. Масса, кг Габарит, мм Расчетное усилие и канатах. кН
Л в с D £ Г тяговых ХОЛОСТЫХ
0,75 300 1342 1585 650 1270 1200 570 10.0 4.5
1,00 490 1472 1730 720 1400 1400 540 14,0 5,0
1,25 520 1572 1855 780 1500 1570 450 18,0 5.6
1.5 910 1680 1950 840 1600 1620 840 23,0 7.5
1,75 930 1780 1880 875 1700 1845 850 27,0 9,2
2,00 940 1992 2210 920 1800 1800 950 31.0 10,4
2,5 1180 2008 2335 990 1900 1850 1100 39,0 13,4
3,00 1320 2108 2455 1035 2000 1720 870 44,0 14,1
3.5 1500 2208 2495 (120 2100 1840 1150 52,0 17.5
Конструктивные размеры скреперных ковшей лапы в табл. 12
(см. рис. 1*4).
ф Какое оборудование применяется при грейферном спо-
собе разработки грунта?
Разработку подводных траншей и котлованов производят
плавучими грейферными снарядами, а также с помощью плаву-
чих кранов, оснащенных грейферным ковшом. В качестве грей-
ферных снарядов используют экскаваторы, установленные на
понтонах или баржах.
В зависимости от вида разрабатываемого грунта применяют
различные типы ковшей: при разработке песчаных, rpainiiiiio-
галечниковых грунтов используется двухстворчатый ковш, а иа
связных плотных грунтах—многолепестковыс ковши с зубьями.
Применение грейферных снарядов для разработки илистых
и мелкопесчаных грунтов нецелесообразно вследствие иросора
последних из ковша.
Для разработки подводных грунтов грейферными снарядами
наиболее рационально использовать крапы грузоподъемностью
5 и 16 т с вместимостью грейферных ковшей соответственно
1 и 4 м3.
Количество полных циклов, совершаемых ковшом в одну ми-
нуту, может составлять от 45 до 120. На скальных предвари-
тельно разрыхленных грунтах количество экскаваций сокраща-
ется до 25. Продолжительность одного цикла при разработке
грунта грейферным снарядом зависит от глубины опускания и
высоты подъема ковша, рода н плотности грунта, от емкости
ковша.
Часовая производительность грейферного снаряда, м3,
Пг «= дпк3!кр.
45
где 9 — вместимость копша, м3; п — число экскаиацнй n I ч; Кз — коэффици-
ент заполнения; к,, — коэффициент разрыхления грунта, принимаемый при
отсутствии течения.
Коэффициенты к3 и кр зависят от вида грунта и глубины по-
гружения грейфера:
Песок, супесь, легкий суглинок при глубине по-
гружения грейфера, м:
от 0,2 до 0,Б .......................... 1,1 0,5
от 0,5 до 2,0 ......................... 1,25 0,45
от 2,0 до 4,0 ......................... 1,4 0,4
более 4,0 ........................... 1,7 0,2
Гравий, взрыхленная скала .....................1,3. . . 1,35 0,6
При скорости течения от 0,2 до 1,0 м/с значение кр увеличи-
вается на 15...25 %.
При одном положении грейферного снаряда грунт разраба-
тывается по полукруглой полосе; для разработки следующей по-
лосы производят перемещение грейферного снаряда на расстоя-
ние 0,8 диаметра раскрытых лепестков ковша.
При разработке грунта на полосе для уменьшения гребней,
остающихся при очередной экскавации, грейферный ковш пе-
ремещают в сторону только на половину его ширины. Однако
в таком случае может происходить перекос ковша и глубина по-
гружения створок увеличится, произойдет перебор грунта.
ф Каков порядок устройства подводных траншей и котло-
ванов взрывным способом?
Разработка подводного грунта взрывным способом снижает
сроки выполнения и стоимость работ.
Правильный расчет уложенного заряда ВВ — важное усло-
вие, обеспечивающее эффективность устройства подводной тран-
шеи взрывным способом. Массу заряда, необходимого для про-
ходки 1 м траншеи, определяют по формуле
С = ак/Л®,
где а — коэффициент, зависящий от вида ВВ:
аммониты.................................1,00
динамит аммиачный 83 %-иый ..............0,70
> » 63 %-пып ..............0,75
» студенистый 63 %-иый ...............0.88
тротил (тол) ............................0.86
аммонал .................................0,84
черный порох ............................0,70
к — коэффициент, запнсищий от категории грунта:
плотный чистый песок........................1,03
супесь (песок <- иримесыо глины) ...........1,10
песок с гр.тпиеы............................1,17
46
крепкая синяя глина.........................1,18
суглинок (глина с песком)..................1,18
гравелистый грунт .........................1,19
плывупный песок ...........................1,24
глина с гравием (частично с песком) .... 1,29
синяя глина с гравием .....................1,41
песок с отдельными камнями ................1,42
чрезвычайно крепкая глина .................1,64
скала известковая без трещин ..............1,87
скала гранитная гнейсовая .................1,25
h — глубина разрабатываемой траншеи, м; t — коэффициент, зависящий от h
н глубины воды нал заридом Н (табл. 13).
Зная массу заряда С, рассчитанного для проходки 1 м (ис-
ходя из объемного веса_пороха 0,86), можно рассчитать диа-
метр заряда: d=3,85 -у/С. Тогда общая масса заряда для раз-
работки траншеи (или се участка) протяженностью L будет
Q=CL. Точную величину заряда следует подбирать путем проб-
ных взрывов.
Разработка подводного грунта накладными зарядами тре-
бует повышенного по сравнению с другими способами расхода
взрывчатых веществ (ВВ), но зато более проста в исполнении.
Массу подводного накладного заряда на выброс грунта оп-
ределяют по формуле
<? — КпОдТ/*,
где И — кратчайшее расстояние от центра заряда ло л»а образованной вы-
ем.п (линия наименьшего сопротивления), м; кппд — коэффициент податли-
вости грунтов взрыву нормальной мощности при использовании тола, мели-
нита:
илистые.............................. 6 ... 8
земля плотная ....................... 8... 10
песчаные с примесью гальки........... 10 ... 12
глинистые............................ 17 ... 20
тоещиноватая скала .................. 60 ... 65
тетон, скала без трещин..............160. . . 170
ТАБЛИЦА 13
Глубина ВОДЫ кед зарядом, Н, м j Значение коэффициента 1 при глубине траншеи, м
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
0,5 7,85 7,50 8,90 10,00 9,20
1.0 9,60 7,50 8.40 8,80 7.15
1.5 12,00 7,85 8,10 8,20 6,15
2.0 16,00 8.50 8,30 8,05 5,75
2.5 20,80 9,55 8,70 8,05 5,55
3.0 25,80 11,00 9.25 8,05 5,45
3.5 31,00 12,60 9,90 8,25 5,45
4,0 37,00 14,50 10,65 8,45 5,50
5.0 52,00 18,60 12.30 9,05 5,65
47
Расстояние между накладными зарядами на выброс грунта
по длине траншеи принимается равным (0,75... 1) Н, а расстоя-
ние между рядами зарядов для плотных грунтов — 0,8 Н, для
трещиноватых — Н. Если под зарядом толщина слоя воды равна
двум глубинам разрабатываемой траншеи, то заряд следует уве-
личить на 20 % при 1,5 Л/ и на 40 % при 0,7 Н. Поправочные
коэффициенты, учитывающие вид ВВ, приведены выше (см.
стр. 46).
При устройстве подводных траншей накладные заряды ВВ
из «Аммонита 4» укладывают непосредственно на дно водоема
по оси проектируемой траншеи, затем взрывают при помощи
детонирующего шнура. Для получения нужного эффекта верх-
ний слой, сложенный мягкими грунтами, предварительно уда-
ляют земснарядами или скреперными установками, так как
в противном случае взрыв накладных зарядов не даст требуе-
мого результата.
Для бурения шпуров в скальных породах используют пнев-
матические перфораторы и электросверла, буровые станки
ударного действия, устанавливаемые на плавучих средствах.
Диаметр шпуров обычно — до 125, скважин — до 300 мм. Рас-
стояние между буровыми скважинами (зарядами) должно со-
ставлять: для плотных грунтов подлине траншеи—(0,75... 1) п.
между рядами скважин — 0,8 п\ для трещиноватых грунтов по
длине траншеи—(1... 1,25)л, между рядами — п. Расстояние
между скважинами в условиях подводных работ должно быть
1,5...2,5 м.
Практикой подводно-тсхпическпх работ определен пример-
ный расход ВВ на разработку I м3 грунта: при слое воды от 3
до I м — 4,5...6,5 кг; от 3 до 5 м — 4,5...6,2 кг. Разработка
траншеи на глубину свыше 2—2,5 м производится повторными
взрывами. При первом взрыве образуется траншея глубиной
1,5...2,5 м, шириной по верху 4...8 м, при втором взрыве —
глубиной до 3... 5 м, шириной 12 м.
Преимущество подводных взрывов перед взрывными рабо-
тами на воздухе заключается в том, что наряду с выбросом
грунта под водой обеспечивается н его одновременное уплотне-
ние, что придает откосам разработки значительную устойчи-
вость от размыва и заплывания.
Для увеличения ширины и глубины разрабатываемой тран-
шеи применяют метод созидательных взрывов, заключающийся
в применении сосредоточенных -или удлиненных зарядов вы-
броса, располагаемых па дне водоемов в углублениях, пройден-
ных в результате серии взрывов накладных зарядов обычной
конструкции. Macc.i сосредоточенных зарядов выброса опреде-
ляется по формуле
у KJ13 (0.4+ 0,6л*).
48
ТАБЛИЦА 14
Грунт Зиачевии К,, кг/м1
неплодные заряды колонковые заряды сосредоточен- ные заряды
Рыхлый песок и плывун 2.6 0,40 1.5
Гравелистые породы 3,5 0,70 1.7
Плотный супесок с мелкой галькой 5,5 0,90 1.8
Крепкий очень плотный песок 7.0 1,10 1,9
Плотный суглинок 8.7 1,35 2,0
Крепкая енпяя глина 9.8 1,40 2,1
Некрепкая нарушенная скальная по- рода 13.5 1,53 2,2
Средней крепости скальные породы 27.0 1,86 2,4
Гранит и другие крепкие скальные по- роды 40.0 2,20 2,5
Мощность слоя воды над зарядами при определении их массы
должна составлять не менее 8... 10 диаметров заряда. При мощ-
ности слоя 5...7 диаметров величина увеличивается на
25 %, а при мощности слоя 3...4 диаметра — на 50 %
(табл. 14).
Расстояние между сосредоточенными зарядами в ряду и
между рядами а, м, устанавливается по формуле о=0,5 1IX
Х(л+1). Углы откосов сооружаемых выемок шириной до 30...
40 м и глубиной до 8... 10 м принимают по табл. 15.
Для доведения ширины сооружаемых выемок с 30... 40 м
до 90... 100 м и более при их максимальной глубине 14... 15м,
массу удлиненных зарядов Qy, кг, определяют ио формуле
Оу = 2 КН2 (0,44-0,6л’)/(л 4-1).
Расчетный удельный расход ВВ (К) при взрывании удли-
ненных зарядов в подводных условиях должен быть по сравне-
нию с сосредоточенными зарядами увеличен в гранитах и ба-
зальтах на 50 %, в аидезитобазальтах — на 40 %, в валун-
нике — па 35 % > в туфах — иа 30 %.
Недостатками метода созидательных взрывов являются:
увеличенный сейсмический эффект; возрастание интенсивно-
сти ударных воздушных ванн; повышение дальности разлета
ТАБЛИЦА 1Б
Взрываемая порода Угол откоса выемки, град, при глубине траншеи
1.5 2.0 2.5 3.0 3,5 4.0
Галька 33 30 28 28 26 25
Туфы 30 30 27 26 25 23
Базальты 35 33 32 32 30 30
Андезиты 35 32 30 30 29 27
Грвинты 36 34 32 30 28 27
49
кусков и потери ихтиофауны по сравнению со скважинными илн
накладными зарядами обычной конструкции. Для уменьшения
потерь ихтиофауны успешно применяют защиту воздушным ди-
намическим экраном.
ф Какие взрывчатые вещества рекомендуется применять при
производстве подводных взрывных работ?
При производстве подводных взрывных работ рекомендуется
применять чешуированный, прессованный, гранулированный
тротил и аммонит. Этн же ВВ используются и для разрушения
остатков деревянных, металлических, массивных каменных и бе-
тонных конструкций.
ф Как определяется необходимое количество ВВ для прове-
дения взрывных работ под водой?
При подрывании (разрушении) металлических элементов
конструкций используют удлиненные заряды. Количество ВВ
для подрывания, например, листовой стали, двутавров рассчи-
тывают по формуле
Q = kF,
где Q — масса зарядов нормальной мощности, г; к—коэффициент, для стали
равный 25.. .40; F— площадь поперечного сечспня, см2.
Взрыв эффективен, если заряды расположены с обеих сторон
металлического элемента и взаимно сдвинуты на 5... 10 см.
В этом случае сила взрыва обращена не на изгиб, а иа срез.
Заряд для перебивания каната определяют по формуле
Q = 10dJ,
где dt — диаметр тягового каната, см.
При подрывании под водой железобетонных конструкций из-
за неоднородности материала взрыв нс даст достаточного эф-
фекта. Работы производят в два этапа. Сначала выбивают бе-
тон, затем подрывают или перерезают арматуру. Необходимую
массу заряда при подрывании конструкции из железобетона
рассчитывают по формуле
Q = 2ар/?я.
Массу заряда для подрывания одиночных деревянных свай
определяют по формуле
Q = 7,5dCB.
для подрывания куста свай — и^уравнения
0=1&£,
где dK и dK*—диаметры соответственно куста спай н одиночной сван, м.
Заряд размещают между сваями. При разрушении дубовых
свай массу заряда ут-лнчпвают в 1,5 раза.
50
При подрывании шпунтовых стенок величину заряда для раз-
рушения 1 м стенки определяют по формуле
Q= 15b®,
где Ъ — средняя толщина одной деревянной шпуптнны, м.
Подрывание льда производят преимущественно натрениро-
ванным аммонитом. Зимой при низкой температуре рекоменду-
ется использовать водостойкие и морозостойкие детонирующие
шнуры ДШ-В н ДШТ-200. Например, шнур ДШ-В детонирует
после пребывания в воде в течение 24 ч, а также после охлаж-
дения до —35 °C. Массу зарядов для образования майн опреде-
ляют по формуле
Q=0,85 о)’
где <п — глубина погружения заряда и воду от наружной поверхности льда,
принимаемая равной 2,5.. .3 толщина льдам.
Заряды опускают через луики н подвешивают на необходи-
мой глубине на шестах, шпагате или проволоке. При взрыве об-
разуется майна диаметром 4... 5 м.
В случае уплотнения взрывами несвязных грунтов и камен-
ных постелей количество и массу одновременно взрываемых
зарядов назначают исходя из условий безопасности располо-
женных поблизости сооружений. При этом стремятся для обес-
печения равномерного уплотнения каменной наброски взорвать
одновременно группу зарядов, образующую в плане замкнутый
контур. Заряды подвешивают на расстоянии 0,5...0,6 м от по-
верхности наброски.
Для уплотнения наброски посредством взрыва фиксируется
расположение зарядов на якорях, устанавливаемых на четырех
швартовых бочках, между которыми натягивают два каната
с марками, а между ними — пеньковые канаты с прикреплен-
ными к ним поплавками. Заряды располагают по квадратной
сетке с шагом, равным двум радиусам действия взрыва, н взры-
вают сериями (4, 6, 8 зарядов). Для замера осадок на поверх-
ности каменных постелей укладывают железобетонные плиты
толщиной 8... 10 см, затем футштоком до н после взрыва изме-
ряют расстояние от этой плиты до горизонта вод; разницы в ве-
личинах соответствующих промеров и дадут значения осадок.
Подводный взрыв позволяет уплотнить грунты па значительных
глубинах; при погружении зарядов более чем на 12 м происхо-
дит камуфлетный взрыв.
Определение оптимальной массы заряда для уплотнения на-
бросок производится по формуле
(?=кНр
где Q — масса заряда, кг; к — коэффициент, дли песчаио-гравелистых грун-
тов и каменных набросок, принимаемый равным 0,1; Н — глубина воды, м;
Р — коэффициент, для песчано-гравелнстых н каменных набросок принимае-
мый равным 2,45
51
Рис. 16. Зависимость массы заряда Q
от высоты его подлески над поверхно-
стью наброски ДЛ п от глубины воды //
Оптимальную массу заряда и его расположение над уплот-
няемой областью можно также определить и по графику
(рис. 16).
Глубину эффективного уплотнения, м, ориентировочно вы-
числяют но формуле
Аупл = I •в Q .
1 замещение зарядов в плане должно соответствовать двум
радиусам эффективного действия взрыва. Так, для рыхлых псс-
чаио-гравслистых грунтов и отсыпанной в воду каменной на-
броски радиус эффективности действия взрыва, м, определяется
по формуле
R = 2 3/Q.
ф Каким должно быть расстояние от места подводного
взрыва до ближайшего объекта? Как гасить энергию ударной
волны?
Безопасное расстояние от места подводного взрыва до бли-
жайшего объекта ориентировочно определяется по формуле
/-без = 25 '\jQjh.
где h — глубина погружения заряда в воду, м.
Для защиты подводных частей сооружений, расположенных
на расстоянии, меньшем безопасного, можно использовать спе-
циальное устройство для гашения энергии ударной волны. Прн
помощи этого устройства, работающего по принципу пневмати-
ческого волнолома, перед сооружением создают завесу из воз-
душных пузырьков. Для этой цели па дно траншей укладывают
систему перфорированных труб диаметром 200 мм, соединен-
ных с компрессором.
3. Задачи строительного технического флота
в обеспечении строительства на водной акватории
ф Каков состин строп ельного технического флота при гид-
ротехническом строительстве?
В состав строите технического флота входят:
технический флш одно п многочерпаковые снаряды, земле-
52
сосы, груитовозные шаланды, буксиры и буксирные катера,
брандвахты (плавучие общежития);
плавучие транспортные средства для перемещения строи-
тельных материалов и сборных конструктивных элементов:
баржи, шаланды, понтоны, плашкоуты, буксиры и буксирные
катера;
плавучие строительные механизмы и оборудование для вы-
полнения строительно-монтажных работ: краны, копры, бетон-
ные заводы, механические планировщики н виброуплотнители
каменных постелей, кондукторы, массивоукладчики, бранд-
вахты, плавучие электростанции, буровые установки и др.
Переоборудовать суда для установки на них строительных
машин, механизмов и оборудования можно только по проекту
с разрешения Регистра Союза ССР, причем перед вводом в экс-
плуатацию переоборудованные суда должны быть освидетель-
ствованы инспекторами Регистра и СЭС.
При эксплуатации судов необходимо руководствоваться
«Правилами техники безопасности и производственной санита-
рии при производстве строительно-монтажных работ при по-
стройке портовых гидротехнических сооружений», правилами
Регистра, требованиями природоохранных организаций.
Дипломированный инженерно-технический персонал, в веде-
нии которого находятся суда строительного флота, обязан сдать
экзамен по «Правилам технической эксплуатации и технике
безопасности строительного флота».
ф Как подразделяются буксиры в зависимости от мощности
главных двигателей и района плавания?
Портовые буксиры имеют ограниченный район плавания п
предназначены главным образом для работы н защищенных ак-
ваториях. Они имеют двигатели мощностью 110... 220 кВт
(150...300 л. с.) и применяются для буксировочных операций
с несамоходными средствами грузоподъемностью до 5 МП со
скоростью 5—6 узлов.
Рейдовые буксиры предназначены для работ на открытых
рейдах и имеют двигатели мощностью 184... 440 кВт (250...
600 л. с.). Они могут использоваться для буксировки несамоход-
ных средств грузоподъемностью 10... 12 МН.
Морские буксиры с двигателями мощностью 360... 880 кВт
(500... 1200 л. с.) и более предназначаются для буксировки не-
самоходных средств на значительные расстояния.
ф На какие типы по способу извлечения грунта разделя-
ются дноуглубительные снаряды?
Штанговые одночерпаковые земснаряды работают по прин-
ципу одноковшового экскаватора с прямой лопатой. Они пред-
БЗ
назначены для черпания несвязных и связных грунтов, н том
числе слабых скальных пород, что обеспечивается наличием на-
порного механизма на штанге, к которой прикреплен ковш. Эти
снаряды широко применяются также для извлечения разрых-
ленных взрывным способом скальных грунтов. Устойчивость
во время работы штангового земснаряда обеспечивается тремя
закольными рабочими сваями. Современные дизель-электрнче-
скис штанговые земснаряды типа «Амур», «Ладога» имеют глу-
бину черпания до 14 м, вместимость ковша до 4 м3.
Эксплуатационная сменная производительность, м3, одночер-
паковых земснарядов определяется формулой
Пэ = 60Тсм9ПК({Кир/кр,
где Тел — продолжительность смены, ч; q— вместимость ковша, мэ; ки —
коэффициент наполнения ковша грунтом; кр — коэффициент разрыхления
грунта; дгО|, — коэффициент использования сменного рабочего времени; п—
число циклоп и I мин: п=60//ц (/к— продолжительность цикла, с).
Для рыхления скальных пород и крупных включений (ва-
лунов) штанговые снаряды оснащены навесным оборудованием.
Многочерпаковые дноуглубительные снаряды в отличие от
одночернаковых являются снарядами непрерывного действия.
Применяют их при тяжелых грунтах и для придания котловану
правильной формы.
Производительность многочерпаковых снарядов 300...
3000 м3/ч. В зависимости от производительности и габаритов
земснарядов вместимость черпаков колеблется от 0,015 до 1,5 м3
и более, а число черпаков — от 30 до 50 штук и более (табл. 16).
В процессе работы многочерпаковые земснаряды перемеща-
ются при помощи становых (аваптовых) и папильонажных ле-
бедок.
Для разработки сильнотрещиноватых скальных грунтов мно-
гочерпаковые земснаряды оборудуются усиленными черпако-
выми цепями (скальной бухтой). Козырьки черпаков изготов-
ТАБЛИЦА 16
Тип земснаряда Мощность черпакового привода, кВт Техническая производи* тельн ость, м’/ч Оптимальная глубина черпания. Вмести- мость черпака. Оптимальная скорость черпаковой цепи, черпаков в минуту
МШС-0-550 500 550 5,7 0,85 18
МШС-0-500 32» 500 5.7 0,75 16
МШС-0-400 1!17 400 II 0,63 15
МШС-0-350 175 350 5 0,5 16
МШН-0-275 1.38 275 4 0.4 16
МШН-Р-250 1.1!. 250 3,5 0,4 18
МШН-0-200 KHI 350 4 0,5 18
54
ляют из высокопрочных сталей н, как правило, зубчатой конфи-
гурации. Грунтовой колодец и откидные лотки футеруют для
уменьшения износа.
Техническая производительность многочерпакового снаряда,
м3/ч, определяется формулой
Пт = к|^л,|-60/кр,
где п* — число черпаков, проходящих за 1 мин.
Сменная эксплуатационная производительность многочерпа-
кового снаряда
Пэ = ПтТсм^р,
где 77 т—техническая производительность, м’/ч; Тгя — продолжительность
смены, ч; Кор — коэффициент использования сменного рабочего времени,
Ко р=0,75.
Для разработки легких несвязных грунтов с небольшими
включениями наиболее целесообразно применять землесосные
снаряды производительностью 80...3000 м3/чиболес (табл. 17).
Принцип работы землесосов но извлечению грунта заключается
в отсасывании со дна акватории частиц грунта вместе с водой
и последующей подаче гидросмеси в трюмы специально обору-
дованных шаланд или барж, а также по пульпопроводам к месту
укладки в дело или на подводную (береговую) свалку. Вовремя
работы землесоса насадка всасывающей трубы находится ниже
поверхности дна водоема. При разработке глинистых грунтов
всасывающую трубу оснащают фрезой для механического рых-
ления всасываемого грунта.
Всасывающие грунт трубы (сосуны) диаметром 150...
1000 мм различаются по конструкциям рыхлителей. Подача зем-
лесоса во многом зависит от рыхлитслыюго устройства. Рыхли-
тели можно разделить на два основных вида: гидравлические и
механические. В гидравлических рыхлителях к всасывающей
ТАБЛИЦА 17
Тли земснаряда Мощность дви- гателя грунто- вого насоса. кВт Техническая произиидитель- ность, м’/ч Грунтопровод плавучнП Максимальная глубина всасы- вания. м ГрунтовыП насос
длина, м а. ш я ёя ч ° я иапор. м |
ЗРС-0-2500 1277,9 2500 400 .. . 650 0.9 14 4,16 21
3PH-0-IDD0 .588,2 1000 500 0.7 11 1,94 26
ЗТС-М-СП 600 24 . . . 250 0.5 8 1 ,5 18
ЗРН-0-700 279.4 7QQ 400 0,5 II 1 .0 20
3PH-P-350 165,4 3504 • 250 0.4 8 0,55 20
ЗРН-Р-250 110,3 250 120 0.3 4.5 0,39 20
ЗРН-Р-150 220.(5 50 120 0,25 8 0.31 20
55
трубе подается напорная пода, разрушающая грунт перед вса-
сыванием землесосом. Механические рыхлители делят на шесть
основных групп: фрезерные, роторные, цепные, черпаковые,
шнековые, волочащиеся.
Производительность землесосного снаряда по грунту при ра-
боте с рыхлителем в виде многочерпакового ротора, находяще-
гося в постоянном контакте с грунтом,
П = K„DnSBn,
где Ku — коэффициент полноты выбирания срезанного грунта: кп=0.8.. .0.9:
D — диаметр ротора, м; SR — подача землесоса вперед за одни оборот ротора
(толщина стружки), м; л — частота вращения ротора. Mini*'1.
Производительность землесосного снаряда с шнековым рых-
лителем
n = 48(D« — d*)Snk,
где D и d — диаметр соответственно шпека п пала, м; 5 — шаг пинта, м; л —
угловая скорость пала, рад./с; k — коэффициент наполнения желоба: k=
ф Что входит в состав земкаравана?
Дноуглубительный снаряд в совокупности со вспомогатель-
ными и обеспечивающими плавсредствами называется земкара-
ваном. В состав земкаравана входят: земснаряд, груитовозные
шаланды для транспортирования грунта к месту свалки или
укладки грунта в тело сооружения, буксиры для перемещения
несамоходных плавсредств, охранные буксиры (при работе на
открытом рейде), суда для доставки горючего и пресной воды,
завозни, водолазный бот, брандвахта, плавучие мастерские, пон-
тоны для поддержки становой цепи; промерный катер н шлюпки,
а при землесосном снаряде — также комплект плавучего трубо-
провода. Состав каравана определяется для каждого конкрет-
ного случая при проектировании дноуглубительных работ.
Для рационального использования земснарядов необходимо
правильно определить число грунтовозных шаланд, закрепляе-
мых за дноуглубительным снарядом:
П = qlqm.
где q и —часовая подача соответственно земснаряда н шаланды, м’/ч.
ф Как по маркировке узнать краткую характеристику зем-
снаряда?
В зависимости от района плавания земснаряды подразде-
ляют на классы «М-СП», «М», «О», «п» и «Л». Земснаряды
класса «М-СП» предназначены для работы в 20-мильной при-
брежной зоне морских бассейнов с высотой волны до 3,5 м;
класса «М»—для работы во внутренних водных бассейнах
с высотой волны до 3 м. длиной 40 м; класса «О» — для работы
на крупных водохранилищах, озерах, в морских заливах и ни-
зовьях рек, где высота волны достигает 2 м, длина 20 м: класса
5fi
«Р» — для работы иа средних и нижних участках крупных рек,
каналах н озерах, где высота волны нс более 1,2 м, длина
12,5 м; класса «Л» — для работы на реках н каналах, где от-
сутствует заметное волнение.
Маркировка содержит краткую характеристику основных ти-
пов земснарядов. Начальные буквы обозначают способ грунто-
забора: 3 — землесосный, ЗГ — землесосный с гидравлическим
рыхлителем, ЗМ— землесосный с механическим рыхлителем,
М—многочерпаковый, ШТ — штанговый, Г — грейферный. По-
следующие буквы указывают на тип снаряда по способу удале-
ния грунта за пределы разрабатываемого участка: Р — рефу-
лерный, Ш — шаландовый, Л — лонгкулуарный, Т — трюмный.
Тип главной энергетической установки обозначают буквами:
Д — дизельный, ДЭ — дизель-электрический, ПЭ — пароэлек-
трический, ДГ — днзель-гидравличсский, П — паровой, самоход-
ные — С, несамоходные — Н. Иногда после этих букв простав-
ляют класс Речного Регистра РСФСР: М-СП, М, О, Р, Л,
а затем техническую производительность снаряда. Например,
маркировка МШДЭС-0-55 означает: многочерпаковый снаряд
с шалапдовым способом удаления грунта, с дизсль-элсктриче-
ской энергетической установкой, самоходный, класса «О», техни-
ческая производительность 550 м3/ч. Маркировка ЗГДЭС-0-2500
означает: землесосный снаряд с гидравлическим рыхлителем,
дизель-электрическнй, самоходный, класса «О», техническая
производительность 2500 м3/ч.
ф Какие плавучие копры и краны применяют в гидротехни-
ческом строительстве?
Для погружения и выдергивания свай используют плавучие
краны (табл. 18) и копры:
•ЮСигау» «Нилснс» сссм
Наибольший вылет стрелы 6.5 6,5 9.0
от торца понтона, м . . . Грузоподъемность на мак-
симальиом вылете стрелы, т Максимальная грузоподь- 10,0 10,0 13,0
емкость копра как крана, т Полезная высота от воды при вертикальной стреле (до мо- 30,0 30,0 25,0
лота), м Наклон стрелы вдоль пои- 25.4 25,4 24,0
топа Максимальная масса забива- 1 :3 1 : 3 1 : 3
емых свай, т 12.0 12,0 13,0
Наибольшая масса молота, т 8,0 8,0 6.0
Тип вибропогружателя Габаритные размеры пон- тона, м: ВП-3 ВП-ЗОА ВП-ЗОА
длина 28,0 25,0 27,8
ширина 13,4 10,0 12,3
осадка 1.5 1.5 1.3
57
ТАБЛИЦА 18
Марка крана (страва-взготоввтель) Максимальная в К 3 1 - ь Вылет стрелы при максимальной гру- зоподъемности, и Габаритные размеры корпуса, м X арактернстпка
длина 1 ширина высота борта
«Богатырь» (СССР) 300 27,5 54,5 25.2 — Полпоповоротп Ы И самоходный
«Красное Сормово» (СССР) 250 40.0 129,7 50.5 — Самоходный
«Крупп» (ФРГ) 150 20.0 40.0 26.0 — То же
«Ле-Титан» (Бельгия) 100 10.0 42.8 21.5 3.8 Неповоротный са- моходный
«Черноморец» (СССР) Севастопольский мор- ской завод им. С. Орд- жоникидзе, проект № 1511 100 20,0 40,5 20,2 3,4 Полпопоиоротный самоходный
«Гано (ВНР) 100 19,7 40,0 19,0 3,3 То же
«Драво» (США) 90 24.0 42,8 21,5 3,8 Поли о по воротный несамоходный
«Лс-Тнтан» (Бельгия) 60 10.0 29,0 16,0 2,8 Полпопоиоротпый самоходный
«Астраханец» (СССР) во 19.0 40,0 17,6 4,1 Полпоповоротпый
«Драво» (США) 50 22,5 36,5 18,3 3.0 Полпоповоротпый несамоходный
«Геркулес» (Финлян- дия) 50 6,0 21,2 12.0 3,5 То же
«Блейхерт» (ГДР) 50 28,5 40.0 20,0 3,6 Полпоповоротпый самоходный
«Драво» (США) 50 22.5 36,6 18,3 Полпоповоротпый несамоходный
«Турней» (США) 30 13,7 36,0 16,0 — То же
«Гано (ВНР) 16-30 30 22,1 14,5 2,5 Полпоповоротпый самоходный
СПК-40-25 (ВНР) Венгерский судо- и к ра постронтел ьный завод 25 28 36,5 17,6 3.2 П0Л1 юпоооротн ый самоходный
«КПЛ-15-30» (СССР) 15 30 28,4 15,0 2,5 Полноповоротный несамоходный
«Блейхерт» (ГДР) 15 30 38,0 14,0 3.5 Полиоповоротный самоходный
«Валмет» (Финлян- дия) 10 18 22,4 15,0 — Полноповоротный самоходный
«кплг/к-Ю-30» (СССР) 10 30 30,0 15,0 — Полиоповоротный несамоходный
Продолжение
Примечания: I. Вылеты стрелы указаны от осн вращении. 2. Краны
«КПЛГ/К-Ю-30» н <КПЛ-1Б-30> применяются только на 1шутрсниих водных путях.
ф Какие основные технические данные имеет землесосный
снаряд малой производительности?
Плавучий землесосный снаряд 8ПЗУ разрабатывает грунты
IV группы при силе ветра до 3 баллов, волнении до 2 баллов,
глубине воды в месте разработки грунта до 6 м. Дальность рс-
фулироваиия пульпы — до 100 м. Разработку грунта следует
начинать на максимальной глубине с устройством забоя. Основ-
ные технические данные землесоса приведены ниже:
8ПЗУ УПГМ-360 ГТЗ
Разряд речного Регистра РСФСР Габаритные, размеры м: Р Р О
ДЛИНА ..... 21 15,2 25,8
ширина 4,7 5,2 5.0
высота 4,5 5.38 7,5
осадка максимальная . . . 0,6 0,9 0,99
глубина опускания рамы, м Насос: 6 10 18
марка 8НЗ ЗВ-200Х4 —
подача, м3/ч 800 360 —
напор, м вод. ст 25 160 —
частота вращения, мин—1 . . 750 1450 —
ф Каковы условия разработки подводных траншей универ-
сальным плавучим гидромониторно-эжекторным снарядом
УПГМ-360 и земснарядом ГТЗ?
Универсальный плавучий гидромониторно-эжекторный сна-
ряд УПГМ-360 и земснаряд ГТЗ служат для разработки
59
Рис. 17. Земснаряд с ротор-
но-ковшовым разрыхлителем
I — плавучий пультопровод;
2 — напорный свайный ход:
3 — электродвигатель земсна-
ряда; 1 — землесос; 5 — пульт
управления; 6 — лебедка; 7 —
привод рыхлители; 8 — ротор-
но-ковшовый разрыхлитель; 9 —
корпус
Рис. 18. Механизмы для
разработки грунта отсасы-
ванием
а — грунтосос производитель-
постыв 30___40 №/г; 6 — гидро-
эжектор 0 254 мм
подводного грунта способом отсоса водоструйным насосом (гид-
роэжектором) или размыва гидромонитором. Универсальность
земснарядов достигается применением сменных рабочих ор-
ганов.
Рассматриваемые земснаряды могут использоваться для раз-
работки подводных грунтов, относящихся к I—V группам, при
силе ветра до 3 баллов, волнении до 2 баллов, глубине воды
в месте разработки грунта 12 м (УПГМ-360) и 18 м (ГТЗ).
Земснаряд УИГМ-360 смонтирован на понтонах (рис. 17),
а ГТЗ имеет единый корпус. Для перемещения земснарядов
в процессе работы ио становым и папилъонажным канатам они
имеют лебедки с «лектрнческим приводом (двигатель ЗД12,
мощность генератора 30 кВт).
60
К недостаткам работы указанных земснарядов следует от-
нести резкое увеличение потерь напора по мере дальности транс-
портирования и высоты подъема пульпы, которая над уровнем
воды не превышает 3... 4 м.
ф Каковы основные параметры грунтососов малой мощ-
ности?
К грунтососам малой мощности относятся пневматические
грунтососы (табл. 19) и гпдроэжекторные установки (табл. 20)
с расходом воды до 100 м3/ч. Минимальная глубина воды, при
которой возможна работа пневматического груитососа, — 6 м,
максимальный подъем пульпы над поверхностью воды — 1,5 м.
ТАБЛИЦА 19
Техническая характеристика грунтососов При диаметре приемноП трубы груитососа, мм
100 I2S 150 200
Пропускная способность пульпы, мэ/ч 80 100 120 200
Консистенция пульпы, % 5. . . 15 5. . . 15 5 ... 15 5 ... 15
Количество воздушных отверстии, шт. 12 18 24 30
Количество шлангов, шт. Диаметр воздушной коробки, мм 2 3 4 6
275 300 325 380
Длина воздушных шлангов, м 40 60 80 130
Длина выкидного шланга, м 30 30 30 30
ТАБЛИЦА 20
Технические характеристики гндроэжекторных установок Для насосных установок типа
гим-юо ГМ-4
Подача, иР/ч 100 50
Напор, м 90 150
Частота вращения, мин-1 1450 1400
Максимальная высота всасывания, м 6 7,5
КПД. % 60 50
Диаметр трубопроводов,^мм:
всасывающего 150 100
напорного 63 63
Габаритные размеры, мм
длина 1260 2800
ширина 660 800
диаметр улитки 660 —
Масса, кг 645 450
Полная масса установки без горючего 1850 1550
и шлангов, т
Тип двигателя ЗИЛ-120 ЗИЛ-164
Мощность двигателя, кВт 66 75
61
Требуемое количество воздуха при давлении 0,6 МПа
(6 кгс/см2) составляет от 2 до 6 мэ/мин (рис. 18).
Снаряды малой мощности должны применяться только прн
малых объемах работ с обоснованием целесообразности их ра-
боты в несвязных незасорениых грунтах.
Разработка подводного грунта малой мощности иа глубинах
более 2,5 производится с участием водолазной станции.
♦ При каких условиях следует использовать гидромонитор-
ные установки в сочетании с трудом водолазов для разработки
подводных траншей?
Гидромониторные установки с расходом воды до 100 м3/ч,
управляемые водолазом, являются малопроизводительными
с высокой стоимостью разработки подводного грунта. Такой спо-
соб применим в тех случаях, когда другие виды механизмов не
могут быть использованы. Гидромониторные установки состоят
из центробежного насоса с подачей до 100 мэ/ч и напором
800... 1500 кПа (80... 150 м вод. ст.). Для погашения реак-
тивной силы струи к шлангу гидромонитора на расстоянии
1,5... 2 м от насадка прикрепляется балласт массой 40... 70 кг.
При безреактивных насадках, у которых часть рабочей воды
имеет направление, обратное движению жидкости в гидромони-
торной струе, балласта ие требуется. В случае разработки тран-
шей шириной более 5 м по дну производятся дополнительные
многократные перемывы одних и тех же масс грунта. При одно-
временной работе нескольких водолазов расстояние между ними
должно быть не менее 10 м. Направлять струю в сторону дру-
гого водолаза запрещается.
4. Подводная сварка и резка металла
ф Каковы основные способы подводной сварки и резки ме-
таллов?
При монтаже и ремонте подводных металлических конструк-
ций часто приходится производить сварку и резку.
Дуговая электросварка — основной способ сварки, при-
меняемый в подводных условиях (рнс. 19). Рекомендуется поль-
зоваться постоянным током с силой, увеличенной на 10.. .20 %
по сравнению с силой тока при работе на воздухе. Сварка под
водой производится так же, как и на суше: плюсовой провод се-
чением не менее 50 мм2 от нормального сварочного агрегата
приваривается к свариваемому предмету, а минусовый такого
же сечения присоединяется зажимом к электрогенератору. Ис-
пользуется электрод (металлический, реже угольный) с толстой
водонепроницаемой обмазкой (воском, парафином).
62
О 10 2030 40 50 60
Толщина стали, мм
Ряс. 19. Схема дуговой сварки стали
/ — стержень; 2 — обмазка; 3 — пузырьки газа; 4 — облачко мути; S — козырек; 6 —
дуга; 7 — валка расплавленного металла; в — брызги металла
Рис. 20. Зависимость скорости дуговой резки иол водой от толщины металла
Производительность дуговой электросварки металлическим
электродом ориентировочно может быть определена но формуле
G — alt,
где С — масса наплавленного металла, кг; 1 — сила тока. А; I — время горе-
ния дуги, ч; а — коэффициент пропорциональности наплавки; и=10.
Скорость сварки, м/ч.
feu — G/(F„yt),
где Fu—сечение наплавки. смг; -у — плотность наплавленного металла, г/смэ.
В качестве источников питании при сварке под водой в на-
стоящее время используются автономные агрегаты постоянного
тока ПАС-400, САМ-401, ПС-500, АСУМ-400. Кроме них, в за-
висимости от используемой величины тока, могут быть приме-
нены и другие агрегаты, обеспечивающие напряжение холостого
хода не менее 70...90 В и устойчивую работу. Для этого агре-
гаты должны быть оснащены аппаратурой, позволяющей плав-
но регулировать сварочный ток. Следует отметить, что ввиду
технологических трудностей выполнения и низкой прочности по-
толочных швов применять их при сварке под водой не следует.
Электродуговая резка требует большого расхода электро-
энергии и электродов. Применение этого способа целесообразно
для обработки любых металлов при толщине их не более 30 мм.
При толщине 5...6 мм скорость резания составляет 9... 10 м/ч,
при 25 м—1,5 м/ч, при 55...60 мм — 0,25...0,30 м/ч (рис. 20).
Рассматриваемый способ удобен в работе и наименее опасен.
Его целесообразно применять прн малом объеме резки нетол-
стого металла, особенно в сочетании с подводной сваркой. Он
63
неприменим при повышенных требованиях к качеству и произ-
водительности резки.
Экономически выгодна электрокислородная резка, если она
производится на глубине до 100 м при толщине резки до 120 мм.
1 асплавленный металл, сгорая в струе кислорода, выдувается
ею. Для работы применяются электроды с внутренним каналом
(1—2 мм), по которому подается кислород. В зависимости от
толщины стали меняются сила тока и давление:
С ила Давление кисло-
тока. рода. МПа
Л (кгс/см3)
10 мм ........................... 320 0,4 (4)
20 » 340 0,5(5)
50 » 360 0,6(6)
80 » 375 0,7(7)
100 » 500 0,8(8)
При резке на глубине более 10 м на каждые последующие
10 м глубины следует увеличивать рабочее давление кислорода
на 0,1 МПа (1 кгс/см2).
Водолаз должен иметь возможность свободно перекрывать
подачу кислорода при помощи вентиля в держателе. После того
как водолаз наметит место резки и включит подачу кислорода,
он подает сигнал «дай ток». Касаясь электродом разрезаемого
металла, водолаз производит резку. Ток назначается силой
320...500 А, расход кислорода составляет 6... 10 м:‘/ч, т. е.
в 4... 5 раз меньше, чем при газокислородной резке.
Электро кислородным способом можно резать сталь различ-
ного состава. Резка чугуна, цветных металлов протекает менее
успешно, рез получается широкий с оплавленной верхней частью
и приваренными вдоль нижних кромок продуктами резки. Ос-
новное электрооборудование применимо также и при сварке.
Способ рационален при значительных объемах резки, особенно
в сочетании с подводной сваркой.
Производительность резки стали под водой на глубине до
10 м на 1 м реза приведена в табл. 21.
Водолаз, занятый электросваркой (резкой), находится в элек-
трическом поле, одним полюсом которого является обрабаты-
ваемая деталь, соединенная с обратным полюсом тока, дру-
гим— электрод и неизолированная часть электрододержателя.
Чтобы предупредить возможное поражение током, водолаз дол-
жен быть одет в зимнюю шерстяную рубаху без потертых мест,
могущих пропустить воду, а также иметь целые и прочные ру-
кавицы. у
Все металлические части водолазного снаряжения необхо-
димо покрыть слоем резины или хотя бы электроизолирующего
лака. Переднюю часть шлема рекомендуется периодически об-
мазывать бакелитовым лаком для защиты от электролиза.
64
ТАБЛИЦА 21
Способ резки Ирк толщине металла, мм
5 .. 10 10 ... 15 IS ... 20 20 . . 30 .'0 . . . 40 40 .. . 50
Электро- дуговая Время репки, мни 45.. . 78 78... 108 108... 156 156.. .210 210.. .270 270.. .350
Расход электро- дов. |||Т. 3.. .7 7. .15 15... 40 10.. .80 8».. .120 120.. .150
ЭШСКТ|Ю- к пелород- ii ия Время резки, мин >0.. .23 23...33 33.. .15 15. .60 СО.. .90 00.. .105
Расход кисло- рода, л 350.. .400 400... 500 500...600 600.. .700 700.. 1100 1100.. .1500
Расход электро- дов. шт. 4.. 5 5...6 0. ..К к.. .10 ю.. . 12 12.. .15
ТАБЛИЦА 22
Диаметр
Вид работы электрода. Сила тока. Л
ыы
Прихватка листов толщиной 6 мм н Йо- 4 200 .. . 230
лее
Сварка при толщине листов, мм:
4 ... 6 4 200 ... 230
6 ... 10 5 250 .. . 300
более 10 5 ... 6 300 .. . 400
(I слой)
более 10 5 ... 6 300 .. . 400
(II слой)
Заварка трещин без разделки при тол-
щи не металла, мм:
3 ... 5 4 200 .. . 220
6 ... 8 5 250 .. . 270
более 8 5 270 .. . 300
Заварка трещин с разделкой при тол-
щине металла, мм:
6 ... 8 4 200 .. . 220
более 8 4 220 .. . 240
(I слой)
более 8 5 250 .. . 300
(II слой)
Вырезка поверхности при толщине
металла, мм:
4 ... 6 4 200 .. . 240
6 . . . 12 5 250 ... 300
более 12 6 300 .. . 380
ТАБЛ
Тип агрегата Генератор Номинальный ПР, Номи- нальный ПК. А Пределы регулиро- вания тока. А
Тип Напряжение. В
холостого ходя номинальное рабочее
ПАС-400-VJ. ПАС-400-VIH СГП-3-VI 60 ... 90 65 40 500 120 .. . 400 н 350 ... 600
ПАС-1000 СГ-1000-l 68... 92 65 45 1000 300 .. . . . . 1200
АСД-3-1 СГП-3-VJJl 60. . . 90 65. 100 40 500, 400 120 .. . 600
АСДП-500 СГП-3-VIH 60 ... 90 65, 100 40 500, 400 120... 600
АСБ-300-7 АСБГ-300 ГСО-ЗОО-5 ГСО-ЗОО-5 — 65 65 30 30 300 300 75 . . . 320 75 . . . 320
АСБ-300-2 ГСО-300 47 ... 73 65 30 300 75 . . . 180 175. . . 320
АСБ-300 CMP-2M-VI 50... 80 65, 100 30 30 300, 250 75 . . . 340
CAK-2M-VI смг-гм-vi 50... 80 65, 100 30 30 300, 250 75... 340
ф Как подобрать силу тока, тип электрода и сварочный аг-
регат для сварки разнообразных элементов под водой?
При определении режима подподной электросварки следует
руководствоваться табл. 22, а при подборе электродов и авто-
номных электросварочных агрегатов для подводной сварки —
табл. 23.
ф Какова зависимость между толщиной металла, силой тока
и давлением кислорода ири подводной электрокислородной
резке?
66
ИЦА 23
Двигатель Габаритные размеры агрегата, мм
Тип двигателя Мощность, кВт Частота вращения. мин-1 Мпсса, кг
ширина длина высота
ЗИЛ-164 бензиновый 66 1500 . . . 1700 1900 2670 880 1530
1ДВ-150 дизельный ПО 1500 4000 3920 1500 2100
ЯАЗ-М-2047 дизель- ный 44 1500 2500 2820 1155 2115
ЯАЗ-М-2047 дизель- ный 44 1500 5000 6240 2350 2670
ГЛЗ-320 бензиновый 22 2000 700 1915 895 1655
ГАЗ-320Ж бепэниоиый 18,4 2000 860 1915 895 1655
ГАЗ-МК бензиновый -18,4 1430. . . 1550 850 2080 810 1730
ГЛЗ-МК бензиновый 18,4 18,4 1430 . . . 1550 1430 . . . 1550 950 900 2080 2080 810 810 1730 1730
При подводной резке металла элсктрокислородным способом
установка, помимо источника тока, должна иметь кислородные
баллоны, редуктор, шлапгн, кабели, рубильник, держатели дли
электродон. При таком способе резки применяют специальные
пустотелые электроды с особым покрытием.
В табл. 24 приведены примерные режимы подводной элек-
трокислородной резки.
ф Каково назначение нового полуавтомата, разработанного
институтом электросварки им. Е. О. Патона АН СССР?
67
ТАБЛИЦА 24
Толщина металла, мм Сила тока, Л Рабочее давление кислорода, МПа (кгс/см*)
10 200 0,15 . . . 0,20(1,5 . . . 2,0)
15 220 0,20 . . . 0,30 (2,0 . . - 3,0)
20 250 0,30 . . . 0,45 (3.0 . . - 4.5)
30 275 0,45 . . . 0.55 (4,5 . . . 5,5)
40 300 0,55 . . . 0.65 (5.5 . . - 6.5)
50 320 0,60 . . . 0,65 (6,0 . . . 6.5)
60 350 0,65 . . . 0,70 (6.5 . . - 7,0)
80 350 0.70 . . . 0.90 (7,0 . . . 9.0)
100 350 0.90 . . . 1.10(9,0 . . - U.0)
Примечание I. Таблица составлена для случая резки в вер-
тикальном II горизонтальном положениях на глубине 5 м при длине
кислородного шланга 20 м. 2. Давление кислорода должно быть повы-
шено па: 20 .. . 30 % — при резке снизу; 0.1 МПа (I кгс/см*) — при
увеличении глубины на каждые 10 м сверх S м: 0.175 МПа (1.75 кгс/см*)—
— на каждые 30 м длины кислородного шланга сверх 30 м.
Полуавтомат AI660 (Нептун 5) предназначен для подводной
снарки различных соединений из малоуглеродистых и низколе-
гированных сталей во всех пространственных положениях, им
можно пользоваться в морской и пресной воде. С помощью по-
луавтомата осуществляют подводную сварку трубопроводов
различного назначения, элементов гидротехнических сооружений
и т. п. Сварка производится от источника питания тина
АСУМ-400, имеющего жесткую внешнюю характеристику (U=
= 110 В, / = 450 А).
Техническая характеристика полуавтомата
Подводное напряжение, В ....
Потребляемая мощность. кВт . . .
Диаметр электродной проволоки, .мм
Скорость подачи проволоки, м/ч
Вид и сила тока, А ...............
Полярность ......................
Длина каналов держателя, м . . .
Длина электродной проволоки на ка-
тушке, м .........................
220 (380) частотой 50 Гц
0.6
1.6. .. 2
100 .. . 1000
постоянный. 450
прямая и обратная
3.5
400
5. Подводное бетонирование
ф В чем особенности гидротехнического бетона?
Особенностью гидротехнического бетона являются повышен-
ные плотность, морозостойкость и водонепроницаемость.
Гидротехнические бетоны относятся к тяжелым бетонам н
подразделяются: по прочности на сжатие иа 15 марок — М50,
М75, MI00, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500,
М550, М600, М700, М800; по водонепроницаемости, контроли-
руемой давлением поды 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1,0, 1,2, 1,6, 1,8, 2,0 МПа
(2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 18, 20 кгс/см2) на 9 марок — W2, W4, VV6,
W8, XV10, XV12, XV16, \VI8, W20; по степени морозостойкости
68
(н циклах замораживания и оттаивания) па 11 марок — F50,
F75, FIDO, F150, F200, F300, F400. F500, F600, F800, F1000.
Показатели прочности и водонепроницаемости бетона мас-
сивных гидротехнических сооружений должны обеспечиваться
в возрасте 180 суток. В качестве вяжущего в таких бетонах ис-
пользуется портландцемент вида ПЦ-ДО, ПЦ-Д5, ПЦ-Д20. Ми-
нимальный расход цемента не менее 220 кг/м3. Для гидротех-
нического бетона применяются средне- и крупнозернистые
пески, в которых допускается следующее содержание глинистых
и пылевидных примесей: для зоны переменного горизонта —
I %, а для остальных горизонтов — 2 %.
В качестве крупного заполнителя в гидротехнических бето-
нах используется морозостойкий щебень фракций крупностью
5... 10, 10... 20, 20... 40, 40... 70 мм.
Водоцементное отношение В/Ц в бетонной смеси не должно
превышать 0,6 в подводной части сооружения, 0,65 — в подзем-
ной, 0,45...0,55—при переменном уровне воды; 0,55 — в над-
водной части.
ф Какие существуют методы подводного бетонирования?
Подводное бетонирование — важнейший вид работ в гидро-
техническом строительстве. Из применяемых в настоящее время
способов его выполнения наибольшее распространение полу-
чили методы ВПТ (вертикально перемещающейся трубы), ВР
(восходящего раствора), островковый (втрамбовывание),
укладка бетона в мешках, укладка бетона с помощью бадей
пли кюбелей (самораскрывающнхся металлических ящиков).
Бетонирование начинают после того, как обследовано подго-
товленное основание и составлен акт о приемке, удостоверяю-
щий, что работы выполнены в соответствии с принятыми пра-
вилами.
ф В чем сущность метода ВПТ?
Подводное бетонирование способом ВПТ заключается в ис-
пользовании трубы для подачи бетонной смеси к месту укладки
через толщу воды в условиях, исключающих воздействие по-
следней иа бетонную смесь (за счет устройства предохранитель-
ного ограждения в виде пробки, заслонки и т. д.). Только пер-
вая небольшая доза смеси по выходе из трубы па какое-то
время соприкасается с водой, остальная масса, поступающая
через трубу, конец которой заглубляется в бетонную смесь, с во-
дой не соприкасается. По мере подъема уровня смеси в бетони-
руемом блоке трубу поднимают (перемещают) вертикально
вверх так, чтобы нижний ее конец постоянно находился в бетон-
ной смеси па глубине /.
Если толщина слоя укладываемой смеси превышает 2 м, то
применяют сплошные по длине трубы диаметром 20... 30 см.
69
При большей толщине слоя используют трубы, собранные из
звеньев, изготовленных из листовой стали толщиной 3... 5 мм,
с помощью быстросоединяющпхся фланцев. Стыки уплотняются
водонепроницаемыми прокладками. На верхнем конце трубы
крепят бункер для приема бетонной смеси. В его основании ста-
вят навесной электровибратор мощностью I... 1,5 кВт, который
включают при заклинивании смеси в трубе.
При первичном заполнении трубы бетонной смесью необхо-
димо заранее поставить клапаны или свободно скользящие де-
ревянные или стальные пробки, а также пробки, сделанные из
пакли, мешковины с опилками и др.
Бетонирование подушки котлована может быть успешным,
если использовать для этой цели не одну, а несколько труб
с таким расчетом, чтобы каждая труба могла обеспечить рас-
текание бетонной смеси на площади 20.. .30 м2. Разумеется, ка-
чество смеси на периферийных участках будет несколько ниже,
чем в средней зоне. Исходя из этого расчетный радиус действия
труб принимают меньше предельного (нс больше 6 м). По су-
ществующим нормам расчетный радиус для трубы определяют
по формуле
R = GKJ,
где К — прс.мя сохранения подвижности смеси, ч: /(*=40. ..60 мин: / — интен-
сивность подачи бетонной смеси, м’/ч.
При большом заглублении трубы качество бетонной кладки
улучшается. При повышении интенсивности бетонирования или
применении смеси с наиболее высоким показателем сохранения
подвижности можно увеличить заглубление трубы.
Прн бетонировании способом ВПТ укладываемая бетонная
смесь движется по трубе под действием силы тяжести столба
смеси. Минимально необходимое превышение столба бетона над
водой в различные моменты бетонирования определяется по
формуле
Л = Я- 0.6Н',
где R — радиус действия бе.тоиолитиой трубы, .м; //' — глубина бетонирова-
ния, м.
При выполнении условия /э>2 KJ каждая новая порция по-
ступающей бетонной смеси растекается пол прикрытием ранее
поданной порции и купола шлама, выделяющегося из бетонной
смеси.
Минимальное заглубление трубы в смесь в течение всего
времени бетонирования должно быть не менее I м для глубины
до 10 м (рис. 21) и 1,2 м — для глубин до 20 м. Бетонная смесь
от момента ее приготоиленпя до укладки на место должна со-
хранять свою подвижность, оцениваемую осадкой конуса Н =
= 14... 15 см. Отметка поверхности бетона под водой должна
быть больше проектной на 3...4 см; после достижения бетоном
70
6)
Рис. 21. Подводное бетопнропапис
по способу ВПТ
а — схема бетонирования; I — труба
для подачи раствора; 2 — npncMiiiari
бункер; 3 — опалубка; 4 — уложен и ий
бетон; б — график зависимости по-
движности бетонноб смеси от Т и //
прочности 2,5 МПа (25 кгс/см2) следует удалять верхний сла-
бый слой. Бетонирование надо производить при непрерывной
подаче бетонной смеси в трубу. Персрын при бетонировании не
должен превышать время, равное показателю сохранения под-
вижности смеси К определяемому по графику (рнс. 21, б).
Для подводного бетонирования рекомендуется применять
и качестве крупного заполнителя щебень или смесь гравия фрак-
цией 5... 10, 5... 20 или 5... 40 мм с 30... 50 % и щебня тех
же фракций. В качестве мелкого заполнителя смеси для под-
водной укладки рекомендуется природный или искусственный
песок с модулем крупности Мк=1,6...3,0 и с зернами разме-
ром не более 5 мм. Содержание песка в смеси должно быть
близким к 50 %. Бетонные смеси на гравии должны готовиться
с песком, имеющим Мк=2,2... 3,0. Для смесей на щебне сле-
дует использовать песок с Мк= 1,6... 2,2.
71
♦ В чем сущность метода ВПТ с виброуплотнением?
Укладка литой бетонной смеси методом ВПТ вызывает пе-
рерасход цемента вследствие наличия и смеси избыточной
воды. Одним из простых способов сведения к минимуму веро-
ятности недоброкачественного подводного бетонирования явля-
ется укладка жестких бетонных смесей по методу ВПТ с инб-
роуплотпением.
В качестве крупного заполнителя смесей, предназначенных
для виброукладки рекомендуются щебень, гравий или их смесь
фракций 5...J0, 5...20 или 5...40 мм. Для бетонной смеси на
щебне рекомендуется использовать песок с Мк=1,5...2,2 для
смеси на гравии — песок с Мк=2,3... 3,0.
Применение малоподвижных смесей для подводной вибро-
укладки не допускается, поэтому в любые бетонные смеси вво-
дят пластифицирующие поверхностно-активные вещества. Если
смесь готовят на щебне, используют две добавки: сульфитно-
спиртовую барду (ССБ) и смолу, нейтрализованную щелочью,
воздухововлекающую (СНБ), соответственно в количествах
0,1... 0,25 % и 0,01... 0,02 % от массы цемента. Пластифици-
рующие добавки вводят с водой до затворения.
Бетонная смесь должна иметь следующие характеристики:
жесткость по стандартной методике в пределах 5... 12 е;
осадку конуса смеси на гравии — 3,5 см, на щебне — 6... 12 см.
Жесткие смеси рекомендуется готовить в бетономешалках при-
нудительного действия, при использовании обычных бетономе-
шалок время перемешивания увеличивают вдвое.
Для подачи жестких смесей рекомендуются бетонолитные
трубы диаметром 0,2...0,3 м из цельнотянутых труб со стенкой
толщиной 6... 10 мм. К нижнему звену бетонолитной трубы
с помощью специальных приспособлений необходимо жестко
прикрепить два вибратора типа ИВ-60 (рис. 22) с целью облег-
чения движения смеси по трубе, уплотнения ее, а также для из-
влечения трубы из уложенной смеси. Источником питания каж-
дого вибратора рекомендуется высокочастотный преобразова-
тель типа И-75В. Интенсивность укладки смеси через трубы диа-
метром 0,2 м составляет 4,5...5,0 м3/ч, диаметром 0,3 м —
10... 11 м3/ч. При укладке бетона в скважины, обсаженные ин-
вентарной трубой или пробуренные в скальном грунте, и в обо-
лочки сначала при отключенных вибраторах бетонолитной
трубы следует уложить слой бетонной смеси с осадкой конуса
16...20 см на высоту не менее I м, а затем подавать малопод-
вижную смесь с осадкой конуса 6... 12 см при выключенных
вибраторах. Низ бетонолитной трубы должен быть заглублен
в смесь в течение всего периода ее укладки. Максимальное за-
глубление трубы с работающими вибраторами в несхватив-
шуюся смесь допускаеи-я не более 10 м.
72
Рис. 23. Схема подполного
бетонирования по методу
восходящего раствора (ВР)
/ __ труба для кодами растно-
ра; 2 — лрнсмлыП бункер; 3 —
ограждение трубы; 4 — камеи-
паи неброска
Рис. 22. Крепление вибра-
тора к низу бетополнтиой
трубы
Вибраторы на бстонолитной трубе рекомендуется включать
па время, необходимое для опорожнения приемной воронки от
смеси, а также на 5 мин через каждые 20 мин перерыва между
окончанием укладки предыдущей порции смеси и началом
укладки последующей. Вынужденный перерыв бетонирования
не должен превышать 1,5 ч. При этом трубу при работающем
вибраторе необходимо приподнять, оставив ее заглубленной
в уложенную смесь не больше чем на 2 м. Отсутствие воды
в бетонолитной трубе рекомендуется контролировать с помощью
опускаемого на тросике лаг-стакана объемом 3...4 л (в кем
не должно быть воды).
Результаты контроля за режимом бетонирования должны ре-
гистрироваться в журнале подводного бетонирования.
ф В чем сущность подводного бетонирования по способу ВР
(восходящего раствора)?
Бетонирование способом ВР может быть осуществлено при
заливке крупного каменного заполнителя на глубинах до 20 м
или щебня на глубине до 50 м. Заливку крупного каменного за-
полнителя цементно-песчаным раствором производят в тех слу-
чаях, когда требования к подводной кладке такие же, как к бу-
товой.
Метод ВР предусматривает первоначальную укладку камен-
ного заполнителя, а затем уже бетонирование. Трубы для по-
73
дачи раствора устанавливают перед заполнением объема камнем
или щебнем. Во избежание повреждения трубы ес помещают
в специальные сетчатые цилиндры, сплетенные из арматурной
стали (ниток). Диаметр цилиндра должен в 1,5...2 раза пре-
вышать диаметр трубы, но быть не меньше 20 см. Если бето-
нируются блоки высотой до 2 м, то можно обойтись н без за-
щитных цилиндров (рис. 23).
При подводном бетонировании надо соблюдать следующие
правила:
заливать цементно-песчаный раствор в трубы через прием-
ные вороики (одновременно через все трубы);
принимать максимально допустимый при расчетах радиус
распространения раствора (от каждой трубы) равным 2 м при
щебеночном заполнителе н 3 м — при каменном;
для обеспечения подачи раствора с интенсивностью до 2 м:,/ч
применять трубы диаметром 50...75 мм, от 2 до 3 м’/ч—
75... 100 мм н от 3 до 6 м3/ч — 100... 200 мм;
обеспечивать интенсивность подачи раствора на I м2 пло-
щади не менее 0,2 м3/ч;
использовать раствор с подвижностью, гарантирующей сво-
бодное его растекание при наличии крупного заполнителя
с уклоном I : 5 пли 1 :7 (если подвижность раствора недоста-
точна, чтобы обеспечить эти условия, радиус бетонирования
следует резко сократить).
Для бетонирования применяют цементно-песчаные растворы
состава 1 : 1 или 1:2 с водоцементным отношением 0,65...0,85
и расходом цемента 500... 700 на 1 м:| раствора или 300...
370 кг на 1 м3 кладки.
Для работ используют чистый заполнитель с объемом пустот
40...45 %: рваный камень крупностью 150...400 мм и щебень
крупностью 40... 100 мм. Марка камня (щебня) по прочности
должна быть нс меньше двойной прочности бетона.
Радиус действия трубы при заливке каменного заполнения
определяется по следующим формулам:
при безнапорном бетонировании
R<nPJ<3,
при напорном бетонировании
/?<1,5D(H ;-2fc)<3.
В случае заливки щебеночного заполнения радиус /? опре-
деляют по следующим формулам:
при напорном бетонировании
R < 1,5D (Н + 2Л) < 2;
при безнапорном бетонировании
Р<лР7<2,
где Р—радиус действия трубы, м: Л — интенсивность бетонирования (не ме-
нее 0.2 м’/ч на 1 м1): Р разтин раствора (теста), принимаемый в прелварп-
74
тельных расчетах ранным 5; D — средняя крупность заполнителя, м; // — вы-
сота столба воды над уровнем раствора, м; Л— превышение столба раствора
над уровнем воды (или приведенное к высоте столба раствора давление
в раствороиасосе), м; и— коэффициент крупности заполнителя, принимаемый
равным 0,7 для щебня и I —для камня.
Необходимое превышение столба раствора в трубах над во-
дой в любой момент бетонирования определяется для напорного
бетонирования формулой
ft =-(/? — I,5D//)/(3D) > 5.
Прн бетонировании на глубинах более 2,5 м превышение
столба раствора не нормируется.
Перед началом бетонирования питающие трубы приподни-
мают над уровнем днища блока на 10... 12 см.
ф В чем сущность метода укладки бетона под воду остров-
ным методом?
Рассматриваемый способ укладки бетонной смеси под воду
встречается в практике редко, сущность его заключается в сле-
дующем: каждая последующая порция бетона укладывается и
втрамбовывается в ранее уложенные еще не схватившиеся пор-
ции бетона. Вновь поданный бетон втрамбовывается вибрато-
рами или путем пневматического трамбования в первоначально
уложенный. Расстояние от края откоса до вновь уложенного
бетона должно быть 0,3...0,5 м, марка бетона — не ниже
30 МПа (300 кгс/см2) с осадкой конуса 7... 10 см. Бетониро-
вание следует производить без перерыва, до окончания изготов-
ления конструктивного элемента. Этот способ применим на глу-
бинах до 2 м на хорошо защищенной от волнения акватории
с целью устройства подводных оснований на отлогих каменных
берегах и при ремонте берегоукрепительных сооружений
(рис. 24).
ф В чем сущность метода подводного бетонирования с
укладкой в воду бетона в мешках?
Указанный способ имеет практическое применение при уст-
ройстве временных подводных сооружений, выравнивании скаль-
ного основания и устройстве ограждения, а также в аварийных
случаях. Мешки для бетонной смеси применяют из прочной, но
редкой ткани (за рубежом из нейлона). Для ответственной
кладки бетона рекомендуют мешки из эластичной металличе-
ской сетки вместимостью от 0,01 до 0,015 м3. На берегу их за-
Рпс. 24. Островковый метод под-
водного бетонирования
/ — уложеиныП бетон; 2 — свежая пор-
ция бетона; 3 — опалубка; 4 — направ-
ление уплотнения: S — минимальное
расстояние от откоса бетона (0.3...
0.4 мм); 6— граница раздвижки бетона
после втрамбовывания
75
полняют на две трети бетонной смесью с осадкой конуса 2...
5 см при наибольшей крупности заполнителя 20 мм, завязы-
вают н подают краном водолазу. Масса каждого мешка не
должна превышать 50 кг. Мешки укладывают широкой плос-
костью, плотно один к другому, с соблюдением перевязки швов
и соединяют между собой строительными скобами с заершен-
ными концами.
ф Как осуществляется подводное бетонирование с помощью
бадей или кюбелей?
Подводное бетонирование бадьями или кюбелями применяют
при глубинах до 20 м. Интенсивность укладки бетонной смеси
должна быть такой, чтобы очередная порция укладывалась до
начала схватывания ранее уложенной. Этот способ применяют
для заполнения бетоном полости железобетонных оболочек, ме-
таллических опускных колодцев, колонн-оболочек диаметром
1,6; 2 м и более и некоторых других конструкций или при
устройстве в плотных нсразмываемых грунтах фундаментов ос-
нований под гидротехнические сооружения. Сущность метода
заключается в том, что приготовленную на центральном бето-
носмесительном узле бетонную смесь доставляют к месту
укладки, затем заполняют ею полость бадьи и кюбели (бункер)
и краном поочередно подают под воду.
К недостаткам данного способа относятся необходимость по-
стоянно держать под водой водолаза для контроля за укладкой
бетонной смеси, разравниванием ее и удалением шлама, а так-
же частичная слоистость н вымывание цемента, некоторый раз-
мыв бетонной смеси при выгрузке из кюбелей и бадей, что сни-
жает прочность бетона.
ф Какие типы вибраторов применяются для уплотнения бе-
тона при укладке его в сооружение?
Вибраторы по способу передачи колебаний бетонной смеси
разделяются на внутренние и поверхностные (табл. 25). Уплот-
нение бетона в процессе его укладки является весьма важной
и ответственной операцией. Завершение уплотнения определя-
ется временем, установленным строительной лабораторией для
данного состава бетона.
При вибрировании шаг перестановки глубинных вибраторов
не должен превышать полуторного радиуса их действия, ориен-
тировочно принимается для бетонной смеси с осадкой конуса
4...6 см равным 0,4...0,6 м; шаг поверхностных вибраторов
должен быть таким, чтобы перекрывать провибрированный уча-
сток на 10... 20 см.
Толщину укладываемого слоя бетона при работе глубинным
вибратором назначают приблизительно равной 1,25 длины его
рабочей части; при работе поверхностным вибратором толщина
76
Т А Б Л И Ц’Л 25
Характеристики Внутренние (глубинные) Поверхностные (наружные)
С-825 С-826 С-800 С-801 И-117 (С-414) И-7 (С-413) И-87 С-357
Частота колеба- ний в 1 мни 5800 5800 10 000 12 500 2800 2850 2440 2850
Возмущающая cu.ia. Н 5000 8000 4000 7000, 5700 4000 2400 4000
Мощность, кВт 0.6 1.1 1,2 1.2 0.8 0.4 0.5 0.4
Напряженно. В Габарит рабочей части, мм: 36 36 36 36 36 36 36 220/380
длина 420 430 440 470 1000 900 332 340
ширииа — — — — 500 400 200 260
диаметр 114 133 76 76 — — — —
Масса, кг • 21 29 44 46 49 44 30.5 23
слои должна быть 25 см дли неармированных и слабоармиро-
ванных конструкций, 1.2 см — для силыюармированных. При
однослойном бетонировании необходимо, чтобы время от выдачи
бетона из бетопомси1алки до конца укладки не превышало
время схватывания цемента.
Наружные вибраторы применяют для уплотнения слоя бе-
тона, прилегающего к форме. Для этого их прикрепляют с внеш-
ней стороны формы. Вибраторы перелают колебания через се
стенки.
6. Устройство засыпок и подводных постелей
ф Какие грунты применяются при строительстве гидротех-
нических сооружений?
Для образования территорий, заполнения пазух сооружений,
устройства земляных плотин, дамб и перемычек применяются
качественные, преимущественно песчаные, а также скальные,
песчано-гравелистые, гравелистые и галечниковые грунты. Связ-
ные грунты (глинистые и суглинистые) применяются редко, так
как при этом необходимы специальные меры, исключающие воз-
можность деформации (больших осадок) грунта под эксплуата-
ционными нагрузками.
ф Какие существуют методы повышения несущей способно-
сти грунтов?
Известно, что процесс стабилизации осадки гидротехниче-
ских сооружений, построенных на слабых глинистых грунтах
с коэффициентом фильтрации 10-4...10~9, продолжается не-
сколько лет, что сильно влияет на прочность и эксплуатацию
сооружения. Повысить несущую способность таких грунтов в ос-
77
новациях гидротехнических сооружении можно разными спо-
собами.
Метод дренирования заключается в том, что в толще водо-
насыщенных грунтов основания устраивают вертикальные дре-
нажные скважины (заполняемые чистым крупнозернистым пес-
ком) и сверху дреногоризонтальную песчаную подушку (гори-
зонтальный дренаж). Это позволяет значительно сократить пути
фильтрации отжимаемой из грунта воды. Вода, находящаяся
пол напором от веса сооружения и горизонтальной песчаной по-
душки, отжимается в горизонтальном направлеинп в вертикаль-
ную дрену (скважину) и по ней, не встречая существенного со-
противления, поднимается вверх, где поглощается песчаной по-
душкой. Одновременно происходит движение отжимаемой воды
из мсждре11пого пространства (в результате компрссснп) верти-
кально вверх в песчаную подушку. Использование метода дре-
нирования позволяет значительно сократить сроки уплотнения
(консолидации) сильно сжимаемых водонасыщенных грунтов.
Прп укладке нетканого полимерного материала, последний
выполняет роль дренажа, фильтра и арматуры. Нетканые ма-
териалы, стойкие против солевой короэии, расстилаются на по-
верхность дна и пригружаются грунтом н камнями. 1 азрезан-
ные на полосы и погруженные в толщу водонасыщениых грун-
тов, они применяются для дренирования.
Метод электроуплотнения слабых глинистых грунтов заклю-
чается в том, что при пропуске постоянного электрического тока
от анодов к электродам катодного ряда, расположенных вокруг
массива грунта, происходит снижение уровня папора в грунте,
отток поровой воды и вследствие этого уплотнение грунта. В ка-
честве электродов используются стальные трубы или стержни.
Метод глубинного виброуплотнения применяется для уплот-
нения песчаных подводных оснований, устраиваемых на боль-
шой глубине для возведения иа них гравитационных соору-
жений.
ф Как устраивается постель подводных сооружений?
При строительстве подводных сооружений гравитационного
типа необходимо иметь плотное основание — постель. Постели
служат для равномерного распределения давления по поверхно-
сти основания, предохранения грунта от размыва. При скаль-
ных грунтах в основании сооружений устраивают выравниваю-
щий слой из каменной наброски толщиной 0,5... 1,0 м или из
мешков с бетоном.
I. Плотный грунт находится под толщей слабого грунта —
следует выполнить экскавацию слабого грунта с последующей
отсыпкой плотного (рис. 25, а).
2. Отжатие слоя слабого грунта взрывным способом (рис.
25, б) с последующей отсыпкой из плотного грунта.
78
Рис. 25. Способы уплотнения оснований подводных сооружений
« — замена слабого грунта плотным: / — выемка в слабом грунте; 2 — плотный грунт:
б — отжатие слон слабого грунта взрывом: I — плотный грунт; 2 — взрыв заряда ВВ:
л — отсыпка камня (гривня) с разрушением слабого грунта гидравлическим спосо-
бом: 1 — шаланда с камнем; 2 — отсыланныП камень; 3—подача воды; г — устройство
искусственного основания: /—песочные сван, дрены; 2 —каменная постель; 3 — соору-
жения; д — уплотнение тяжелыми трамбовками: / — тяжелая трамбовка; 2 —уплот-
ненное основание
3. Отсыпка камня-гравия с одновременным разрушением сла-
бого грунта гпдраплическим способом с избыточным давлением
I • 103 4 s Г1а (I атм) (рис. 25, в).
4. Устройство набивных бетонных или песочных сван, дрен
из синтетического материала (рис. 25, г).
5. Уплотнение каменной отсыпки грунта тяжелыми трамбов-
ками (метод динамической консолидации) имеет широкое рас-
пространение в строительной практике (рис. 25, <5). Этот метод
за последнее время получил название ИДУ, т. е. интенсивное
динамическое уплотнение с помощью тяжелых трамбовок с мас-
сой более 10... 15 т, падающих с высоты больше 10 м. Глубина
уплотнения различна в зависимости от вида и характеристик
уплотняемого грунта, массы трамбовки, а также от величины
мощности воды над уплотняемым грунтом.
79
Из этих данных следует, что глубину уплотнении /7 можно
выразить соотношением
Я = тк^Mh ,
где М — масса трамбовки, г; h—высота падения трамбовки, м; т — коэф-
фициент, зависящий от свойств грунта (для глины — 0,65.. .0.75; мелкого и
среднезериистого песка — 0.5; лёсса — 0.6); к — коэффициент реактивного
действии глубины ноды (при глубинах I м — 0,9; 2 м — 0.8; 3 м — 0.74; 4 м —
0,6; 5 м — 0.5; 6 м — 0,4; 7м — 0.3; 8 м — 0,2; 9 м — 0,1).
ф Какие работы выполняют водолазы при строительстве гра-
витационных сооружений?
Для оградительных и причальных сооружений гравитаци-
онного типа устраивают постель из каменной наброски. В со-
став водолазных работ при устройстве каменной постели вхо-
дят: обследование дна акватории в месте отсыпки камня; кон-
троль за правильностью отсыпки щебия н камня; выравнивание
обратного фильтра и каменной постели. Степень точности ров-
иення постели зависит от характера сооружения.
При устройстве сооружений из массивовой наброски допус-
кается грубое ровненис (допускаемое отклонение от проектных
отметок ±20 см), из массивов-гигантов и ряжей — тщательное
(допускаемое отклонение ±8 см), из правильной кладки обык-
новенных массивов — весьма тщательное с допускаемым откло-
нением ±3 см (табл. 26).
ф Каково назначение каменных постелей, устраиваемых под
водой, способы их уплотнения под гидротехнические сооруже-
ния?
Каменные постели предназначаются для распределения на
грунтовое основание нагрузки от веса возведенных на них со-
оружений гравитационного типа. Для устройства каменных по-
стелей применяют природные камни, полученные нз извержен-
ТАБЛИЦА 26
Вид отклонения Величина отклонения, мм
для прямых учветкоп для углов к сопряже- ний
Боевой (фасадной) липни от проект- ной 30 20
Выступы (впадичы) и кладке отно- сительно плоскости 30 20
Наибольший зазор или толщина шва ме;кду массивами 30 20
В перевязке швоч 150 150
По ПЫСОТС отделЫ114х курсов масси- вов 40 30
80
ных, метаморфических или осадочных горных пород (табл. 27).
Для каменных постелей используются рваные камни массой
15... 100 кг. В районах с тяжелыми гидрометеорологическими
условиями марка камней по морозостойкости должна быть 300.
Камень следует отсыпать равномерными слоями с допустимым
отклонением от проектных отметок верха постели (отсыпи)
в пределах ±30 см. Большие пересыпи (равно, как и недосыпы)
камня приводят к большим затратам водолазного труда и дру-
гих ресурсов, увеличивают продолжительность устройства по-
стели (отсыпи) и, как следствие, удорожают работы.
В зависимости от характеристики грунтов основания, раз-
меров, массы камней и высоты отсыпей, осадки последних в пе-
риод строительства и под эксплуатационными нагрузками могут
достичь значительных величин—10 % (а иногда и более) вы-
соты отсыпи.
Если осадкн каменной постели ис стабилизируются, то со-
оружение может получить недопустимые деформации в процессе
эксплуатации и даже иа стадии строительства, особенно в штор-
мовой период, поэтому каменная постель высотой более 0,5 м
обязательно должна быть уплотнена, чтобы осадки были ма-
лыми по величине и равномерными.
Уплотнение каменных постелей статической пригрузкой вы-
полняется в зависимости от типа сооружения, грунтовых усло-
вий, толщин каменной постели и расчетного напряжения грунта,
определенного проектом. Применяется эксцентрисптстиая ирап-
померная пригрузки массивовой кладкой.
Эксцентриситетная пригрузка осуществляется путем времен-
ной установки поверх кладки дополнительных огруэочных мас-
сивов, увеличивающих давление на постель и грунт. Такую при-
грузку выполняют в тех случаях, когда предполагается, что
стейка даст небольшую и равномерную осадку. Огрузочиыс мас-
ТАБЛИЦА 27
Породы Плотность, т/м’ Временное сопротивление сжатию, МПа (кгс/см')
Изверженные
Базальт 2,98 220 .. . 350 (2200 . . . 3500)
Г ранит 2,65 ’ 85 ... 240 (850 . . . 2400)
Диабаз 3,00 170 .. . 260 (1700 . . . 2600)
Доломит 2.55 75 . . . 170 (750 . . . 1700)
Осадочные
Известняк 2,6 18 . . . 55(180 ... 550)
Кварцит 2,7 120 .. . 200 (1200 . . . 2000)
Песчаник 2,27 40 . . . 150 (400 . . . 1500)
81
сивы (обычно тс же, что и для кладки стенкн) устанавливаются
последовательными рядами (курсами). Это позволяет посте-
пенно увеличивать давление на каменную постель и грунт
у более напряженной стороны профиля стенкн до тех пор, пока
не будет достигнуто давление, равное 70...80 % наибольшего
расчетного значения, предусмотренного проектом.
Каждый последующий курс огрузочных массивов укладыва-
ется на нижележащий только после затухания осадок постели.
Отсутствие изменений в отметках после 7 суток свидетель-
ствует о прекращении осадок, и постель считается уплотненной.
Уплотнение каменных постелей подводными взрывами про-
водится под водой. Над поверхностью каменной постели при
помощи поплавков, расположенных и шахматном порядке, под-
вешиваются заряды ВВ. При одновременном взрыве группы за-
рядов создается гидродинамическая волна, часть энергии кото-
рой уплотняет каменную постель. Ударная волна действует во
все стороны с одинаковой силой, нарушает неустойчивую струк-
туру верхних слоев камня и смещает отдельные камни, тем са-
мым способствуя уменьшению степени пустотности постели.
Размещение зарядов (шаг) в плане и по высоте, а также их
масса определяются расчетом. При этом необходимо учитывать
толщину постели и слоя воды над ней, радиус разброса отдель-
ных камней и рассчитать безопасное расстояние от места взрыва
до существующих сооружений или стоящих иа якорях судов.
Для уточнения полученных расчетных значений массы зарядов
и их положения производится уплотнение одного нз участков
постели подводными взрывами с последующей статической
огрузкой опытного участка. Если после огрузки осадки постели
не возобновились, то, следовательно, расчет произведен пра-
вильно и можно продолжать уплотнение других участков без
корректировки расчетных данных.
Такой способ уплотнения каменных постелей значительно
ускоряет и снижает стоимость уплотнения.
Уплотнение каменных постелей при помощи виброуплотни-
теля производится залогами 30... 60 с. Общее время работы
виброуплотинтеля на одном месте 3...5 мин. Впброуплотпяю-
щис устройства бывают разных конструкций. Периодические
удары башмака создают в месте контакта башмака с поверх-
ностью постели уплотненную зону.
ф Как производится тщательное и весьма тщательное равне-
ние постели водолазом?
Тщательное и весьма тщательное ровнение постели с по-
мощью металлической рамы производится следующим образом.
Плавучий кран опускает раму на обозначенное вешками место.
Водолаз, ориентируясь па разбивочную проволоку и маяки, ста-
вит ее в заданное плановое положение, которое проверяется
82
сверху футштоком, устанавливаемым водолазом иа каждом углу
рамы. После этого водолаз освобождает стропы крана. Необхо-
димое высотное положение каждого угла рамы проверяют но
нивелиру. Затем подолаз (по указаниям сверху) при помощи
домкратов устанавливает раму иа необходимую отметку. При
переносе на смежную захватку раму следует одной стороной
устанавливать по ранее выровненной поверхности постели
(рис. 26).
Законченное тщательное и весьма тщательное ровнение уча-
стка постели проверяют нивелиром по сетке 2x2 м. По окон-
чании ровиения на незащищенной акватории каменную постель
надо немедленно пригружать.
7. Основные обязанности водолазов
при производстве подводно-технических работ
ф Чем обусловливается применение водолазного труда при
строительстве гидротехнических сооружений?
Строительство гидротехнических сооружений, как правило,
ведется без устройства ограждающих перемычек, и подводная
их часть возводится в водной среде.
Несмотря на высокую техническую вооруженность н боль-
шую индустриализацию современного гидротехнического строи-
тельства, значительная часть работ выполняется водолазами.
83
♦ Какие обязанности возлагаются на водолазов при строитель-
стве набережных эстакадного типа на колоннах-оболочках?
Водолазный контроль за вибропогружением колони-оболочек
производится с целью выявления наличия недопустимых трещин
и мест разрушений бетона в них. При обнаружении мест разру-
шений, не вызывающих необходимости выдергивания колонны,
водолазы ведут местный ремонт. Если же разрушение настолько
значительное, что требуется заменить колонну-оболочку или
призматическую железобетонную сваю, то водолаз должен на-
дежно ее застопорить, для того чтобы удалить плавучим
краном.
Местные разрушения бетона в колоннах-оболочках устра-
няют следующим образом: сначала пз оболочки грунтососом
удаляют грунт, затем водолазы на место разрушенной части ко-
лонны снаружи устанавливают бандаж (опалубку), произво-
дят тщательную промывку внутренней поверхности колонны-
оболочкн и необходимую ее обработку (устройство насечек и
т. д.), после этого осуществляют подводное бетонирование поло-
сти колонны-оболочки.
ф Какие водолазные работы выполняются при устройстве со-
оружений правильной массивовой кладки?
К водолазным работам при установке массивов правильной
кладки относят: обследование участка акватории, предназначен-
ного для строительства сооружения, закрепление указательных
буйков, устройство основания под сооружение, укладку масси-
вов под водой и контрольную проверку всех выполненных работ.
При водолазном обследовании необходимо выявить наличие
предметов, препятствующих строительству или дноуглублению.
Основания под сооружение из правильной кладки устраи-
вают в виде каменной постели с отклонением от заданной от-
метки ±3 см. Бермы и откосы, если они не прикрываются мас-
сивами, могут быть спланированы с отклонениями Х20 см,
а при наличии массивового покрытия— ±8 см.
Если сооружение устраивают на скальном основании, целе-
сообразно площадку дна выровнять путем укладки подводного
слоя бетона. Для этого поверхность скалы предварительно очи-
щают от наносного грунта и устанавливают опалубку. Чтобы
бетой нс вытекал из-под опалубки, ее уплотняют подсыпкой
песка с наружной стороны с пригружением сверху каменной на-
броской.
Укладка бетона под водой производится по трубам, устанав-
ливаемым в наиболее глубоких местах площадки по методу
ВПТ. Поверхность выравнивают с помощью рельса узкой колеи,
перемещаемого по бортам опалубки.
Перед укладкой первого курса (ряда) массивов выполняют
84
осмотр и контрольные промеры вдоль постели по поперечникам
через 3... 5 м, принимая расстояния между промерными точ-
ками равными 1 ...2 м. Готовность постели для установки мас-
сивов оформляют актом, место установки обозначают буйками.
Перед началом работ по укладке первого курса массивов
водолазы проводят промеры каменной постели и ее осмотр. При
заиливании постели осевший на ней пл удаляют гидромонито-
ром. После этого разбивают и закрепляют разбивочную линию
первого ряда массивов. Укладку массивов производят строго но
проекту. Ширина вертикальных осадочных швов между сек-
циями должна быть вс больше 5 см, а между массивами — не
более 2 см. Увеличение монолитности достигается путем
укладки массивов с перевязкой швов, длина которой меняется
в зависимости от массы массивов. Так, в поперечном разрезе
при массе массива менее 40 т длина перевязки швов составляет
0,8 м, а при массе больше 40 т — 0,9 м.
В продольном разрезе и в плане каждого курса длина пере-
вязки швов при массе массива менее 40 т равняется 0,5 м, а при
массе массива больше 40 т — 0,6 м.
При изготовлении массивов точность линейных размеров
должна составлять i I см.
Первый массив укладывают либо на углу, либо по центру
стенки или головы. Для этого кран с массивом подтягивают
к буйку и массив опускают под воду с таким расчетом, чтобы
до постели оставалось не более 25 см. Затем спускают водо-
лаза, который осматривает положение массива по отношению
к месту его укладки. Окончательную установку массива па
постель производят только по указанию водолаза, который
направляет сто до тех пор, пока массив нс займет проектное по-
ложение.
Разбивку кордонной линии первого курса .массивов под во-
дой производят при помощи длинных железобетонных свай, ме-
таллических швеллеров, балок. При установке последующих
массивов водолаз рейкой проверяет правильность укладки пре-
дыдущих, прикладывая ее к сторонам двух ранее уложенных
нижних пли боковых массивов. Положение каждого массива, ве-
личину швов и бермы следует проверять после укладки каждого
курса (табл. 26). При наличии подводной телевизионной ка-
меры в поле зрения должен находиться шов между устанавли-
ваемыми и ранее установленными массивами.
ф Какие работы выполняются водолазами при установке мас-
сивов-гигантов?
Перед спуском массивов-гигантов на воду водолазы осмат-
ривают подводную часть стапеля и в случае обнаружения неис-
правностей устраняют их. О готовности стапеля к эксплуата-
ции составляют акт.
85
Осадку массива-гиганта (ящика) на плаву рекомендуется оп-
ределять по формуле
Т = (V — 2v)/(Lbn),
где V — водоизмещение массива-гиганта в порожнем состоянии, мэ; v — объем
прилива с каждой стороны массива-гиганта, м3; L — длина массива-гиганта,
м; Ь„ — ширина его прямоугольной части, м.
Для устойчивости массива-гиганта при буксировке и опус-
кании на место необходимо соблюдать следующее условие:
m = p-j- Yw — Ис>0,5,
где m — метацентрическая высота; р — метацентрический радиус: р=
=/-/»’,/( 12 V)-, Ус — ординаты центра тяжести подводного объема и
центра тяжести массииа-гигаита.
Непосредственно перед установкой массива-гиганта на по-
стель значение метацентрической высоты может быть принято
в пределах 0,5>ni>0,2. Глубина воды I в отсеках массива-ги-
ганта рассчитывается из условия затопления массива по фор-
муле
(Н-Т) Lbn = tf.
где Н — глубина погружения, м; f — площадь балластных отсеков, м2.
Доставленный к месту установки массив-гигант центрируют
по продольной оси и затем расшвартовывают над местом его
погружения на постель. После этого открывают кингстоны, по-
степенно затопляют отсеки массива-гиганта водой, в процессе
чего последний погружается под воду.
После погружения водолазы тщательно осматривают поло-
жение массива на каменной постели. Если обнаружится, что он
не занял проектное положение, водолаз закрывает кингстоны,
производится откачка воды из отсеков, и массив-гигант всплы-
вает (примерно на 1 м от постели), затем его повторно уста-
навливают.
Если отсеки массивов-гигантов заполняют песком, то наи-
более экономичным является метод рефулирования. Идеальный
случай — когда песчаные грунты дна акватории позволяют ре-
фулерным снарядом непосредственно транспортировать пульпу
в отсеки. Чаще же всего песок подвозят в баржах н грейфером
плавучего крана отсыпают в отсеки. Если отсеки заполняют
камнем, то последний доставляют к плавучему крану в трюмах
барж, заполнение производится челюстным грейфером. Наибо-
лее скоростной метод — доставка камня в контейнерах (5...
15 м3) и разгрузка их в отсеки плавучим краном.
Стыки между смежными массивами-гигантами, как правило,
заделывают, укладывая бетон в мешках. Подготавливают
мешки иа берегу, затем плавсредствами доставляют их на ме-
сто, плавучим краном на площадках или в контейнерах подают
под воду водолазу, который и заделывает ими стыки, уклады-
вая мешки с перевязкой швов.
При осмотре готовой подводной части водолаз должен об-
86
ращать внимание иа наличие иробони и оголенной арматуры,
убедиться в соответствии профиля постели проектному и в ка-
честве заделки стыков.
♦ Какие виды работ выполняет водолаз при устройстве ряже-
вых гидротехнических конструкций?
Гяжевые гидротехнические конструкции менее чувствитель-
ны к неравномерным осадкам и к неровностям основания, по-
этому при устройстве каменной постели под них применяют гру-
бое ровнение, допускающее отклонение от заданной отметки
±20 см.
Установку ряжей производят при волнении водной поверх-
ности до 2 баллов.
Летом ряжи собирают на береговой, предварительно спла-
нированной, площадке до полной высоты для пригонки венцов
и угловых врубок. После этого верхнюю часть ряжа разбирают,
оставляя 5...6 венцов, и при помощи перекаточных путей и
катков спускают в воду.
Буксировку ряжа к месту установки производят после тра-
ления и водолазного осмотра пути следования (при отсутствии
препятствий). Доставленный к месту установки ряж опускают,
наращивая сверху венцами и ирпгружая окончательно его
камнем.
В зимнее время ряж рубят на льду при толщине льда не
менее 20 см. После вырубки 6...8 венцов приступают к спуску
ряжа на воду. На месте установки ряжа по продольным сторо-
нам его прорубают майиы с размерами в плане несколько более
ряжа, оставляя перемычки по 1... 1,5 м, на которых и удержи-
вается ряж. Перемычки одновременно разрушают взрывами.
Лед из-под ряжа не удаляют, он тает за время нарубки верх-
них вениов.
Работа водолаза при установке ряжа заключается п кон-
троле за правильностью положения устанавливаемого ряжа от-
носительно постели и других ряжей. После установки его водо-
лаз проверяет плотность прилегания ряжа к постели.
ф Какие работы выполняют водолазы при устройстве гидро-
технических конструкций из металлического шпунта?
При забивке металлического шпунта водолазы осущест-
вляют периодический контроль за правильностью положения
забиваемых шпунтии, осматривают стенки, обращая внимание
на наличие (отсутствие) выпучивания отдельных мест, прове-
ряют, нет ли нарушений в замковых соединениях шпунтин и
щелей. При постановке анкерных тяг водолазные работы со-
стоят в вырезке отверстий в шпунтовой стейке, заводке в отвер-
стия концов анкерных тяг, завинчивании гаек и приварке специ-
альных накладок с проушинами.
87
В ряде случае» для ликвидации фильтрации через замковые
соединения шпунтнн, а также исключения прорыва воды под
шпунтом без водолазов не обойтись. К тому же до начала за-
бивки металлического шпунта следует произвести подготовку
основания: уборку отдельных глыб, камней, топляков. Иногда
возникает необходимость в удалении ранее забитого металли-
ческого шпунта под водой с примененном подводной резки
и т. д.
ф Какие работы выполняют водолазы при строительстве при-
чалов уголкового типа?
Перед началом подводного монтажа сборных крупноразмер-
ных железобетонных элементов уголковой стеики (рис. 27) не-
обходимо на опорном пункте работ закрепить две вспомогатель-
ные линии — лицевую (для установки вертикальных плит) и
мористую (для укладки фундаментных плит) и принять с соот-
Рис. 27. Типы уголковых причальных сооружений
а —с контрфорсами; б —с анкеровкой внутренней; о —то же. с пиемией:
/ — каменная постель; 2—— фундаментная, лицевал и контрфорсная плиты; 5 —
отбойное устройство; в — надстройка; 7 — обратная засыпка; в — коитрфнльтр; 9. 10 —
анкерные тяги; // — железобетонная свая
88
ветствующпм оформлением ранее подготовленную каменную по-
стель. Вдоль второй разбивочной линии с помощью плавучего
крана на постель укладывают фиксирующие балки (железобе-
тонные призматические сваи, двутавровые рельсы и т. д.), ко-
торые и закрепляет водолаз. Водолазы выполняют укладку фун-
даментных плит иа готовую каменную постель, причем первую
плиту укладывают в начале температурной секции. Нижние
концы анкерных тяг следует закрепить шарнирно к рымам фун-
даментной плиты, а верхний конец веревками подвесить к вспо-
могательному гаку плавучего крана (рис. 28).
С помощью крана устанавливают лицевые вертикальные
плиты, в верхние рымы водолазы заводят концы анкерных тяг
и закрепляют их в проектное положение. Вертикальные плиты
между собой поверху соединяют металлическими планками, ко-
торые привариваются к закладным частям; стыки между пли-
тами омоиоличивают бетоном.
Все элементы уголковых набережных с большой точностью
изготавливают в заводских условиях. Как уже отмечалось выше,
монтаж набережных уголкового типа можно вести как поэле-
ментно, так и блоками, предварительно собранными на берегу.
Выбор способа монтажа определяется наличием требуемого кра
нового оборудования необходимой грузоподъемности.
Рис. 28. Технологическая схема производства работ по возведению причала
уголкового типа с внутренней анкеровкой
Г —установка фиксирующей балки; 11 — укладка фундаментной плиты; 111 — времен-
ное крепление анкера; IV — установка лицевой плиты: I'— рсфулирование пазухи пес-
ком: I — буек; 2 — фиксирующая балка; 3 — железобетонная фундаментная плита; 4 —
анкер; S — монтажная металлическая планка; S — лицевая плита; 7 — шалаилоразгруж:!-
тсль; 8 — понтон; Я — пульпопровод; 10 — обратный фильтр
89
♦ Каково назначение подводных частей судоподъемных Соору-
жений слипов и эллингов?
Слипы и эллинги служат для подъема и спуска судов, бы-
вают продольного типа, когда направление подъема судна со-
впадает с осью судна, и поперечного — при направлении подъ-
ема перпендикулярно оси судна. Подводные части слипов воз-
водят за перемычками с водоотливом, либо используют труд во-
долазов.
Основные габариты эллингов и слипов зависят от размеров
судов, которые будут перемещаться по ним. Основными дан-
ными являются осадка судна и уклон путей.
Осадку судна ориентировочно можно определить но формуле
7 с = 7>l:i|/(£<M/c6z),
где Реп — спусковая масса судна (обычно составляет */з его водоизмещении
при полной загрузке) т; Ьи— ширина судна по миделю, м: /с—длина судна,
м: б— коэффициент полноты водоизмещении по грузовой ватерлинии; z —
коэффициент, учитывающий неравномерную осадку судна: z=0,8.
Длину подводной части стапеля получают исходя из усло-
вия, что глубина воды на пороге при расчетном низком гори-
зонте будет не менее средней осадки судна при спуске Тс. Глу-
бину на пороге определяют по формуле
Лнор = Те + к + hK -|- а + lb,
где к — запас па осадку: к=0.3 м; hK—высота кильблоков: hK=0,25.. .0.3 м:
а— высота тележки, м: b — база тележки (расстояние между крайними кат-
ками), м; i—уклон рельсовых путей слипов и эллингов.
В зависимости от типа сооружения принимают следующие
уклоны:
поперечные эллинги и слипы:
для малых судов (до 1000 т)............ от I : 8 до 1 : 4
для средних судов (1000 т) .............от 1 : 12 до I : 8
продольные эллинги и слипы:
для малых судов.........................от I : 14 до I : 12
для средних судов ....от I : 20 до 1 : 14
По величине Те и по уклону стапеля назначают длину его
подводной части:
7*с Tc/i.
ф Как устраивается подводная часть слипов на шпально-бал-
ластном основании?
При устройстве на шпально-балластном основании дорожек
подрельсовых путей (рис. 29, о) деревянные или железобетон-
ные шпалы укладывают на балластный слой из щебня. Данная
конструкция судовозных дорожек используется в основном при
строительстве продольных эллингов для небольших судов. Для
разработки выемки подводного котлована применяют землечер-
пальные снаряды, землесосы, грейферные снаряды, подводные
90
бульдозеры. Выемка грунта производится со стороны акватории
по направлению к берегу. Планировку подводного котлована
под проектный уклон ведут водолазы с применением гидромо-
ниторов.
Рис. 29. Схемы конструкций судопоэиых дорожек
Z — железобетонные шпалы; 2 — рельс; 3 — естественная поверхность грунта: 1 — бал-
ласт из щебня; S — сборные железобетонные балки; 6 — песчаная постель: 7 — по
душки нэ монолитного железобетона; 8 — железобетонные сван: 9 — сборные железо-
бетонные капители; 10 — опоры нз железобетонных оболочек; // — диафрагма
91
После разработки котлована отсыпают песчаный грунт, ко-
торый выравнивают с помощью специальных планировщиков.
Поверх песка по направлению каждой дорожки устраивают ще-
беночную призму с последующим весьма тщательным ровне-
иием.
Уплотнение балластных призм под водой в процессе их под-
сыпки достигается при помощи шпалоподбойников и глубинных
площадочных вибраторов, приспособленных для работы под во-
дой. Балласт укладывают слоями 20.. .25 см.
Применяемый балласт должен удовлетворять определенным
требованиям. В случае использования щебня твердых пород
с размером частиц от 25 до 70 мм (максимальный размер
100 мм) допускается их содержание по массе 90 %, а дробле-
ных частиц песка— 100 %. При применении в балласте сорти-
рованного гравия с размером частиц от 3 до 40 мм (максималь-
ный размер 90 мм) его содержание нормируется до 90 %,
а дробленых частиц песка — от 20 до 100 %. Количество карь-
ерного гравия с размером частиц от 3 до 60 мм в балласте не
должно превышать 50...80 %, а дробленых песчаных частиц —
20...50 %.
Судовозные дорожки на щебеночную призму укладывают во-
долазы при помощи монтажной рамы. После установки рамы
с рельсовыми путями на балластное основание водолазы пред-
варительно рихтуют пути, затем при помощи тележки, загру-
женной до расчетной грузоподъемности, производят грузовую
обкатку пути до прекращения осадок. Обкатка считается закон-
ченной, если трехкратная повторная прокатка нагруженной те-
лежки не вызывает дополнительных остаточных просадок пути
более чем иа 1 мм.
При возведении судовозиых путей на песчаном основании по
длине судовозиых дорожек через 8... 10 м по обеим сторонам
забивают временные сван, к которым под водой крепят попере-
чины для последующей укладки иа них судовозиых дорожек.
Допускаемые отклонения для рельсовых путей (в мм) на
шпально-балластное основание следующие:
местные повышения головок рельсов обеих ниток пути при
условии плавного разгона (не более I : 500)........... ±40
превышение головок рельсов одной пли нескольких ни-
ток пути по всей их длине по отношению к остальным пу-
тям .................................................. ±50
превышение головки рельса одной нитки пути в любом по-
перечном сечении........................................ 7
отклонение фактического уклона плоскости подъемных
путей по всей их длине от заданного проектом.......±0.002
колея рельсового пути (расстояние между внутренними
гранями головок рельсов).............................±3
отклонение фактического уклона одного или нескольких
подъемных путей по отношению к уклону плоскости ос-
тальных путей ......................................±0,001
92
ф Как устраивается подводная часть слипов из сборных желе-
зобетонных балок на свайном основании?
Слипы на сваях и отдельных опорах устраивают при зале-
гании в основании их подводной части слабых грунтов слоем
большой мощности, когда замена этих грунтов технико-эконо-
мически не оправдана. Рассматриваемая конструкция основа-
ния слипов может выполняться за перемычкой (насухо) или
возводиться под водой (рис. 29, в, г).
На погруженные в воду сваи и оболочки ставят сборные ка-
пители (или бетонируют монолитные капители), па которые
монтируют балки. Последние вместе с прикрепленными к ним
рельсами устанавливают на опоры с помощью плавучих кранов.
После монтажа балок и выравнивания головок рельсов во-
долазы соединяют рельсы соседних балок накладками. Балки
между собой, а также с капителью и оболочкой омоиоличнва-
ются. Точность монтажа рельсовых путей по железобетонным
плитам или балкам на свайном основании при строительстве за
перемычкой или подводным способом должна быть следующей:
завышение головки рельса по отношению к проектной от-
метке в любом поперечном сечении рельсопых путей, не
более .............................................. 6 мм
превышение головки одной нитки пути над головкой рель-
са второй нитки одноколенного пути в любом поперечном
сечении, не более .................................. 2 мм
превышение головок рельсов одного пути над головками
рельсов смежного пути в любом поперечном сечении, нс
более .............................................. 3 мм
местный уклон по длине горизонтальных рельсовых пу-
тей, не более ......................................-|-0,0005
ф Как устраивается подводная часть слипов из сборных желе-
зобетонных балок на уплотненном песчаном основании?
Подводная часть слипа рассматриваемой конструкции пред-
ставляет собой судовозные дорожки из сборных железобетон-
ных балок, укладываемые иа уплотненные песчаные, или щебе-
ночные основания. Балка дорожки — это двухребрпстая плита
длиной 24...60 м, массой 25...60 т, толщиной 0,15...0.20 м,
шириной 1,8 м. Высота ребра плиты составляет 0,4...0,5 м,
ширина 0,3 м. Через 1,8 м по длине балки в плнте устроены
окна размером 0,9X0,9 мм. Длина балок применяется в зави-
симости от грузоподъемности крана, имеющегося в наличии
(рис. 30).
Сборка подводных путей на металлической раме должна, по
возможности, производиться на берегу, лучше на законченной
надводной части подъемно-спускного устройства.
Спуск рамы — наиболее сложный и ответственный этап стро-
ительства слипа. После обследования и предварительной ниве-
93
Рис. 30. Конструктивное оформление подводной части слипа из железобетон-
ных балок иа уплотненном песчаном основании
лировки головок рельсов, устранения неправильного положения
рамы приступают к рихтовке и обкатке наклонной части подъ-
емно-спускного устройства, используя для этих целей постоян-
ные косяковые тележки слипа, заранее оснастив их нивелиро-
вочными рейками и загрузив балластом.
После четырех-шести проходов приступают к контрольному
нивелированию головок рельсов, одновременно вывешивая от-
дельные участки пути по нивелиру, для того чтобы они соответ-
ствовали проектному положению. Обкатка пути считается за-
копченной, если трехкратная повторная прокатка нагруженной
тележки не вызывает дополнительных остаточных просадок бо-
лее чем на 1 мм.
При сдаче построенного слипа, кроме проекта и рабочих чер-
тежей, предъявляют акт на скрытые работы по водолазному об-
следованию основания перед отсыпкой балласта, фактические
поперечные профили поверхности балластной призмы, акты па
засыпку шпал и их торцов, иа уложенные под водой рельсовые
94
пути, журналы нивелировании головок рельсов после оконча-
тельной подбивки и обкатки подводных путей, продольные и по-
перечные профили положения головок рельсов, а также акт гру-
зовой обкатки.
ф Что следует делать водолазу, если массив-гигант или ряж
при посадке их на основание нс займет правильного положения?
Если установленный массив-гигант или ряж после посадки
па основание займет неправильное положение или водолазом
будут обнаружены неплотности в прилегании днища к постели
по периметру, то балласт частично удаляют, чтобы устанавли-
ваемый элемент всплыл.
После того, как массив-гигант пли ряж всплывет, водолаз
устраняет замеченные дефекты и обеспечивает вторичную уста-
новку.
Убедившись в правильной установке массива-гиганта или
ряжа, водолаз выходит наверх. После этого массив-гигант или
ряж загружают балластом.
ф С какой целью водолаз может опускаться в полость сваи-
оболочки?
В процессе возведения сооружений иа колоинах-оболочках
диаметром более 1,6 м водолаз, в случае необходимости, спус-
кается под воду внутрь оболочки, обследует грунт, определяет
состояние оболочки после погружения, положение ножа, каче-
ство уложенной под водой бетонной пробки, также выясняет
другие вопросы по указанию производителя работ.
Спускаться в скважину после бурения се ниже ножа обо-
лочки водолазу категорически запрещается. Все работы на обо-
лочке во время нахождения в ней водолаза должны прекра-
щаться.
ф Какие требования следует предъявлять к безопасности труда
на водолазных работах?
Установление предельной глубины погружения и допуск к по-
гружению водолаза производятся квалификационной п меди-
цинской комиссиями в зависимости от состояния здоровья во-
долаза, его подготовки. В особых случаях, связанных со спасе-
нием людей, а также при чрезвычайных обстоятельствах может
быть допущен спуск с участием только двух водолазов. Спуск
водолаза на глубину более той, которая установлена для него
квалификационной и медицинской комиссиями, запрещается.
Продолжительность пребывания водолаза под водой, включая
и продолжительность режима декомпрессии, установлена 2,5 ч.
В комплекс операций по подготовке водолаза к спуску вхо-
дят:
95
определение места для размещения снаряжения и оборудо-
вания. одевания и раздевания водолаза;
предварительное определение глубины водоема, характера
грунта, температуры воды, скорости течения;
проверка водолазом исправности снаряжения и оборудова-
ния (водолаз должен расписаться в журнале о проведенной про-
верке).
При посменном использовании водолазного снаряжения раз-
ными лицами перед каждым спуском дезинфицируют фланцы
водолазных рубах и шлемы. Установлены следующие единовре-
менные нормы расхода 96%-пого этилового спирта: на шлем,
фланец или воротник водолазной рубахи — по 10 г перед каж-
дым спуском, для шлангов — по 10 г на 1 м шланга раз в год.
На случай возможного завала грунтом водолаза, работаю-
щего с груиторазмывочиыми механизмами при прокладке тран-
шеи, у места работы должны находиться готовые к действию
грунторазмывочные средства.
Водолазу запрещается спускаться под воду и находиться па
грунте под водой во время опускания или протаскивания трубо-
провода, а также движения плавсредств, производящих подго-
товительные работы. Водолазные спуски для осмотра подвод-
ного трубопровода любого диаметра при гидравлическом, а так-
же пневматическом испытании возможны только после снятия
давления в испытываемом трубопроводе. Работы по установке
железобетонных конструкций: оболочек, массивов, плит п т. д.
разрешается выполнять при скорости течения не более 0.5 м/с.
Водолаз может спуститься под воду для установки железо-
бетонной конструкции только в том случае, если нижняя часть
ее находится на грунте, или тогда, когда верхняя часть кон-
струкции располагается на расстоянии нс более 25 см от ниж-
ней. Во время подсыпки камня без направляющих лотков, труб
и т. п. водолазы должны находиться на поверхности. Водолазу
запрещается проводить осмотры постели под загруженными ша-
ТАБЛИЦА 28
Наименование сооружении Расстояние от сооружеииП. м. для бьефов
нерхнего нижнего
Шлюзы, от липин ворот Насосные станции, от приемных ре- 200 100
100 100
щеток Гидростанции, от липни приема 300 200
или сбора воды Плотины, от тела плотины 300 200
Водосбросы и водоспуски, от ре- 50 30
шеток ограждения Заградительные н аварийные ворота 40 40
96
ландами или иными плавсредствами. В радиусе 50 м от места
работы водолаза должны быть остановлены все работы.
Очистка водозаборных сооружений может быть произведена во-
долазами только после прекращения их эксплуатации.
Границы опасных зон у гидротехнических сооружений, в пре-
делах которых водолазные работы должны выполняться только
с соблюдением требований, обеспечивающих полную безопас-
ность, приведены в табл. 28.
8. Ведение водолазных работ
при отрицательных температурах и в особых условиях
ф Какие требования следует предъявлять к безопасности при
работах со льда и подо льдом?
Водолазные работы зимой разрешается проводить только
после обследования ледяного покрова и определения его несу-
щей способности. Необходимая толщина льда Лл, см, при сплош-
ном покрове может быть ориентировочно найдена по формуле
йл = 14 VF,
где Р — масса установленного па льду груза, т.
При размещении нагрузки у прорези расчетную величину йл
следует увеличивать на 10 %, кромку льда укреплять деревян-
ным настилом.
Для безопасного выполнения водолазных спусков со льда
водолазную технику и другие технические средства можно рас-
полагать на одном месте иа льду не дольше времени, опреде-
ленного по формуле
t = 200 [(Ртах - P)8/(/)max₽)]3.
где t — время стоянки, ч; Ртах — максимально допустимая масса груза при
транспортировке но льду данной толщины (табл. 29), т; Р —масса груза,
для которого подсчитывается допустимое время стоянки, т.
Ограничивать нахождение груза на льду во времени важно,
так как он постепенно погружается в лед и может неожиданно
провалиться. Для определения вида транспорта при передви-
жениях по льду во время водолазных работ можно пользоваться
табл. 29.
При появлении воды на льду, а также весной прочность его
следует считать в два раза меньшей, при наличии сухих ие-
сквозных трещин шириной менее 3 см и глубиной не более по-
ловины толщины льда нагрузка иа лед должна быть снижена
на 20 %.
Измерение толщины льда должно производиться: зимой —
одни раз в 10 дней, осенью и весной, а также зимой при повы-
шении температуры воздуха до 0 °C и выше (иа фоне устано-
вившихся отрицательных температур) —ежедневно.
97
Т А Б Л И Ц?А 29
Масса
груза, т
Толщина
морского
льда, см
Толщина
пресноводного
льда
при темпера-
Предельное
расстояние
до кромки
льда, м
0,1
0,8
3,5
6,5
10,0
20,0
40,0
15
25
30
45
50
70
100
10
20
25
35
40
55
95
5
11
19
25
26
При появлении на поверхности льда трещин и воды водолаз-
ные спуски в данном месте должны быть прекращены.
Горючие и смазочные материалы разрушают лед, поэтому
разливать их на лед запрещается, если же они случайно про-
литы, то необходимо эти места зачистить и засыпать
снегом.
В случае проведения подводных работ при отрицательных
температурах наружного воздуха следует принимать меры про-
тив переохлаждения спускающихся под воду водолазов. К та-
ким мерам относятся: надевание второго комплекта водолазного
белья, ограничение времени пребывания водолазов под водой,
использование отапливаемых помещений (будок) и палаток для
одевания и раздевания водолазов, установка защитных приспо-
соблений или неотапливаемых будок и палаток непосредственно
над майнами.
Для выполнения водолазных спусков со льда проделывают
специальную прорубь размером 2X2 м, края которой со всех
сторон обкладывают досками, а вокруг устанавливают ограж-
дение высотой не менее 1,1 м. В проруби закрепляют водолаз-
ный трап и спусковой конец. Для этого на расстоянии 2...3 м
от края проруби прорубают две лунки, в которые вводят об-
резки бруса с пеньковыми концами. К ним крепится трап и сиг-
нальный конец. В непосредственной близости к проруби ставят
будку или отапливаемую палатку для одевания п раздевания
водолазов. При длительных работах со льда палатку устанав-
ливают над прорубью.
Необходимые меры против переохлаждения водолазов в за-
висимости от реальных условий работы устанавливаются в каж-
дом конкретном случае руководителем работ.
Спуски водолазов не допускаются:
при температуре воздуха ниже —10 °C и ветре более 7 бал-
лов (14 м/с);
при температуре воздуха ниже —15 °C и ветре более 5 бал-
лов (8,5 м/с);
98
при температуре воздуха непосредственно у места спуска
ниже —20 °C.
Во время спусков водолазов под воду при температуре воз-
духа инже 0 °C необходимо иметь достаточное количество го-
рячей воды для отогревания шлангов, шланговых соединений,
травящих н дыхательных клапанов снаряжения и дыхательных
автоматов. При работе подо льдом на водолазной рубахе дол-
жны быть установлены передний н задний автоматические тра-
вящие клапаны.
Чтобы не допустить образования ледяной корки иа дыха-
тельных клапанах, снаряжение надевают в теплом помещении,
затем водолаз быстро погружается под воду. Для предупрежде-
ния замерзания химического поглотителя аппараты перед спус-
ком отогревают в теплом помещении. Перед одеванием водо-
лаза все резиновые элементы водолазного снаряжения во
избежание повреждений должны быть прогреты приблизи-
тельно до комнатной температуры.
При работе в вентилируемом снаряжении водолазу, нахо-
дясь под водой, надо прислушиваться к шуму поступающего
к нему воздуха. При нарушении подачи воздуха он должен пре-
кратить работу и, сообщив об этом ио телефону, выйти на по-
верхность.
При спусках в легководолазиом снаряжении с мягким рези-
новым шлемом рекомендуется надевать поверх шлема различ-
ные защитные приспособления (защитные каски, наклеивать на
шлем защитные полосы из различных материалов и т. д.),
чтобы ие повредить голову о лед.
ф Какие дополнительные меры необходимы для обеспечения
безопасности водолаза при работе в особых условиях?
Прн выполнении водолазных работ в особых условиях по-
гружение водолаза разрешается производить:
в среду, не разрушающую материал скафандра и не являю-
щуюся ядовитой или радиоактивной;
после очистки поверхности воды в случае загрязнения ее
нефтью или нефтепродуктами в месте погружения (например,
с помощью сжатого воздуха);
только в снаряжении, полностью изолирующем водолаза от
воздействия внешней среды при загрязнении воды хозяйствен-
но-бытовыми сточными водами. На водолазной станции должна
быть чистая вода, 0,5 %-ный раствор хлорной извести для обра-
ботки скафандра после погружения. Продолжительность водо-
лазного спуска в агрессивные жидкости (нефть н нефтепро-
дукты) ие должна превышать 1 ч. Повторные спуски после 2,5-
часовой работы в этих условиях в одной и той же рубахе запре-
щаются.
99
Для предотвращения отравления водолаза вредными па-
рами нефти вентиляция скафандра должна быть усилена
в 2...3 раза.
Водолазные спуски в бензин и другие летучие и ядовитые
жидкости запрещаются.
При спусках в заиленную воду или глинистый раствор, плот-
ность которых значительно выше плотности воды, на спускаю-
щегося водолаза необходимо навешивать дополнительный груз
и надевать утяжеленные галоши. Общая масса водолазных га-
лош и грузов должна увеличиваться в соответствии с плот-
ностью среды. Спуски в данных условиях следует выполнять
в вентилируемом водолазном снаряжении. К водолазной бе-
седке, на которой спускается водолаз, надо крепить напорный
рукав с гидростволом, по которому должна подаваться вода от
мотонасоса. Количество подаваемого водолазу воздуха в этих
условиях должно быть увеличено.
Прн работе водолазов в глинистых растворах или заиленной
воде надо применять длинномерные или спиральные шланги.
Погружение водолазов разрешается:
без гидрокостюмов в теплую или горячую воду при темпера-
туре воды нс выше 37 °C (время пребывания под водой не более
25 мин);
в гидрокостюмах при температуре не более 38 °C (время пре-
бывания под водой не более 30 мин);
в вентилируемом водолазном снаряжении — прн темпера-
туре воды не более 40 °C (время пребывания под водой нс более
20 мин):
в вентилируемом снаряжении в двойном комплекте шерстя-
ного водолазного белья, рабочем костюме и меховых длинных
чулках при температуре воды ниже 5 °C;
в вентилируемом снаряжении и шерстяном водолазном
белье, рабочем костюме и меховых длинных чулках при темпе-
ратуре воды от 5 до 15 °C;
в скафандре, надетом на рабочий костюм, при температуре
воды более 15 °C;
в гидрокомбинезоне «сухого» типа, надетом на шерстяное во-
долазное белье, — при температуре воды ниже 20 °C, или на ра-
бочий костюм — при температуре воды 20 °C;
в гидрокостюме «мокрого» типа — при температуре воды и
времени пребывания, указанных в эксплуатационной докумен-
тации гидрокостюма.
При работах в узких местах (люки, Головины, соединитель-
ные трубы между колодцами и т. п.) водолаз должен прохо-
дить в них ногами вперед, а возвращаться головой вперед. Про-
ходить в отверстия диаметром менее 700 мм водолазу запре-
щается.
К спускам и работам в особых условиях допускаются нап-
100
более опытные н физически крепкие водолазы. Такие спуски и
работы должны выполняться в присутствии водолазного специа-
листа и водолазного врача (фельдшера).
ф При какой температуре замерзает морская вода?
Морская вода, в отличие от пресной, нс имеет определенной
точки замерзания: температура, при которой начинают образо-
вываться кристаллы льда, зависит от солености. При средней
для океана солености (35 %) температура замерзания равна
—19 °C. При образовании льда большая часть солн остается
в воде, что снижает температуру замерзания.
ф Почему лед плавает?
Если бы плотность воды при замерзании увеличивалась, как
у большинства других веществ, то образующийся на се поверх-
ности лед тонул бы. Однако вода обладает свойством при ох-
лаждении до некоторой температуры (4°C для пресной воды),
близкой к точке замерзания, сначала увеличивать плотность,
а затем при дальнейшем охлаждении расширяться и при темпе-
ратуре О °C занимать объем на 11 % больший, чем при темпера-
туре 4 °C. При замерзании воды в замкнутом пространстве и
превращении ее в лед происходит увеличение объема, что и
приводит к возникновению избыточного давления, достигаю-
щего 250 МПа.
Прозрачный лед имеет плотность 0,9 г/см3, прочность его
примерно в 2 раза больше, чем мутного.
Основные физико-механические свойства льда следующие:
удельная теплоемкость, кДж/(кг- °C):
при 0 °C.......................................... 2,09
при 35 °C.......................................... 1,88
удельная теплота плавления, кДж/кг.................... 335
плотность, г/см*......................................0,92
теплопроводность, Вт/(м-°С) 2,38
предел прочности, МПа:
сжатие ........................................... 15,0
растяжение ......................................... 2,0
изгиб............................................... 4,5
срез ............................................. 1,5
предел прочности иа перелом при динамических на-
грузках, МПа.......................................... 0,5
модуль упругости, МПа ............................ 10 000
модуль сдвига, МПа................................ 3 500
коэффициент Пуассона.............................. до 0,435
ф Какими способами устраивают майны?
Майны в ледяном покрытии выполняют взрывным способом
или механической резкой. Первый способ дешевле и требует
меньше трудозатрат по сравнению с другими способами устрой-
ства майн, его недостаток — образование неровных кромок льда
101
с нарушенной структурой. Для резания льда толщиной 400 мм
рекомендуется пила типа «Дружба».
Техническая характеристика бензомоторной пилы tДружба»
Рабочая длина пилы, мм .......................... 400
Ширина развода пилы, мм...................... 8,2
Скорость движения цепи, м/с .................... 8
Мощность двигателя, кВт .................. 2,95±0,4
Расход бензина па 1 ч работы, л .................. 2,5
Масса, кг........................................ 10,8
Габаритные размеры, мм:
длина....................................... 850
ширина........................................ 460
высота ....................................... 500
Специальными ледорезными машинами (табл. 30) можно ре-
зать лсд толщиной до 1600 мм (рнс. 31).
ф Как производятся ледокольные работы и их механизация?
Ледокольные работы проводятся при устройстве гидротех-
нических сооружений в зимнее время и включают пробивку
лунок, борозд, вскрытия и очистки майн.
Прн значительных объемах этн работы механизируются.
Для колки и резки льда применяют специальные машины. Для
этой цели может быть использован также пневматический бе-
тонолом с наконечником, подобным концу пешни. По условиям
прочности льда бывает невозможно применение таких механиз-
мов, как краны, тракторы, автомашины, бормашины и др.
В указанных случаях используются: пешни (рис. 32), сачки,
шесты, снастн, веревки.
Пешня состоит из железного стержня, нижний острый ко-
нец которого наваривается твердой сталью, а верхний делается
в виде трубки, в которую вставляется деревянная ручка (чаще
всего березовая).
Масса пешии с ручкой составляет от 3,5 до 4,5 кг, длина
пешпи 0,75... 0,9 м; длину ручки назначают в зависимости
Рис. 31. Схема устройства прорезей
1 — лед; 2 — бйровая машина; 3 — бары; 4 — прорези
102
ТАБЛИЦА 30
ЛР-П
ЭЛМ-2
ДЛМ-1
лм-з
ЛМ-1000
МЛМ-ПУ
лс
СЛУ-80Э
СЛУ-80Б
млз
ЛМФ-ГПИ-41
(самоходная
ледорезная ма-
шина)
ЛМФ-ГПИ-34М
(самоходная
ледорезная ма-
шина)
ЛМФ-ГПИ-72
Марка
ледорезной
машины
900
40
60
Двигатель
0
Электри-
ческий
900
900
1000
1000
2000
2000
1000
1000
1100
1600
1000
1600
40
40
95
120
70
ПО
200
200
250
350
250
300
70
70
120
100
20 ... 90
35... 70
75
75
90 ... 130
90
120 .. . 400
400
Бензино-
вый
Электри-
ческий
Бензино-
вый
4,5
7,5
16,2
14,0
14,0
14,0
14,0
7.0
16,2
51,5
54,5
51,5
Сдвоен-
ный
цепной
бар
Фреза
Цепной
бар
Фреза
2
2
2
2
2
2
1
I
2 . . .3
1
от толщины льда. Пробивку лунок пешпей ведут от центра
к краям слоями (на глубину расколки льда пешней). Колотый
лсд вынимают сачком или лопатой.
Пробивку борозд канав шириной I5...30 м (в зависимо-
сти от толщины льда) начинают с пробивки лунки. Лед колют
от середины борозды к ее краям на полную толщину до
воды.
Вскрытие майны способом потопления льда под лед вы-
полняется в следующей последовательности: сначала проби-
вается продольная борозда, затем борозды, перпендикулярные
к ней, длиной, равной требуемой ширине с запасом 0,5 м. Рас-
стояние между поперечными бороздами принимается 10...
ЮЗ
12 м. После пробивки борозд лед колется на карты площадью
приблизительно 4x2,5 м, которые топятся под лед. Делается
это так: между двумя поперечными бороздами на расстоянии
2,5... 3 м от продольной, устанавливают пешни в одну ли-
нию. После нескольких совместных ударов лед дает трещину.
Отколотая карта льда переворачивается и утапливается под
лсд. Льдины переворачивают, так как снизу лед более глад-
кий. На рис. 33 показан процесс устройства майны способом
потопления льда под лед. При устройстве майн лед разраба-
тывают ледорезом, представляющим собой особую циркульную
пилу, устанавливаемую на санях. Пила приводится в движение
от электродвигателя мощностью 8,5 кВт, частота ее вращения
720 мин-1.
ф Каковы методы борьбы с шугой?
Большим препятствием для эксплуатации водоприемников
является шуга. К тому же при шуге почти исключаются водо-
лазные работы. Шуговые процессы являются следствием пере-
охлаждения всей массы воды. Всплывая на поверхность, шуга
образует шуговый ковер, представляющий опасность при ра-
ки
Рис. 33. Устройство майны
а — исрсвсртиииине карты льда; б — затопление карты под лед; в —вскрытие маПпы
способом затопления льда под лед: / — вырезаемая карта льда и ее перевертывание:
2 — подготовка к затоплению: 5 — основной массив
боте водолазов под водой. К эффективным средствам борьбы
с шугой относятся запани — пространства, ограниченные пла-
вучими бревнами толщиной 20...22 см, образующими помост,
к которому вертикально прикрепляют дощатые щиты, опускае-
мые в воду на 1 ... 2 м. Шуга, находящаяся в верхней части по-
тока, задерживается на стенках щитов. Если шуга идет по
всему живому сечению реки, щиты опускают до дна, преду-
смотрев в них большое количество щелей.
В тех случаях, когда возможны подвижки льда против шуги
устраивают сетчатые заградители (рис. 34). Сетки крепят
к понтонам на пути движения шуги. Понтоны удерживаются
105
Рис. 34. Устройство для борьбы с шугой
а — сетчатые заградители: / — якорь; 2 — рабочий канат; 3 — понтов; 4 — сетка загра-
дительная; 5 — шуга; б — 11нсвмог11драпличсскнП насадок: / — гидравлическое (внут-
реннее) сопло: 2 —кожух-насадка; 3 — воздуховод
канатом, закрепленным на берегах. Верхняя часть сетки кре-
пится к самим понтонам, нижняя удерживается якорями на дне
реки. Длина сетки 25... 30 м, ширина равна расстоянию ме-
жду понтонам».
Гидротехническое давление на сетки определяется по фор-
муле
Тс -- Kmbhtfl,
где к—коэффициент перегрузки: к= 1.0.. .1.5; ш — масса единицы объема
106
воды: m= 1000/9.81-102 сг-кг/м*; b — ширина сеток, равная расстоянии! ме-
жду понтонами, м; h — толщина слоя шугн, на которую действует поток, м;
v — скорость потока, м/с.
Усилие в канате заградителя определяется по формуле
Тт=рР/(8/),
где р—нагрузка па 1 м длины каната; I — расчетная длина каната (расстоя-
ние между береговыми опорами); f — стрела провисания.
Величину р можно определить, приняв, что гидродинамиче-
ское давление на сетки распределяется на канат н якоря рав-
номерно в момент закупорки русла шугой (коэффициент к
принимается равным 1):
р = 0,257’с/нЛо2/6.
Определение количества и массы якорей производят исходя
из величины сдвигающего усилия на ширину пролета (Qi =
=0,5р6). Задаваясь числом якорей п на один пролет сетки,
можно найти усилие на якорь Q = Q,5pb/n.
Массу якоря Q, принимая коэффициент трения о дно fT=
=0,5, можно вычислить по формуле
Q = 0,5р6/(л/т).
ф Какими способами поддерживается незамерзающая майна?
Поддержание незамерзающей майны обеспечивается пода-
чей сжатого воздуха под воду или теплых вод с глубин водо-
ема на поверхность насосами или потокообразователямп.
Зависимость размеров майны от температуры воды, рас-
хода воздуха пневматической установки и глубины погружения
трубопровода Н приведена в табл. 31.
Воздухопровод следует размещать выше дпа водоема на
0,5 м. На определенной глубине его необходимо удерживать
якорями и поплавками.
Запас плавучести поплавка определяют по формулам:
при направлении потока сжатого воздуха вниз
ш = (Рт —785D«)/i;
при направлении потока сжатого воздуха вверх
w Рт —785(D2--D2)/i,
где Di — внутренний диаметр трубы; /, — расстояние между поплавками;
О — наружный диаметр трубы; Рт — масса 1 м трубы; I — длина трубопро-
иода.
Чтобы предупредить всплытие трубопровода, при устрой-
стве воздухопроводов из пластмассовых и металлических труб
необходимо обеспечивать пригрузку. Массу пригрузки при рав-
номерном расположении ее вдоль трубы определяют по фор-
муле (785/) 2—Рг)1.
Потери воздуха в системе принимают 0,12...0,14 м3/мин,
диаметр отверстий сопел — 1 ... 2,5 мм.
107
ТАБЛИЦА 31
Температуря водоема на уровне распо- ложения возду- хопровода. ‘С Расход воздуха на 1 м установки, л/мнн Ширина маЛны,м Шаг между отверстиями сопел, м
4 1 . . . 3 Н н
3 2 . . . 4 0,9// 0,8//
2 3 . . . 6 0,75// 0.7//
1 5 . . . 12 0,5// 0,4//
0,5 8 . . . 20 0.3// 0,25//
Для пневматических установок применяют пластмассовые
(ппнипластовыс и полиэтиленовые) трубы. Их основные физи-
ко-мехапичсскис свойства приведены ниже:
Плотность, т/м’ ................
Предел прочности, МПа:
при разрыве ................
при изгибе .................
при кручении ...............
Относительное удлинение при раз-
рыве, %.........................
Теплостойкость, °C .............
Удельная теплоемкость, кДж
(кг-°С1 .......................
В ни и пл остовые Полиэтиленовые
1,35... 1,40 0,92... 0,93
40,0 .. . 60,0 12.0 . . . 16,0
100,0 . . . 120,0 12,0 . . . 17,0
47,0 —
10 ... 25 150 ... 600
65 60
1,13 . . . 1,22 2,09 . . . 2,85
Технические параметры труб представлены в табл. 32.
ТАБЛИЦА 32
УсловныП проход, мм НвружныЛ диаметр, мм При рабочем давлении. МПа
ДО 0,25 до 0.6
толщина стенки. мм масса, нг толщина стенки, мм масса, кг
6 10 __ 2 0.07
8 12,5 — — 2,25 0,1
10 15 — — 2,5 0,14
15 20 — — 2,5 0,19
18 22 — — 4,5 0,34
20 25 2 0,2 3 0,29
25 32 3 0,38 4 0,49
32 40 3,5 0,58 5 0,77
40 51 4 0,83 6 1,19
50 63 4,5 1.17 7 1,74
60 76 5 1,56 8 2,39
70 88 6 2,2 — ——
80 96 6,5 2,53 — —.
90 102 6,5 2,78 —
100 114 7 3,3 — —
125 140 8 4,64 — —
150 165 8 5,6 — —
108
С целью потокообразования для поддержания майн винт
с пропеллером опускают на глубину 0,5...0,7 м, скорость его
вращения достигает 500... 600 об/мин. Вращаясь винт вовле-
кает в движение большую массу воды. Иногда применяют на-
сосы производительностью 400... 1500 м3/ч. При длительных
низких температурах потокообразователи надежно поддержи-
вают майну шириной до 20 м и длиной до 65 м.
Производительность и мощность потокообразователей оп-
ределяют по формуле
Q = FS/[1000ync(/H-/n)),
где Q — необходимый расход теплой поды, подаваемой потокообразонатслсм;
F— площадь майиы; S — теплоотдача; — плотность поды; с — удельная
теплоемкость поды; tu — средняя температура поды на выходе нз потокообра-
зователя; /п—средняя температура воды у ледяной кромкн.
Ниже приводятся показатели теплоотдачи S, Вт/м2-°С, для
различного состояния поверхности водоема при температуре
воздуха —20 °C и скорости ветра 10 м/с;
открытая водная поверхность ................635
лед толщиной, см
5.......................................263
10......................................207
15...................................... 33
20..................................... 31
Имея расход Q — и задавшись напором установки /У, мо-
жно рассчитать мощность потокообразователя:
N = 4.5- IO-^bQ/A
ф Какие существуют современные способы борьбы со льдом
на ГТС?
Для борьбы со льдом иа ГТС наиболее рациональны и эко-
номичны тепловые способы, особенно различного рода электро-
обогревы.
На судоходных плотинах хорошо зарекомендовали себя от-
работавшие моторесурс газотурбинные авиадвигатели для рас-
тапливания тонкого слоя льда, образующегося на фермах.
В основе этого способа лежит плавление льда высокотемпера-
турными (до 600 °C) газовыми струями. Для этих целей при-
меняют тепловые машины типа ТМ-59, ТМ-59Б, TM-6I, АГМ-1
и другие установки с двигателями BK-I, АИ-20, M70I, Ф500.
Основной недостаток таких установок — низкий коэффициент
полезного действия (около 20 %).
Для защиты водозаборных сооружений от шуги применя-
ется пневмозащита.
Для образования незамерзающей акватории и поддержания
ее, а также для борьбы с наледями на стенках сооружений ис-
пользуется пневмогидравлическая установка, рабочим органом
109
которой является система пневмогидравлических насадок (см.
рис. 39, б).
Конструкция пневмогидравлической насадки состоит из соб-
ственно насадки 1, заключенной в кожух 2 таким образом,
чтобы внутреннее сопло оказалось соосным с соплом кожуха
и воздуховода 3. Гидравлическое сопло с помощью трубопро-
вода соединяется с напорной ветвью иасоса, а внутренняя по-
лость кожуха с помощью воздуховода 3 сообщается с возду-
хом атмосферы.
При установке насадок на глубине до 4 м соотношение
между диаметрами наружного и внутреннего сопел составляет
2...3, прн глубине >4 м—1,2... 1,8. Шаг расстановки на-
садок 1... 2 м. Параметры насоса установки должны удовле-
творять следующим требованиям в расчете на 1 м установки:
подача 4... 7 м3/г, напор 30... 60 м, мощность 0,5... 1 кВт.
Для борьбы с обледенением ГТС применяют нагревательные
элементы в виде тонких (1 ...2 мм) листов нз электропроводя-
щих термостойких кремнийорганнчсскнх соединений с графи-
том и электропроводящих резин с двусторонними изолирую-
щими слоями. Надежный контакт между бетоном и нагрева-
телем обеспечивает клеевая композиция из промышленных
продуктов ВГО-1 и эпоксидной смолы ЭД-5, а также кремний-
органический клей КГ-30.
ф Какие покрытия рекомендуется применять для снижения
сцепления со льдом
В настоящее время находят применение эмали ЭП-5162, со-
стоящие из основы — ЭП-5162 (100 мае. ч.) и отвердителя —
полиэтилсиполиамииа (9,6 мае. ч.). Основа и отвердитель сме-
шиваются за 30... 40 мин до употребления. Срок годности
эмали после введения отвердителя — от 2 до 5 ч при темпера-
туре 18... 22 °C. Эмаль наносится на окрашиваемые поверх-
ности по грунту — шпатлевке ЭП-00-10 или прочно держа-
щимся старым лакокрасочным покрытиям — малярными или
валиковыми кистями.
Покрытия на основе эмалей ЭП-5162 устойчивы в атмосфер-
ных условиях при температурах от —40 до +60 °C. Расход
эмали на однослойное покрытие составляет 140... 150 г/м2,
плотность эмали при 18... 22 °C— 1,5±0,2 г/см3, плотность су-
хой пленки белой эмали ЭП-5162— 1,289 г/см3, шаровой —
1,261 г/м3, черной— 1,312 г/см3.
Для получения качественного покрытия с высокими защит-
ными свойствами окраска поверхности производится при тем-
пературе ие ниже 5 °C и относительной влажности не более
98 % по схеме: грунт-шпатлевка ЭП-00-10—1 слой, эмаль
ЭП-5162—2 слоя, кремиийорганическая составляющая иа ос-
нове ГКЖ-94—1 слой.
по
Раздел II
ПОДВОДНЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ,
ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ И КАБЕЛИ
1. Требования, предъявляемые к укладке
подводного трубопровода
ф Каково назначение подводных трубопроводов?
Подводные трубопроводы подразделяются на пять классов.
К первому классу относятся подводные переходы магистраль-
ных трубопроводов, ко второму — трубопроводы на морских
нефтегазовых месторождениях, к третьему — такие же трубо-
проводы, но проложенные в районе морских нефтеиричалов при
глубине воды до 20 м, к четвертому — трубопроводы в морских
портах (акваториях), по которым сбрасываются сточные воды,
и, наконец, к пятому — трубопроводы различных водозаборных
сооружений.
Трубопроводы различаются по конструкции в зависимости
от свойств перемещаемого продукта, величины давления, ока-
зываемого на трубопровод водной средой, от факторов внеш-
него воздействия.
Подводные трубопроводы бывают напорные и самотечные.
Трубопроводы, подвергающиеся внутреннему давлению свыше
1 МПа (10 кгс/см2), относятся к высоконапорпым, испытываю-
щие давление менее 1 МПа (10 кгс/см2)—к иизконапорным и
безнапорным (самотечным).
Все трубопроводы делятся на три группы: транспортирую-
щие пресную воду и проложенные через реки н водоемы; соору-
женные в морских акваториях; пересекающие болота и уло-
женные в траншеи или каналы, заполненные водой. Это деле-
ние обусловлено применением для строительства трубопроводов
в морских, озерных и речных условиях различных по конст-
руктивным особенностям технических и плавучих средств, име-
ющихся в распоряжении строительных организаций.
Подводные трубопроводы прокладывают чаще всего в две,
три и более линий (ииток) и, как правило, в прибрежной части
заглубляют в грунт. Нитки трубопроводов укладывают в об-
щей или раздельных траншеях. В первом случае расстояние
между трубопроводами не должно быть меньше 0,9... 1 м
(в свету). Это делается для того, чтобы создать водолазу в вен-
тилируемом снаряжении нормальные условия работы. При
111
укладке каждой нитки в отдельной траншее расстояние между
трубопроводами должно быть не менее 50 м.
Трубопроводы, уложенные под водой, могут быть изготов-
лены из металла, железобетона или пластмассы. Встречаются
трубопроводы, отдельные элементы которых сделаны из раз-
личных материалов. Предпочтение следует отдать металличе-
ским трубопроводам: они более надежны, отличаются высокой
прочностью.
Большое распространение в практике подводно-технического
строительства могли бы получить железобетонные трубопро-
воды, однако их применение ограничено из-за сложности уст-
ройства плотных и прочных стыков, а также необходимости
избегать действия продольных усилий и изгибающих напряже-
ний при укладке железобетонных труб. Пластмассовые трубо-
проводы успешно применяются для водоснабжения, транспор-
тировки сточных вод и в других целях.
Для морских подводных трубопроводов, транспортирующих
сточные воды, в настоящее время используют полиэтиленовые
трубы диаметром до 1400 мм. Полиэтилен имеет достаточную
прочность, устойчив к химическим воздействиям, обладает ма-
лой плотностью (0,94 т/м3). Кроме того, соединения полиэти-
леновых труб и монтаж их выполняются довольно легко. Со-
противление растяжению не превышает 25 МПа (250 кге/м2)
ф В чем заключаются подготовительные работы по укладке
трубопровода под воду?
Перед укладкой подводных трубопроводов осуществляется
водолазное обследование трассы прокладки, включающее раз-
бивку трассы, промеры глубин.
Разбивка трассы начинается с закрепления иа берегу створ-
ных знаков на расстоянии 3... 5 м от спусковой дорожки; при
работах в ночное время знаки освещаются. Установка допол-
нительных двух пар створных знаков необходима при разра-
ботке береговых траншей земснарядом или при обследовании
трассы прокладки трубопроводов. Знаки ставятся на противо-
положных берегах (по одному), если трасса проходит посре-
дине бухты (пролива). Расстояние между плавучими створ-
ными знаками составляет 200... 500 м, ставятся они по оси
трассы. Если трубопроводы укладываются по дну акватории
шириной, превышающей 10 км, то расстояние между знаками
принимается не меньше чем 0,5 км.
Промеры глубин выполняются на полосе шириной примерно
40... 60 м. Вдоль трассы будущего трубопровода расстояние
между промерными профилями принимается от 25 до 100 м,
и в поперечном направлении — от 10 до 15 м. Промеры должны
быть точными (допускаемые отклонения 5... 10 см).
112
После определения глубины приступают к уточнению про-
дольного профиля трассы прокладки, составляя при необходи-
мости поперечные профили на участках разработки траншеи.
В период обследования и начала работ определяют скорость
и направление течений иа расстоянии 0,2 м от диа и 1 м от
поверхности, используя для этих целей стандартные вертушки.
Водолазное обследование трассы делается для установле-
ния факторов, влияющих на прокладку и эксплуатацию подвод-
ной магистрали. Водолаз осматривает поверхность грунта иа
всем протяжении трассы, выявляя наличие препятствий, кото-
рые могут оказать влияние иа темпы и качество работ. Обсле-
дуют обычно отдельные полосы шириной до 60 м. Водолазное
обследование сопровождается отбором образцов грунта со дна
в нескольких местах вдоль линии будущего трубопровода. Для
этих целей можно воспользоваться специальным грунтоотбор-
ником, способным проникнуть иа глубину 0,5... 1 м. Исследо-
вание образцов помогает выявить характер (категорию)
грунта, определить углы естественного откоса и др. Способ об-
следования выбирают с учетом сложности предстоящих работ и
особенностей участка, где они должны производиться. По
окончании водолазного обследования составляется акт. В нем
обусловливаются способы проведения работ и указываются их
объемы, дается характеристика диа, грунта, скорости течения,
видимости в воде и др. При необходимости вычерчивается
схема участка с указанием обнаруженных на трассе препят-
ствий.
2. Расчет подводных трубопроводов
♦ Как, определить отрицательную плавучесть трубопроводов?
Величина давления воды на трубопровод определяет его
конструкцию и способы укладки. Устойчивое положение трубо-
провода на дне зависит от его массы (табл. 33). Известны слу-
чаи, когда при протаскивании по диу трубопровод силой тече-
ния выбрасывало из траншеи. При гидродинамическом давле-
нии трубе следует придавать повышенную отрицательную пла-
вучесть. При значительных скоростях, вызывающих размыв
русла н берегов, надо увеличивать заглубление трубопровода.
Для того чтобы избежать сноса трубопроводов течением
воды при их укладке, предусматриваются тросовые оттяжки
с якорным закреплением плавучих опор, направляющие в свай-
ные конструкции, а в зимних условиях — анкерные опоры, за-
крепляемые во льду. Все эти устройства рассчитываются в за-
висимости от гидродинамического давления воды. Величина
отрицательной плавучести трубопровода во время его укладки,
113
Т А БЛ И
Наружный диаметр, мм SJ Толщина стенки» мы Масса 1 м трубы на воздухе, кг
Пустая труба Изоляция и футеровка иа трубе Общая масса трубы (графа 3 + + графа 4) Общая масса трубы с водой
1 2 3 4 Б 6
8 62,5 27,6 90,1 165,0
9 70,1 27,6 97,7 171,9
325 10 77,7 27,6 105,3 178,5
11 85,2 27,6 112,8 184,9
12 92,6 27,6 120,2 191,4
8 67,7 37,0 104,7 192,7
9 75,9 37,0 112,9 199,9
351 10 84,1 37,0 121,1 207,2
11 92,2 37,0 129,2 214,1
12 100,3 37,0 137,3 221,1
8 72,8 40,6 113,4 215,4
9 81,7 40,6 122,3 232,5
377 10 90.5 40,6 131,1 231,0
11 99,3 40,6 139,9 239,0
12 108,0 40,6 148,6 246,4
9 92,6 43,8 136,4 267,4
426 10 102,6 43,8 146,4 275,4
11 112,6 43,8 156.4 284,4
12 122,5 43,8 166,3 292.8
9 104,1 50,5 154,6 320,2
10 115,4 50,5 165,9 330,9
473 11 126,7 50,5 177,2 340,7
12 137,8 50,7 188,3 350,3
9 115,4 54,9 170,3 374,8
10 128,0 54,9 182,9 385,9
530 11 140,5 54,9 195,4 397,2
12 153,0 54,9 207,9 407,9
9 137,8 65,8 203,6 496,6
10 152,9 65,8 218,7 510,7
630 11 167,9 65,8 233,7 523,7
12 182,9 65,8 248,7 536.7
9 157,8 75,6 233,4 619,4
720 10 175,1 75,6 250,7 635,5
11 192,3 75,6 267,9 650,9
12 209,6 75,6 285,1 666,6
9 180,0 85,1 265,1 766.1
10 199,8 85,1 284,9 760,9
820 11 219,5 85,1 304,6 805,6
14 278,3 85,1 363,4 856,4
9 202,2 95,9 298,1 936,1
10 224,4 95,9 320,3 956,3
11 246,6 95,9 342,5 976,5
920 12 268,7 95,9 346,6 994,6
13 290,5 95,9 386,7 1013,7
14 312,8 95,9 408,7 1032,7
114
ЦА 33
Масса 1 м трубы а воде, кг
Без изоля- ции и футеровки Заглушен- ная труба Изоляция и футеровка Общая масса снаряжен- ной трубы (графа 7 + графа 9) Масса вытес- ненной воды при погру- жении трубы Масса заглу- шенной сна- ряженной трубы (графа 8-Ь + графа 9)
7 8 9 10 И 12
54,6 —20,4 —1,6 53,0 112,1 —22.0
61,2 —12,8 —1.6 59,6 112,1 —14.4
67,8 —5,2 —1.6 66,2 112,1 —6,8
74,3 2,3 —1.6 72,7 112,1 0,7
80,8 9,7 —1.6 79,2 112,1 8,1
59,1 —29,0 -4.1 55,0 137,8 —33,1
66,2 —20,8 —4,1 62,1 137,8 —24,9
73,4 —12,6 —4.1 69,3 137,8 —16,7
80,5 —4,5 -4.1 76,4 137,9 —8,6
87,6 3,6 —4,1 83,5 137,8 —0,5
63,5 —38,8 —4,4 59,1 156,6 —43,2
71,3 —29,9 —4.4 66,9 156,6 —34,3
79,0 —21,1 —4,4 74,6 156,6 —25,5
85,6 —12,3 —4,4 81,2 156,6 —16,7
94,5 3 6 —4,4 90,1 156,6 —8,0
80,8 —49,9 —4,7 76,1 191,0 —54,6
89,5 —39,9 —4,7 84,8 191,0 —44,6
98,2 —29,9 —4,7 93,5 191,0 —34.6
106,9 —20,0 —4,7 102,2 191,0 —24,7
90,7 —75,3 —5,7 85,0 235,6 —81,6
100,7 —64.0 -5,7 95,0 235,6 —69.7
110,6 —52,7 —5,7 104,9 235,6 —58,4
120.8 —41,6 “—5 7 114,6 235,6 —47,3
100,7 —104,3 —6,0 94,7 280,6 —110,3
111,7 —91,7 —6,0 105,7 280,6 —97,7
122.6 —79,2 —6,0 116,6 280,6 —85,2
133.5 —66,7 —6,0 127,5 280,6 —72,7
120,3 —173,8 —7,4 112,9 384,8 —181,2
133,4 —158,8 - у 4 126,0 384,8 —166,1
146,5 —143,7 —7,4 139,1 384,8 —151,1
159.6 —128,7 —7,4 152,2 384,8 —136,1
137,7 —249.1 —8,6 129,1 491,1 —257,7
152,2 —231,8 —8,6 143,6 491,1 —240,4
167,9 —214,6 —8,6 159,3 491,1 —223,2
182,9 —197,4 """•в 6 174,3 491,1 —206,0
157,1 —347,8 —9.5 147,6 622,4 —357,3
174.4 —328,0 —9,5 164,9 622,4 —337,5
191,5 —308,3 —9,5 182,0 622,4 —3)7,8
242.9 —249,5 —9,5 233,4 622,4 —259,0
176,4 —462,2 —10,9 165,5 771,2 —473,1
195,8 —440,0 —10,9 184,9 771,2 —450,9
215.2 —417,8 —10,9 204,5 771,2 —428,7
234,5 —395,7 —10,9 223,6 771,2 —406,6
253,8 —373,6 —10,9 242,9 771,2 —384,5
273,0 —351,6 —10,9 262,1 771,2 —362,5
115
Наружны»! диаметр, мм Толщина стенкн. мм Масса 1 м трубы «а воздухе, кг
Пустая труба Изоляция н футеровка на трубе Общая масса трубы (графа 3 + + графа 4) Общая масса трубы с водой
1 2 3 4 5 6
10 249.1 107,0 356,1 1141,1
11 273,7 107,0 380,7 1162.1
1020 12 298,3 107,0 405,3 1184,3
13 322,8 107,0 429,8 1204,8
14 347,3 107,0 454,3 1226,3
10 298,4 125,6 424,0 1554,0
11 328,0 125,6 453,6 1578,6
1220 12 357,4 125,6 483,1 1605,1
13 387,0 125,6 512,6 1632.6
14 416,4 125,6 542,0 1657,0
11 382,2 146,0 528,2 2063,2
1420 12 416,7 146,0 562,7 2092,7
тяговые устройства и количество разгружающих понтонов
также зависят от скорости и давления потока воды.
Для практических расчетов горизонтальное гидродинами-
ческое давление рх на подводные трубопроводы можно принять
по графику (рис. 35), где D—наружный диаметр трубы, по-
крытой футеровкой или бетоном, а для случая применения
балластных грузов—приведенный условный диаметр трубо-
провода. При составлении графика учтен кинематический коэф-
фициент вязкости V, см2/с, представляющий собой отношение
коэффициента динамической низкости р. к плотности р.
Коэффициент v зависит от температуры Т:
v = 0,0178/(1 + 0.0337T-I- 0,000221Т2).
Кроме горизонтального давления рх, на трубопровод дейст-
вует вертикально направленная подъемная сила
Ру =
где Ко — опытный коэффициент: Ко=0,3.. .0.4; оЛОц — донная скорость тече-
ния потока, м/с.
Гидродинамическое давление на трубопровод и подъемная
сила пропорциональны квадрату скорости течения, величина
которой переменна и зависит от глубины под уровнем воды.
Так как уровень водоема может изменяться, то рекомендуется
непосредственно перед укладкой трубопровода установить фак-
П6
Продолжение
Масса 1 м трубы в воде, кг
Без изоля- ции и футеровки Заглушен- ная труба Изоляция н футеровка Общая масса снаряжен- ной трубы (графа 7 + 4- графа 9) Масса выте- сненной воды прн погру- жении трубы Месса заглу- шенной сна- ряженной трубы (графа 84- 4- графа 9)
7 8 9 10 II 12
217,4 —567,6 — 12,3 205,1 936.0 -579,9
238,9 —543,0 —12,3 226,6 936,0 —555,3
260,3 -518,4 — 12,3 248,0 936,0 —537,7
281,7 —493,9 — 12,3 269,0 936,0 —506,2
303,0 —469,4 —12,3 290,7 936,0 —481,7
260,4 —870,0 — 14,2 246,2 1308,2 —884,2
286,2 —840,4 —14,2 272,0 1308,2 —854,6
312,0 —810,9 — 14,2 297,8 1308,2 —825,1
337,7 —781,4 —14.2 323.5 1308.2 —795,6
363,4 —752,0 — 14,2 349,2 1308,2 —766,2
333,5 — 1200,7 —16.5 317,0 1745,4 —1217,2
354,9 -1166,2 — 16,5 338.4 1745,4 —1182,7
тичсские поверхностные скорости течения воды по нескольким
створам.
Известен случай, когда трубопровод, уложенный с заглуб-
лением, был оставлен без обратной засыпки в расчете, на то,
что траншея сама наполнится большим количеством наносов
в реке. Однако через десять месяцев трубопровод всплыл со
Рис. 35. График зависимости гид-
родинамического давления на под-
водные трубопроводы от диаметра
трубопроводов и скорости тече-
ния воды при коэффициенте вяз-
кости v=0,0101 см2/с и темпера-
туре воды /«-20 °C
Скорость течения боды, м/с
117
дна реки, так как балластная пригрузка оказалась недоста-
точной.
Таким образом, укладываемый трубопровод должен иметь
обязательный запас отрицательной плавучести (в пределах
1,2... 1,4, а в особенно неблагоприятных условиях — даже до
2). Минимальная отрицательная плавучесть По, необходимая
для удержания трубопровода в створе при укладке, может
быть рассчитана по формуле
По = 1,2px!f,
где рх— гидродинамическое давление, принимаемое по донной скорости по-
тока (см. рис. 35); (— коэффициент трения трубопровода о грунт (для скаль-
ных грунтов значение / составляет 0,65, для песков крупных и гравия — 0,55,
для мелких песков и супеси — 0,45, для илистых и суглинистых грунтов —
0.40).
При протаскивании трубопровода по диу траншеи значение
донной скорости уменьшается на 40... 60 % и тогда выра-
жение для По принимает вид По=0,7рх11-
Поскольку скорость течения у берегов будет минимальной,
а у водозаборных оголовков, установленных в русловой ча-
сти,— наибольшей, рекомендуется По определять по макси-
мальной скорости.
ф Каково распределение скоростей речного потока в подвод-
ной траншее?
Скорости в различных точках речного потока изменяются
как по глубине Н, так и в плане. Типичное распределение ско-
ростей по глубине и в поперечном сечении русла потока пред-
ставлено на рис. 36. Наибольшие скорости — поверхностные,
наименьшие — донные. Донная скорость составляет 0,4... 0,6
от поверхностной. Средняя скорость оср»о0>8н.
Для определения расчетной скорости потока, действующего
на трубопровод, расположенный в подводной траишее, необхо-
димо определить численные значения и закон распределения
скоростей по ее глубине. Изменение распределения скоростей
по глубине на оси траншеи (рис. 36, ж) определяется из выра-
жения
(и — o2)/(t»i — оя) -= (1 — у/Лт)а,
где v — скорость потока в траишее иа глубине у. считая от липни дна тран-
зитного потока; vz— дойная скорость потока в траишее; —скорость по-
тока в траишее иа уровне дна реки, равная 0,9 аЛои.
Значения безразмерного отношения вг/пдон в зависимости
от параметров траншеи ш и 6Т/ЛТ представлены на рис. 36, з.
Пример. Определить расчетную скорость потока, действующего на тру-
бопровод, расположенный на дне подводной траншеи, при условии, что £>=
-=600 мм, /п=1, Лт*=2,5 м, ЬТ“2,5 м, Идоп-=0,8 м/с.
118
Рис. 36. Распределение скоростей речного потока
а —по глубине прк отсутствии ледяного покрове; б —то же. при наличии ледяного по-
крпна: а — п плане на прямолинейном участке русла; г —то же. на крнполнпсЛпом уча-
стке; б —в поперечном сечении без ледяного покрова; в — то же. с ледяным покровом:
ж — расчетная схема для подводной траншеи; з — зависимость о»/оДОи от т u brhr'
/ — при m-I; 2 —m-0,6; 3 — m-0; 4 — m-2,5; « — гидрометрический шест
Но графику для заданных m— 1 и Ьт/Ат=1 находим «2/цдОя=—0,45. дой-
ную скорость и траншее 0а=—0,45X0.8»—0,36 м/с, ui=0,9 Рдои»0.72 м/с.
Строим эпюру распределения скоростей по глубине траншеи. Заменяя полу-
ченную криволинейную эпюру трапецеидальной, находим расчетную скорость
Ос р-=0,53 м/с.
Для определения средней скорости потока реки можно
пользоваться измерительным гидрометрическим шестом, пред-
ставляющим собой деревянный шест диаметром 5 см со свин-
цовым наконечником. Длина шеста и груз должны быть такими,
чтобы погруженный в воду шест немного по доходил до дна
реки. Так как скорость течения неодинакова по глубине, то
шест поплывет в несколько наклонном положении (рис. 36, а).
Наблюдения за плывущим гидрометрическим шестом про-
изводятся так же, как при измерении скорости течения с по-
мощью поплавка.
119
Рис. 37. Балластировочпые грузы
и — железобетонные седловидные: \б — железобетонные кольцевые; и —чугунные коль-
цевые
♦ Какими спосооами осуществляется балластировка трубопро-
водов?
Для обеспечения устойчивого положения подводных трубо-
проводов на переходах и исключения их всплытия производится
балластировка.
Балластировку железобетонными грузами применяют
с целью экономии металла на участках подводных трубопро-
водов в пойменных и заболоченных местах. Железобетонные
седловидные грузы (рис. 37, а) устанавливаются на трубопро-
воде без прикрепления к нему (табл. 34).
Железобетонные кольцевые грузы закрепляются водола-
зами при помощи стяжных болтов (табл. 35). Верхние полу-
кольца грузов устанавливают с помощью крапа с одновремен-
но
пой центровкой отверстий для стяжных болтов; полукольца
соединяют болтами и затягивают гайками (рис. 37, б).
При установке и закреплении кольцевого груза иод водой
водолазы с помощью гидромонитора отмывают приямок иод
трубопроводом, устанавливают в нем нижние половины грузов,
верхние половины грузов опускают на трубопровод.
Чугунные кольцевые грузы (табл. 36), применяемые для
балластировки трубопроводов, состоят из двух полуколец
ТАБЛИЦА 34
Наружный диа- метр трубопро- । вода DK мм Размеры, мм Масса, кг
Н h в ь L L, R предохрани- тельного ков- рика груза общая
279
325 | 590 170 840 200 400 800 220 3 300 303
377
426 478 } 760 220 1080 260 400 800 280 4 500 504
529 634 } 900 240 1320 330 800 1200 330 8 1500 1508
720 1120 340 1540 340 1200 1600 430 12.3 3000 3012,3
«20 1210 390 1640 340 пои 1500 480 14,2 3000 3014.2
1020 1430 500 1Й40 340 900 1300 580 15.5 3000 3015.5
121
ТАБЛИЦА 36
Размеры, мм Масса с болтами и гайками.
'D н в L L, 4- Я Г
273 335 720 630 330 170 355 175 329,1
325 365 770 680 380 220 385 205 410,8
377 390 820 640 340 180 410 230 410,8
426 415 870 780- 480 280 435 255
зи . ^451> " 960 аш_ 570 370 280
629 480 1010 1240 900 300 505 305 1212,4
630 570 1190 . 1200 780 240 ~34б 355 1603,9
720 635 14Б0 ' 59У 400 2397,1
695 . ЙЖ*. -2000 1880 —600 ( 72Q ,560, 2356,9^
1520 815 ' 2000 1840 600 ТйоЧ ббУ 2605714
(рис. 37, в), изготавливаемых из серого чугуна. Их устанавли-
вают на трубопроводе до его укладки, соединяя болтами. По-
сле установки грузов брлтовые соединения заливают битумной
или резннобитумиой мастикой.
Преимущество чугунных грузов заключаемся в том, что их
можно централизованно изготавливать на заводах, недоста-
тки — возможные повреждения изоляционного покрытия трубы
в местах установки грузов, а также смещения грузов по дере-
вянной футеровке прн прокладке забалластированного трубо-
провода способом протаскивания (если полукольца стягивать
сильнее, то происходит вдавливание футеровки в изоляционное
покрытие н уменьшение толщины последнего на 2...3 мм).
Балластировка сплошным покрытием выполняется из моно-
литного бетона, наносимого на трубопровод путем торкретиро-
ТАБЛИЦА36
Наружный диаметр трубопро- вода, мм Масса груза, кг Размеры груза, мм
R, Я, Я> А лг d 1
219 150 217 159 95 207 360 16 on
273 200 249 183 120 234 375 16 ПО
l325 250 275 210 150 260 400 20 120
377 300 305 245 175 285 450 20 130
426 350 330 264 200 310 455 20 130
478 400 355 294 230 335 500 20 i4(
529 450 385 320 255 360 5Q0 20 170
630 500 135 373 280 410 500 20 170
720 1100 480 415 310 455 960 24 180
820 1100 530 465 360 505 870 24 180
1020 1100 635 570 405 610 725 24 180
1220 2000 750 670 660 725 910 30 260
122
вання, или сборными железобетонными элементами. При этом
отпадает необходимость в устройстве защитной деревянной
футеровки. Сплошое бетонное покрытие труб одновременно
защищает их от механических повреждений и коррозии.
Для увеличения объемной массы бетонной смесн в нее вво-
дят заполнитель (сульфат бария); объемная масса бетона ста-
новится равной 3,04 т/м3. Покрытие наносят в заводских усло-
виях, на площадке бетонируют лишь стыки. Достаточно упру-
гое покрытие получают при нанесении смеси из асфальтовой
мастики, стекловолокна, песка п барита. В этом случае плот-
ность покрытия 3,85 т/м3.
Подводные трубопроводы закрепляют в грунте сваями с по-
перечинами или хомутами-седлами (рис. 38), удерживающими
трубопровод анкерами, завинчиваемыми в грунт на глубину
по менее 60 см ниже возможной линии размыва.
ф Каков комплекс работ по укладке подводных трубопрово-
дов?
В комплекс работ, выполняемых на объекте при укладке
подводных трубопроводов, включается монтаж трубопровода
Рис. 38. Крепление подводных трубопроводов
а, б. а — на сваях; г — анкерами; / — канат; 2 — скобы; 3 — сваи; 7 — поперечины;
5 — хомуты; в — стальные анкеры с лопастями
123
с оснащением его вспомогательными средствами, которые пре-
дусмотрены основным проектом и проектом производства
работ: балластными грузами, разгружающими понтонами, за-
глушками, вантузами и оборудованием головной части трубо-
провода (при протаскивании). При укладке трубопроводов зи-
мой в комплекс работ входят также устройство майн во льду,
установка опор, маятниковых и тросовых оттяжек и т. д.
3. Способы укладки трубопроводов под водой
ф Что учитывается при выборе способа укладки подводных
трубопроводов?
Способ укладки подводных трубопроводов назначается в за-
висимости от гидрологических, геологических, топографических
и климатических условий в районе перехода (гидрологического
и ледового режима, ширины и глубины водоема, режима бере-
говых участков), а также от места расположения строительной
площадки.
Конструкция подводного трубопровода (диаметр, обустрой-
ство и масса) и радиус трассировки зависят от судоходства,
наличия специального оборудования для укладки трубопро-
вода, тяговых и плавучих средств, спусковых устройств, пон-
тонов, такелажа и т. д.
ф Какие способы производства работ рекомендуются при стро-
ительстве подводных трубопроводов?
При строительстве подводных трубопроводов для водоснаб-
жения, канализации, теплоснабжения, нефте- и продуктопрово-
дов рекомендуется способ свободного погружения.
В комплекс работ по укладке трубопроводов таким спосо-
бом входят следующие процессы: монтаж трубопровода с ос-
нащением его вентилями для залива воды и выхода воздуха;
установка разгружающих понтонов, с помощью которых про-
изводится укладка трубопроводов с грузами; спуск трубопро-
вода на воду; буксировка его к месту укладки; расстановка
плавучих, технических средств и механизмов, установка трубо-
провода в створ перехода и закрепление его оттяжками,
укладка плавающего трубопровода в проектное положение; об-
следование уложенного трубопровода водолазами и испытание
его; снятие канатов-оттяжек и разгружающих понтонов с уло-
женного трубопровода; отвод плавучих средств к месту их
стоянки.
При разработке технологии укладки трубопровода рассмат-
риваемым способом следует определять интенсивность гидро-
динамического воздействия на трубопровод, глубину погруже-
124
ния трубопровода, а также максимальные напряжения, возни-
кающие в нем от воздействия всех нагрузок в процессе погру-
жения.
При устройстве водозаборов, самотечных и низконапорных
выпусков различного назначения в морских условиях лучше
применять укладку труб под воду секциями. Укладываемые
секции стыкуют с ранее уложенными я соединяют на фланцах
или соединительных муфтах. Этот способ не ограничивает
длину укладываемого трубопровода и не зависит от глубины
укладки.
При укладке газопроводов со значительной отрицательной
плавучестью, а также трубопроводов, которые при эксплуата-
ции будут заполнены водой или другим продуктом, при нали-
чии судоходства, значительных скоростей течения и больших
глубин целесообразно применять способ протаскивания по
грунту.
ф В чем сущность способа свободного погружения трубопро-
вода?
Способ свободного погружения предполагает опускание тру-
бопровода, находящегося иа плаву, на дно траншеи путем при-
дания ему отрицательной плавучести. Укладка трубопровода
на грунт происходит под действием воды, заливаемой внутрь.
Практикой доказано, что таким способом можно укладывать
трубопроводы диаметром более 2 м; преимущество его в том,
что этим способом можно практически воспользоваться при
любом рельефе трассы перехода, различной глубине водных
преград н скорости течения, не превышающей 2 м/с.
Принята следующая технология работ но укладке трубопро-
вода с заливом воды внутрь него. На площадке производят
сварку секций труб в плеть. Длина плети должна быть не-
сколько шире, чем перекрываемая водная преграда. По окон-
чании сварки трубопровод покрывают изоляцией, затем при-
варивают по концам заглушки, опускают на воду и буксируют
в створ укладкн. Проверив правильность положения трубопро-
вода, в один из его концов заливают воду, а па другом откры-
вают воздушный вентиль. Под действием воды плеть, изгибаясь
в вертикальной плоскости, постепенно опускается на дно тран-
шеи.
При заводке трубопровода в створ, удерживании его при
погружении возникают напряжения в металле, которые могут
вызвать разрыв трубы. Поэтому наиболее ответственный мо-
мент операции — опускание трубопровода — разделяют на пе-
риоды очередности, определяемые (рассчитываемые) заранее.
Кроме того, вычисляются расстояния между точками стро-
повки трубопровода, а также возникающие в металле усилг-
в процессе укладки его на дно (рис. 39 и табл. 37).
125
ТАБЛИЦА 37
D X б, ми 6. м а, м Ь. и с. м ». м
1420X14 6 104 53 157 4,4
12 124 63 187 8,8
1420X17 6 99 61 160 4,0
12 118 73 191 8,1
1220X14 6 94 54 148 4,2
12 111 65 176 8,3
1220Х16 6 91 60 151 3,9
12 109 71 180 7,9
1020X20 6 87 47 134 4,2
12 103 67 160 8,3
I020X 12 6 85 51 136 4.2
12 102 60 162 8,3
1020X14 6 82 57 139 3,8
12 97 68 165 7,6
820Х11 6 74 50 124 3,8
12 88 50 143 7,6
820X14 6 68 62 130 3,2
12 81 73 154 6.5
720Х10 6 70 48 118 3,8
12 83 57 140 7,7
720Х12 6 65 65 121 3,4
12 77 67 144 6,8
529X8 6 60 44 104 3,8
15 75 56 131 9,3
529Х 10 6 50 56 106 2,9
15 63 70 133 7,1
426X8 6 48 47 95 3,1
15 61 60 121 7,7
426X10 6 42 61 103 2,2
15 53 77 130 5,4
325X8 6 36 56 92 2,1
15 45 10 115 5,2
325Х 10 6 27 85 112 0.9
15 34 107 141 2,1
Суммарные напряжения в металле, обусловленные дейст-
вием горизонтальных сил, вызванных течением воды, верти-
кальных и горизонтальных нагрузок, действующих на трубопро-
вод, определяются по формуле
°= °в
где ог и Oi - напряжение в трубопроводе от действия соответственно гори-
зонтальных и вертикальных сил.
Величина R принимается равной 0,64стт (где стт — предел
текучести материала труб) или по табл. 38.
Наряду с изложенными способами применяется также
укладка трубопровода с помощью разгружающих понтонов
126
Рис. 39. Расчетная схема укладки трубопровода свободным погружением
а. с — участки действия внешних нагрузок; у — высота подъема воды в трубопроводе
с заливом в трубопровод воды в процессе погружения. После
того, как внутрь будет залита вода, трубопровод вместе с пон-
тонами погружается на дно; затем понтоны поднимают (рас-
стропливают) на поверхность.
До спуска секции на воду к трубопроводу прикрепляют бал-
ластные грузы или надевают тяжелое покрытие. Если в районе
погружения есть течения, то ставят боковые оттяжки, не позво-
ляющие отнести трубопровод в сторону от линии трассы. Мо-
жно воспользоваться сваями и другими устройствами.
При погружении трубопровода с отводами залив в него
воды рекомендуется производить со стороны длинного отвода,
а в некоторых случаях пригружать заливаемый конец трубо-
провода балластом. Залив воды в трубопровод осуществляется
ТАБЛИЦА 38
Диаметр трубопровода, D, мм Толщина стенкн трубопровода, 6, ММ Напряжение, МПа. в трубопроводе при его погружении па глубину. м
6 12 18
426 8 163 230 282
10 151 214 262
529 8 183 260 319
10 162 229 281
720 10 193 274 335
12 170 241 295
820 10 210 297 364
14 166 235 288
1020 10 233 332 407
12 215 303 371
14 196 277 340
1220 14 217 307 376
16 201 282 348
1420 14 236 234 _—
17 215 303 371
127
переносными высоконапорными насосами производительностью
50... 200 м3/ч. Продолжается он до тех пор, пока весь трубо-
провод не погрузится на дно и из воздухоспускного краиа,
установленного па противоположном конце трубопровода, не
начнет поступать вода без пузырьков воздуха. Время укладки
трубопровода определяется по формуле
Z = Pa/(nQ),
где я — количество насосов; Q — производительность насоса, м3/ч; Р — масса
заглушенной снаряженной трубы иа плаву (см. табл. 33); a — коэффициент
погружаемости: а» 1,2.. .1,25.
♦ Как производится укладка секций трубопровода под воду
с плавучих или стационарных опор?
Данный способ рекомендуется применять при укладке труб
диаметром более 800 мм. В качестве опор используют плавучие
краны, баржн, понтоны, оборудованные якорными и монтаж-
ными лебедками. На реках при глубине воды не более 7...8м,
на несудоходных водных преградах, а также, если возможна
остановка судоходства, в створе перехода на период укладки
по оси створа забивают стационарные свайные или козловые
опоры. Иногда по жестким свайным опорам сооружают настил
с продольным проемом. Трубопровод изготавливают на под-
мостях, накатывают на лежни, уложенные поперек этого про-
ема, и опускают в него. Рассматриваемый способ применяется
редко, так как требует большого расхода лесоматериалов.
Плавучие опоры лучше свайных или козловых тем, что
быстро устанавливаются и имеют многократную оборачивае-
мость. С них можно укладывать трубопровод на любую глу-
бину, ибо при опускании он незначительно изгибается в про-
летах между опорами; при этом обеспечивается высокая точ-
ность укладки трубопровода в проектное положение.
Опускание рекомендуется начинать в наиболее глубоковод-
ной части водоема и продвигаться по направлению к берегу
таким образом, чтобы радиус кривизны изогнутого трубопро-
вода нс был меньше допускаемого расчетного.
Количество понтонов, необходимых для укладки трубопро-
вода, зависит от массы труб и подъемной силы понтонов:
Я = Z (<? -'г Рзап}1Рл,
где I — длина укладываемой секции трубопровода, м; Рв — подъемная сила
одного понтона (для труб диаметром меньше 720 мм принимается равной
15 кН. для труб диаметром больше 720 мм —30 кН); q — нагрузка от массы
1 м трубопровода, заполненного водой; Рэоп—дополнительная подъемная
сила понтонов (принимается равной 100.. .200 Н на I м длины трубопровода
в зависимости от диаметра).
Нагрузка от массы воды, заливаемой в жесткие понтоны,
Q — РолГЯол "Ь РэапЬ
где Роп — расчетная нагрузка иа одну опору; /яо11 — число опор.
128
Напряжение в трубопроводе от его изгиба рассчитывают
по формуле
о = ty|t|n/lFr /?,
где k — коэффициент максимального опорного момента миогопролетной ие-
раэреэиой балкн (в зависимости от количества опор принимается равным
0,125.. .0,106); /1 — расстояние между понтонами; wr — момент сопротивле-
ния трубопровода; п — коэффициент перегрузки: н=1,1; qt— нагрузка на
I м длины трубопровода: q^^q^-t-x; х — лобовое сопротивление текущей
воды иа I м длины трубопровода; R — расчетное сопротивление, принимае-
мое по табл. 39.
При фланцевом соедииеиии труб (рис. 40) водолаз доби-
вается совпадения отверстий фланцев, ставит оправки — сталь-
ные стержни, затем вставляет стяжные болты и, подтягивая
их, сближает фланцы. Для облегчения монтажа секций трубо-
провода один соединительный фланец стыка лучше выполнить
поворотным (табл. 40 и 41).
ТАБЛИЦА 30
Наименова- ние Предел текучести. Н/см* Диаметр трубопровода, мм
325 425 529 720 820 1020 1220 1420
Трубы из стали
марок:
Ст. 2 и Ст. 10
Ст. 3, Сг. 4 и
Ст. 20
14ХГС. 0.9Г2С
(М), 17ГС,
10Г2С1 (МК).
15Г2С
Трубы импорт-
ные
При временных нагрузках
2100 . . . 2200 216 274 352 470 546 680 814 948
2500 . . . 2600 182 238 296 403 460 571 684 795
3500 . . . 3700 137 180 224 304 346 431 516 600
3900 123 162 200 213 311 387 463 539
При трассировке трубопроводов
Труби отече- 12100. . .. 3900 I 300 I 400 1 I 500 I I 650 I 750 I 900 I 1100 I 1300
ствен и ие 1 1 1 1 1 I Illi 1
При выборе радиуса кривизны спусковой дорожки
Трубы из стали марок: 14ХГС. 09Г2С (М), 17ГС. 10Г2С.1 (МК) 15Г2С 3500 . . 3700 200 250 350 450 500 600 750 900
129
ТАБЛИЦА 40
Труба Кольцо Фланец поворотной Болты
Проходы условные Наружаый диаметр Наружный дваыетр « п 9 5 Наружный дваыетр Внутренней диаметр Диаметр болтовой окружи оста Толщина фланца Jlpmuirp от- верстая под болты 1 4 1 1 1 > 1 а
РУ d g п D D, к ь L §
Ру = 0,25 и 0,6 МПа
100 108 148 14 210 113 170 14 18 4 М16
12Б 133 178 14 240 138 200 14 18 8 М16
150 153 202 18 285 194 225 16 18 8 М16
200 216 258 18 320 222 280 18 18 8 М16
250 267 312 18 375 273 335 20 18 12 М16
300 325 365 20 440 331 395 24 23 12 М20
350 376 415 20 480 382 445 28 23 12 М20
400 426 465 24 540 484 495 32 23 16 М20
450 476 520 24 595 483 550 34 23 16 М20
500 529 570 26 645 566 600 38 23 16 М20
Ру = 1 МПа
100 108 158 16 220 113 180 24 18 8 М16
125 133 188 18 250 138 210 26 18 8 М16
150 159 212 18 285 164 240 26 23 8 М20
200 216 268 20 340 222 295 25 23 8 М20
250 267 320 32 395 273 350 28 23 12 М20
300 325 370 22 445 33! 400 30 23 12 М20
350 376 430 24 505 382 450 32 23 15 М20
400 427 492 26 505 433 515 34 25 16 М22
450 476 532 26 615 483 565 34 25 20 М22
500 529 555 28 670 536 620 38 25 20 М22
Ру = = 1,6 МПа
too 108 158 20 220 113 180 26 18 8 М16
125 133 188 20 250 139 210 28 18 8 М16
150 159 212 22 285 164 240 28 23 8 М20
200 216 268 22 340 222 295 29 23 12 М20
250 267 320 24 405 273 355 30 25 12 М22
300 325 379 24 460 331 410 32 25 12 М22
350 376 438 26 520 382 470 34 25 16 М22
400 425 490 28 580 433 525 36 30 16 М27
450 476 550 28 640 483 535 38 30 20 М27
500 529 610 30 715 536 650 42 30 20 МЗО
Ру = 2,5 МПа
too 108 162 22 235 113 190 28 23 8 М20
125 133 188 24 270 138 220 30 25 8 М22
150 159 218 24 300 164 250 30 25 8 М20
200 216 278 24 360 222 310 30 25 12 М22
250 267 335 26 425 273 370 32 30 12 М27
300 325 390 26 485 331 430 34 30 16 М27
350 376 450 28 555 382 490 36 34 16 МЗО
400 426 505 30 620 433 550 38 34 16 МЗО
450 476 555 30 670 483 600 40 34 20 МЗО
500 529 615 32 730 536 660 44 41 20 МЗО
ТАБЛИЦА 41
V Труба Фланец приварной Болты Приварка
X п о £ й диа- И И «с болто- квостя соедв- го вы- □едиви- выету- фланца бол ТО- врстмя а ьвая । стояки 1 трубы
3 S X к N л* й «В X eg о а S = a 5
к О Be- s« «it 85 в “£ 8 & £ hi i
с xS xS Ча Б ЗДё ь ч2 а £ see X
Оу а D к е / ь L S 5 с s я
Ру = = 1 МПа
100 108 220 180 158 3 24 18 8 М15 5 3,75 6
125 133 250 210 188 3 26 18 8 М16 5 4 6
150 159 285 240 212 3 26 23 8 М20 5 4,5 6
350 376 505 460 430 4 30 23 16 М20 9 8 10
400 427 565 515 482 4 32 25 16 М22 10 9 11
450 476 615 565 532 4 32 25 20 М22 10 9 11
500 529 670 620 585 4 34 25 20 М22 10 9 11
(ИХ) 631 780 725 685 5 38 30 20 М27 10 9 11
₽У = 1.6 МПа
100 108 220 180 158 3 30 18 8 М16 5 3,75 6
125 133 250 210 186 3 32 18 8 М16 6 4 7
150 159 285 240 212 3 32 23 8 М20 6 4,5 7
300 325 460 410 378 4 32 36 25 12 М22 9 8 10
325 351 490 440 405 4 32 40 25 16 М22 9 8 10
350 376 520 470 438 4 34 42 25 16 М22 9 8 10
400 427 580 525 490 4 38 46 30 16 М27 10 9 11
450 476 640 585 550 4 44 50 30 20 М27 10 9 11
500 529 715 650 510 4 52 58 34 20 МЗО 10 9 11
600 631 840 770 625 5 60 66 41 20 МЗО 11 9 12
Ру = 2,5 МПа
300 325 485 430 390 4 35 30 15 М27 10 8 11
325 351 525 460 420 4 38 34 15 МЗО 10 8 11
350 375 555 490 450 4 42 34 15 МЗО 10 8 11
400 427 620 550 505 4 45 34 15 МЗО 11 9 12
450 476 670 600 555 4 50 34 20 МЗО 11 9 12
500 529 730 660 615 4 58 41 20 М36 11 9 12
При соединении секций труб муфтами необходимо нижнюю
половину муфты уложить в приямок, затем к месту стыка опу-
стить верхнюю половину муфты. Установив се с помощью
крана над пижией половиной, водолаз совмещает отверстия и
затягивает болты. Зазор между стыкуемыми трубами ие дол-
жен превышать 100 мм.
♦ И чем сущность процесса укладки подводных трубопроводов
гшн обом протаскивания по грунту?
I xiiiukiiiih производства работ по укладке трубопроводов
ctiuitHtoM протаскивания по грунту заключается в следующем.
Собранный па берегу трубопровод укладывают иа спусковую
дорожку (па вагонетки или роликоопоры, установленные на рас-
131
Рис. 40. Фланцы приварные (а) и поворотные (б)
Для поворотных фланцев принимаются следующие раамеры:
Dy С Сх Н
200. . .250 7 8 8
300. . .400 9 II 10
426. . .500 10 12 II
стоянии 15...20 м); направление дорожки должно полностью
совпадать с направлением трассы. Затем тяговым канатом, про-
ложенным через водную преграду, с помощью тракторов или
лебедок трубопровод протаскивают по дну.
Расстояние между ролнкоопорами определяют по формулам
миогопролетной неразрезной балки. Для того чтобы умень-
шить смннанне изоляции, ролики покрывают резиной.
В головной части трубопровода ставят заглушку, закрываю-
щую трубопровод с торца. Ее следует заострить, чтобы она
легче проходила по грунту. Вблизи заглушки приваривают ско-
бу для застроповки тягового каната.
При подходе к воде, в том месте, где спусковой дорожке
придан большой уклон, вагонетки откатывают в сторону и тру-
бопровод перемещают на береговые роликовые опоры. Возни-
кающие прн этом прогибы не должны превышать предельного
радиуса изгиба.
132
Трубопровод не заливают водой, чтобы обеспечить нормаль-
ные тяговые усилия при протаскивании по грунту. В целях умень-
шения трения о грунт трубопроводу придают незначительную
отрицательную плавучесть (до 100... 120 Н на 1 м). В данном
случае уменьшение трения достигается с помощью балласта или
специальных поплавков, а также путем прикрепления футеров-
ки, предохраняющей изоляцию от повреждения. Нижнюю часть
(под трубопроводом) футеровки делают сплошной, а боковую
н верхнюю — прерывистой. Крепят футеровку хомутами из про-
волоки диаметром 6 мм через 1 ... 1,5 м.
Если трубопровод имеет значительную длину, а прибрежная
полоса — малые размеры, не позволяющие смонтировать спус-
ковую дорожку, соответствующую длине подводной траншеи,
то допускается протаскивание трубопровода со сварными сты-
ками. В этих случаях трубопровод расчленяют на несколько
секций. Сначала протаскивают первую нз них, а когда конец
ее достигнет точки, отстоящей от урезных роликов на 1 м, под-
таскивают вторую секцию и соединяют ее с первой. После этого
производят сварку стыка с последующей его изоляцией. Так
протаскивают последовательно и другие секции, пока весь тру-
бопровод не будет уложен на место. Если в районе производ-
ства работ наблюдаются сильные течения, то этот способ при-
менять не следует, так как во время неизбежных перерывов
в выполнении операции, связанной с протаскиванием трубопро-
вода по дну, может быть заилена траншея или уложенная часть
окажется под донными наносами.
Скорость протаскивания трубопроводов не должна превы-
шать 0,5 м/с. В противном случае тележки могут сойти с узко-
колейного рельсового пути.
Применение разгружающих понтонов, обеспечивающих тре-
буемую отрицательную плавучесть трубопровода (25 Н на I м
при расчетной скорости течения 0,57 м/с), эффективно пр>и
укладке самотечной линии значительной протяженности н боль-
шого диаметра. При нормальном рельефе дна и берегов таким
способом можно укладывать трубы диаметром до 1420 мм.
Ниже приводится характеристика инвентарных стальных пон-
тонов грузоподъемностью 3,0; 5,5; 10,0 т:
Глубина погружения, м .............
Длина корпуса, м ..................
Диаметр корпуса, м.................
Осадка, м .........................
Масса, кг .........................
3.0 т 5.5 т 10.0 т
20,0 20.0 30,0
4.4 2,7 6,6
1.1 1.9 1,55
0,3 0.35 0.35
685 1300 1900
Спусковая дорожка представляет собой узкоколейный рель-
совый путь. Для шпал используют подтоварник, бревна или
пластины; их укладывают на расстоянии от 0,6 до 1 м. Рельсы
133
сваривают в секции, соединяя накладками на болтах, и при-
крепляют к шпалам обычным способом — костылями. Тележка
имеет вид рамы, поставленной на две пары скатов. Посредине
рамы укрепляется поперечный брус, на который и укладывают
трубопровод.
В районе уреза воды трубопровод переводится на ролико-
вые опоры. Опоры изготовляются обычно из отрезков труб диа-
метром 80... 120 мм. Длина опор 0,8... 1,2 м. Ролики укла-
дывают на скользящие или шариковые подшипники, закреплен-
ные на раме или сваях.
Тяговые устройства для протаскивания трубопровода по
спусковой дорожке и по дну водной преграды имеют различную
конструкцию. Чаще используют тракторы, но это не дает эф-
фекта, если диаметр трубопровода превышает 720 мм, а длина
300 м. Для этих целей лучше использовать лебедки, рассчитан-
ные на усилия 500... 1500 кН и выше.
Такую лебедку устанавливают на противоположном берегу.
Если же работы связаны с преодолением широких водных пре-
град, то лебедку ставят на плавучие средства, указанные
в табл. 42.
Необходимо точно определить тяговое усилие. Если трубо-
провод протаскивается по грунту «ли по дну водной преграды,
то тяговое усилие
PrP = Qfi,
где Q — масса трубопровода; ft — коэффициент трения покоя.
После того как трубопровод сдвинулся с места, тяговое уси-
лие уменьшается и составляет
Prv = Qfs «ли Prp = *Qh.
где /г — коэффициент трения скольжения (табл. 43) ; А — коэффициент, пред-
ставляющий отношение коэффициента трения покоя к коэффициенту трения
скольжения (равняется 1,5...2); коэффициент ft для трубопроводов с по-
крытием из бетона следует принимать равным 0,3.
Тяговое усилие при протаскивании трубопровода с помощью
тележек, поставленных иа узкую колею, определяется по фор-
муле
Pi “ k (QTp + gBar) + f,r) (1 + PJ + qfJR,
где r — радиус оси ската тележки; q — масса каната на 1 м длины трубопро-
вода; Pt — тяговое усилие прн трогании с места: Р|=5Н; R — радиус колеса
вагонетки; QTP — масса транспортируемой секции трубопровода; qKtT— масса
вагонетки (около 300 кг); ft — коэффициент трения колес по рельсам: ft=
=0,05.. .0,12; /з — коэффициент трения скольжения осей в подшипниках:
fs=0,25; fs — коэффициент трения скольжения стального каната о грунт:
/з=0.5... 1,0.
134
ТАБЛИЦА 42
Механизмы и оборудование Число механизмов в оборудовання прн длине перехода, м
ДО 2000 до 4000
Машины и оборудование
Лебедка тягоаая (якорная):
ЛП-1А 1 —
ЛП-151 — 1
Спусковая дорожка ОСД-3 Трубоукладчик: 1 1
К-Б94 5 5
Т15-3013 2 2
Бульдозер Д-271 А 1 1
Автокран К-61 1 1
Разгружающие понтоны грузоподъемно- стью 5 т 79 162
Электросварочный агрегат АСДП-500г 2 2
Наружный центратор ЦЗ-1020 1 1
Передвижнаи электростанция ПЭС-50 1 1
Машина для обрезки и зачистки кромок труб 2 2
Плавучие средства
Водолазный бот класса «О» РВН-3769 Катер буксирный: 1 1
класса «О> Р—376У 2 2
класса <Р» БМК-90 (БМК-130) 1 1
Баржа-площадка:
класса «Р» ВП-301 — I
класса «О» — 1
Шлюпка судовая гребная 2 4
Плавучий кран полноповоротиый электрический класса «О» — I
Толкач-буксир рейдовый класса «О> — 1
Мотозавозка самоходная с двумя кран- бал камн — 1
Такелаж, инвентарь и приспособления Канаты, м:
тяговый диаметром 39 мм 4200 —
то же, диаметром 62,5 мм — 500
для полиспаста, диаметром 25 мм 170 170
для тормозного устройства, диаметром 300 300
39 мм якорный — 4000
трос-проводник, диаметром 12,5 мм Анкерная опора на усилие кН: — 150
15<Х» 2 2
500 1 1
ТАБЛИЦА 43
Характеристика трущихся поаерхносте№ Коэффициент трения скольжения
по сухой поверхности в воде
Дерево по дереву ц- вдоль волокон 0,50
поперек волокон — 0,70
вдоль волокон, смазанных са- 0,30 —
лом, мылом Дерево по льду спнау 0,035 —
Дерево по неровному льду 0,150 —
Дерево по грунту 0,600 0,500
Дерево по камню 0,650 0,550
Дерево по железу: без смазки 0,550 0,650
со смазкой салом 0,210 —
Сталь по стали: без смазки 0,20 0,44
со смазкой 0,120 —
Сталь по льду 0,027 —
Сталь по суглинку, супеси, мигко- — 0,320
му глинистому и илистому грунтам Сталь по мел ко песчаным н галеч- — 0,38 ... 0,42
ным грунтам Сталь по скале __ 0,450
Железо по снегу 0,030 —
Тяговое усилие, возникающее при протаскивании трубопро-
вода по роликовой дорожке, определяется по формуле
Рр.д = *(Л + Т. + Тэ)-1-Т4.
где 7\—трение качения трубопровода по роликам: Tt=QftlRf-, 7»— трение
скольжения осей роликов в опорах: Tz=Q/z'p//?P; Т3 — добавочное сопротив-
ление от неточноС) укладки осей роликовых опор: Тэ=0,4 (Ti + Tz); — коэф-
фициент трения качения; RP, гр — радиусы соответственно ролика и его оси,
см.
При укладке подводных трубопроводов способом протаски-
вания суммарные напряжения будут складываться из продоль-
ных напряжений, возникающих от тягового усилия, и напря-
жения изгиба:
о = Отяг + аи-
Укладка трубопроводов малых диаметров производится
с плавучих средств путем наращивания.
Особенность его заключается в том, что монтаж плетей
труб и сварка стыков между ними производятся на понтонах
или специально оборудованных судах, служащих монтажной
136
площадкой. На этой площадке заранее собираются и свари-
ваются плети из секций труб, заизолированных и забалласти-
рованных на берегу.
Трубопроводы значительной протяженности прокладывают
отдельными участками длиной 1... 3 км. Такой способ может
быть рекомендован для прокладки трубопроводов диаметром
200... 350 мм в водных бассейнах, не отличающихся большими
глубинами (до 15... 20 м). Прокладка трубопроводов с ис-
пользованием плавучих средств рекомендуется для устройства
прибрежных магистралей длиной до 3 км, а также для устрой-
ства переходов через водоемы протяженностью до 20... 25 км
(табл. 44).
Расчет плавучести производят при буксировке трубопрово-
да от точки спуска на воду к месту погружения и при погру-
жении трубопровода на грунт.
Для обеспечения безаварийной доставки плетей трубопро-
вода водным путем в районы строительства подводных переходов
и их транспортировки иа морских акваториях рекоменду-
ется: на тихой воде и при волнении до 3 баллов петли трубо-
провода и плоты из труб транспортировать по водной поверх-
ности; при волнении иа море в 3... 5 баллов — в погруженном
состоянии (на глубину 15... 20 м); при волнении па море бо-
лее 5 баллов — по дну или вблизи дна в состоянии пулевой
плавучести, оснащая их для этого положения понтонами с це-
пями. соприкасающимися с донным грунтом.
В табл. 45 приведены расчетные формулы для определения
гидродинамического сопротивления трубопровода при букси-
ровке.
ТАБЛИЦА 44
Диаметр трубопро- вода, мм Допустимые максимальные расстояния, м, между понтонами при подъемной силе понтонов н сечении погружаемого трубопроводе, кг!
IS 30 50 100
325 8 _ .
351 9 — — —
377 11 —— — —
426 14 — —
476 18 7 — —
529 22 И — —
630 31 16 10 ——
720 50 f 24 15 7
820 30 18 9
920 — 40 23 11
1020 — 55 35 18
1220 — — 43 22
1420 — — 64 32
137
ТАБЛИЦА 45
Буксировочное сопро- тивление, Н На тихой воде На встречном регулярном полпенни
1. Буксировочное сопро- тивление трубопровода без оснастки R = Rf + Яо Яв = Я + ДЯв
Сопротивление трения Rf = Cfp/2-St»® —
Остаточное сопротивле- ние Ro = CffilV-Fv* ДЯВ = Свр/2-7ЛХ
Коэффициент остаточ- ного сопротивления Co = 0,08^10/7+0,15 о Св = 11,72^1 Кв
Коэффициент сопротив- ления трению C, = 0,45S/(lg Re)258 + + 1,0-IO’3 —
Частота встречи ого- ловка с волнами, 1/с Cf = 2,4- IO-3 Кв = (1,25д/Лв + ц)/Хв
Площадь смоченной по- верхности трубопровода, м® S = nDLK„ S = nDL
Часть площади попереч- ного сечения трубы, по- груженной в воду, м® F = «D®/4sin (90° 7/D) F = nD®/4
Коэффициент осадки тру- бопровода KH = 0,7 7/D + 0,15 —
2. Буксировочное сопро- тивление трубопровода, футерованного рейками Яф = 1.3 я л; = i.5 Яв
3. Буксировочное сопро- тивление плетей трубо- провода, связанных в плот Япл — Rfi + Ro (z + + l/2Vz) —
4. Буксировочное сопро- тивление трубопровода, оснащенного кольцевым прнгруэом Яб = Я + ДЯ0 яг=яв+дяг
Остаточное сопротивле- ние ДЯ0 = C6p/2-Fn2/3 x X (о2 + 0,1 v) X Ь4й2 ДЯ5 = Cgp/2FnK
Коэффициент остаточ- ного сопротивления кольцевого прнгруза 5. Буксировочное сопро- тивление одиночных ци- линдрических понтонов с полушаровым оголов- ком Сб = 0.5 Rn = Cnp/2f /по® X X (1 + 1,3 Fre) cf® И ьэ
138
Продолжение табл. 45
Буксировочное сопротив- ление, Н На тихой воде На встречном регулярном волкемнн
Коэффициент остаточ- ного сопротивления 6. Буксировочное сопро- тивление парных цилин- дрических понтонов с плоским оголовком Коэффициент остаточ- ного сопротивления Сп = 0,58 Я2п =C2np/2-Fmv2 С2п = 0.26 «2^'2 С2“п=20
Примечание, р —плотность воды, Н-с--м*‘:для пресной воды р=1020.для мор-
ской поды р » 1046; о —скорость буксировки трубопровода, м-с-1; F—площадь попереч-
ного сечения конструкции трубопровода, погружекного в воду, м-; L—длина трубо-
провода. м; Т— осадка трубы нли понтона, м; Re = oL/v—число Рейнольдса: г—число
труб в плоте: т — число понтонов: t — расстояние между центрами понтонов, м: /»в —
высота волны, м; Хв—длине волны, м; g— ускорение силы тяжести, м-с~г; Frc =
“oVS — число Фруда; I— длине понтона, м; D, D,. Dt — соответственно наружный диа-
метр трубы, диаметр прнгрузов и понтонов, м; п — число пригрузок на трубопроводе.
Буксировка осуществляется лебедками. Их тяговое усилие
можно увеличивать, применяя полиспасты. Перевозка лебедок
типа ЛП151 осуществляется на тяжелых автомобильных при-
цепах. Па специально усиленной раме прицепа размещается
все оборудование, включающее тяговый барабан с канято-
укладчиком, трансмиссию, двигатель и якорную лебедку с ди-
намометром. Лебедка комплектуется якорной системой, слу-
жащей для удержания ее от перемещения под действием сил
сопротивления протаскиванию. Якорная система состоит из
якоря, его полиспаста, якорного каната, якорной лебедки, при-
жимов н динамометра. Якорь представляет собой сварную
ферму, которую перед протаскиванием заглубляют в грунт па
2 .м и при помощи вставки крепят к обойме полиспаста якор-
ного каната (рис. 41).
ф В чем заключаются подготовительные работы по укладке
трубопровода на дно водоема с последующим его заглублением
трубозаглубителем?
Подготовительные работы включают устройство бетонного
покрытия, которое утяжеляет трубопровод, препятствуя его
всплытию н сдвигу по течению, защищает антикоррозионную
изоляцию от повреждений, создает гладкую поверхность трубо-
провода и тем самым позволяет применить подводные трубо-
заглубители.
Перед бетонированием трубопровод покрывают усиленной
изоляцией. К бетонному покрытию трубопровода предъявляют
139
Капат
следующие требования: оно должно быть прочным, чтобы про-
тивостоять механическим повреждениям при протаскивании и
движении по нему трубозаглубителя. Обетонирование трубо-
провода производится в опалубке, укрепленной вокруг трубы.
Инвентарная опалубка имеет форму обечайки, которая пред-
ставляет собой тонкий, охватывающий с зазором трубу метал-
лический лист, соединенный сверху винтовыми стяжками. Пе-
ред началом установки опалубки трубу обматывают металли-
ческой сеткой. После схватывания бетона опалубку снимают
и переносят на следующий участок трубопровода.
ф Когда при строительстве подводных переходов следует при-
менять подводные трубозаглубители?
При строительстве подводных переходов в местах, где про-
исходит быстрое заиление подводных траншей, трубопровод
укладывают непосредственно иа дно, а затем разрабатывают
под ним траншею. Машины, предназначенные для разработки
подводных траншей под выложенным по дну водоема трубопро-
водом, называются подводными трубозаглубителями.
Рабочий орган фрезерно-гидравлического типа, представ-
ляющий собой подводный траншеекопатель, разрабатывает
траншею под выложенным по дну трубопроводом при помощи
специальных фрез. Наличие фрезерного рыхлителя обеспечи-
вает разработку глинистых грунтов. При помощи создаваемого
гидроэлеваторами вакуума в груитоприемник засасывается
140
пульпа, которая затем транспортируется по отводной трубе по
течению за бровку разрабатываемой траншеи. Рабочий орган
изготавливается из двух одинаковых половин, соединенных
шарнирно с центральной частью и охватывающих трубопровод.
На рис. 42 показан гидроэжекциоиный орган трубозаглуби-
теля — подводного механизма портального типа на салазках,
охватывающего трубопровод сверху и снабженного гидравли-
ческими рыхлителями и гидроэлеваторами, расположенными
симметрично по обеим его сторонам. Плавучесть рабочих ор-
ганов обеспечивается понтонами и может регулироваться пу-
тем заполнения их водой или продувкой сжатым воздухом от
компрессора.
Рабочий орган трубозаглубителя соединяется с энергети-
ческой базой при помощи стальных тросов и гибких шлангов.
В процессе заглубления трубопровода рабочий орган передви-
гается по нему иа роликах. Прн движении по трубопроводу
трубозаглубитель разрабатывает под ним траншею, п которую
трубопровод опускается под действием собственной массы и
массы трубозаглубителя трубопровода.
ф В чем особенность укладки подводных трубопроводов в зим-
них условиях?
В зимних условиях трубопровод укладывают на дно прота-
скиванием по дну траншеи (водоема) или свободно погружая
Ряс. 42. Подводный трубозаглубитель
/ — земснаряд T3P-25; 2 — рабочий орган трубозаглубителя; Я — гидравлический рыхли-
тель; 4 — гндроэлеваторы
141
с опор. Выбор одного из этих способов зависит от конкретных
условий строительства.
Способ протаскивания по дну требует минимального объема
ледокольных работ. Они производятся при устройстве входной
и выходной майн, а также анкерных опор во льду (рис. 43).
Тяговый канат опускают в прорезь или протаскивают под
льдом с помощью проводника.
Прн устройстве ледовой спусковой дорожки в створе пере-
хода планируют откос с небольшим уклоном в сторону водо-
ема, затем на дорожку намораживается лед толщиной 15...
20 см, он уменьшает тяговые усилия в 2... 3 раза. Для опреде-
ления необходимой величины тягового усилия при протаски-
вании плетей по льду ниже приведены расчетные коэффици-
енты:
коэффициент трения при трогании с места 1,50
коэффициент трения трубопровода, оснащенно-
го чугунными грузами, при движении по льду 0,18. . . 0,20
коэффициент трения трубопровода, футерован-
ного деревянными рейками, при движении по
льду ............................................ 0,15
коэффициент трения трубопровода, оснащен-
ного чугунными грузами, при движении померз-
лому грунту .................................. 0,37 . . . 0,40
Практика работ по строительству подводных трубопроводов
показала, что в зимних условиях более целесообразно приме-
нять способ свободного погружения. Преимущество этого спо-
соба заключается в том, что для вывода плавающего трубо-
провода в створ укладки требуются небольшие тяговые усилия,
к тому же имеется возможность точной укладки трубопро-
вода по оси траншеи. Однако объем ледорезных и льдоубороч-
ных работ по сравнению со способом протаскивания увеличи-
вается.
Рис. 43. Ликерные опоры во льду
а — одиночный анкер; б — анкерный куст с управвтельнымн блоками: / — бревно; 2 —
анкерный канат; 3— подкладка под канат; 4 — майны; 6 — уравнительные блоки; 6 —
уравнительный канат: 7 — тяговый канат
142
При прокладке трубопровода способом свободного погру-
жения в зимних условиях может оказаться возможным переме-
щение машин и механизмов по ледяному покрову. В этом слу-
чае майна устраивается иа всю ширину зеркала реки или водо-
ема, трубопровод выводится в майну с последовательной
стыковкой плетей иа берегу и укладывается на дно траншеи
путем залива в него воды.
При недостаточной прочности льда монтаж трубопровода
производится звеньями длиной по 30... 36 м на льду по створу
перехода; при этом майна устраивается на некотором расстоя-
нии от монтируемого трубопровода.
Для закрепления трубопровода от сноса течением во время
его погружения на дно реки применяют оттяжки, анкерные
опоры для крепления оттяжек устанавливают выше трассы
перехода.
Длина оттяжек, м, определяется в зависимости от глубины
воды:
»от=л/^в + Л2.
где tern — расстояние от анкерной опоры до оси стаора перехода; h — глу-
бина от поверхности льда до дна траншеи.
Способ укладки с опор в зимних условиях рекомендуется
применять для трубопроводов диаметром 1020 мм и более.
Допустимая расчетная толщина льда, м, должна быть
Ярвет = 34,8 (Р/апч)0.в,
где Р — масса 1 м трубопровода; Опч — предел прочности льда при изгибе.
4. Испытания и ремонт трубопроводов
ф На какое давление испытывают самотечно-напорные трубо-
проводы?
Подводные трубопроводы перед сдачей в эксплуатацию ис-
пытывают на прочность и плотность гидравлическим или пнев-
матическим способом: нефтепроводы, продуктопроводы и газо-
проводы — нефтью, водой, керосином; газопроводы, проклады-
ваемые вне населенных пунктов и предприятий,— воздухом или
природным газом. Для гидравлического испытания трубопро-
водов применяют передвижные наполнительные агрегаты
(табл. 46).
Напорные трубопроводы испытываются на прочность и гер-
метичность гидравлическим или пневматическим способом. Как
правило, испытания гидравлическим способом проводятся
только в районе строительства. В случае отсутствия воды мо-
жет быть применен пневматический способ испытания трубо-
143
Характеристика Марка агрегата
АН2 AHI51 АО2 АНО201
Шасси Прицеп МА35207-8 Двухосная тележка Львов-
ского механического завода
Двигатель 1Д12 Цеи тробежный Д-108 ГАЗ-321 центробежный и пор-
поршневой шневой
Тип иасоса 8МС-7ХЗ 6МС-6Х8 9 т ЗК6 и ГН-1200-4000
Производительность при на- 200... 400 130 ... 150 .. . 225 — 30... 70
полпенни, мэ/ч
Напор при наполнении, МПа 2 ... 1,5 (200 . . . 150) 3,76 ... 3,6... 2,9 — 0,62 . . . 0,44 (62 . . . 44)
(м вод. ст.) (376 ... 360 ... 290)
Производительность при опрес- — — 20 ... 56 1.2
совывании, м3/ч
Давление при опрессовывании, МПа — — 100 ... 36 20
Габаритные размеры, мм
ширина 2400 2400 2400 1700
длина (без дышла) 5000 5000 5400 2500
высота 2900 2900 3000 2100
Масса, кг 8,2 8,1 9,3 2,05
проводов при внутреннем расчетном давлении рр, не превышаю-
щем следующих величии: для подземных чугунных, асбестоце-
ментных и железобетонных — 0,5 МПа (5 кгс/см2); для под-
земных стальных — 1,6 МПа (16 кгс/см2); для надземных сталь-
ных — 0,3 МПа (3 кгс/см2).
Испытание напорных трубопроводов осуществляется в два
этапа:
первый этап — визуальный, предварительный (прн соответ-
ствующем обосновании в проектах можно ие производить);
второй этап — испытание на прочность и герметичность (вы-
полняется после полной засыпки трубопровода с составлением
акта о результатах испытания).
Трубопроводы подводных переходов предварительно испыты-
ваются дважды: первое испытание—на стапеле после свари-
вания труб, но до нанесения антикоррозионной изоляции на
сварные соединения, второе испытание — после укладки трубо-
провода в траншею, но до засыпки грунтом. Результаты при-
емочных испытаний в соответствии с табл. 47 должны быть
оформлены актом.
Величина испытательного давления на герметичность рг
должна быть равна внутреннему расчетному давлению pv плюс
значение ДР, принимаемое по табл. 48. Величина рг не должна
превышать приемочного испытательного давления трубопро-
вода на прочность Ри.
Заполнение испытываемого трубопровода производится
с различной интенсивностью, м3/ч: для трубопроводов диамет-
ром до 400 мм — не более 4...5; от 400 до 600 мм — 6...10;
от 700 до 1000 мм—10... 15; свыше 1100 мм—15...20.
Напорный трубопровод признается выдержавшим приемные
гидравлические испытания на герметичность, если величина
расхода подкачанной воды не превышает величины допустимого
расхода подкачанной воды на испытываемый участок длиной
1 км, указанной в табл. 49.
При длине испытываемого участка трубопровода менее 1 км
приведенные в таблице допустимые расходы следует умножать
на его длину, выраженную в километрах.
ф Каков порядок проведения гидравлического испытания на-
порного трубопровода на прочность и герметичность?
Предварительное и приемочное гидравлические испытания
напорного трубопровода на прочность и герметичность прово-
дят в следующем порядке.
Для проведения испытаний повышают давление в трубопро-
воде до испытательного ри и путем подкачки воды поддержи-
вают его не менее 10 мни, ие допуская снижения более чем на
0,1 МПа (1 кгс/см2). Затем испытательное давление снижают
до внутреннего расчетного давления рР и, поддерживая его
145
ТАБЛИЦА 47
Характеристика трубопровода
Величина испытательного давления
при предварительном испытании МПа
(кгс/см*)
1. Стальной 1-го класса со стыковы-
ми соединениями на сварке (в том чис-
ле подводной) с внутренним расчетным
давлением рр до 0,75 МПа (7,5 кгс/см*)
2. То же от 0,75 до 2,5 МПа (от 7,5 до
25 кгс/см*)
3. То же, свыше~2,52МПа (25 кгс/см®)
1.5 (15)
4. Стальной, состоящий из отдельных
секций, соединяемых на фланцах,
с внутренним расчетным давлением pv
до 0,5 МПа (5 кгс/см*)
5. Стальной 2-го и 3-го классов со сты-
ковыми соединениями на сварке и с
внутренним расчетным давлением pv
до 0,75 МПа (7,5 кгс/см*)
6. То же, от 0,75 до 2,5 МПа (7,5 до
25 кгс/см1)
7. То же св. 2,5 МПа (25 кгс/см*)
8. Стальной самотечный водовод во-
дозабора или канализационный выпуск
9. Чугунный со стыковыми соедине-
ниями под зачеканку с внутренним
?«счетным давлением до 1 МПа
10 кгс/см*)
10. То же, со стыковыми соедине-
ниями на резиновых манжетах
Внутреннее расчетное давление с ко-
эффициентом 2, ио не более заводского
испытательного давления труб
Внутреннее расчетное давление с коэф-
фициентом 1,5, но не более заводского
испытательного давления труб
0,6 (6)
1.0(10)
Внутреннее расчетное давление с коэф-
фициентом 1,5, но не более заводского
испытательного давления труб
Устанавливается проектом
Внутреннее расчетное давление плюс
0,5 МПа, но ие менее 1 (10)
Внутреннее расчетное давление с коэф-
фициентом 1,5, но не менее 1,5 (15)
путем подкачивания воды, производят осмотр трубопровода
с целью выявления дефектов за время, необходимое для вы-
полнения этого осмотра. В случае выявления дефектов устра-
няют их и производят повторное испытание трубопровода.
После испытания трубопровода на прочность приступают
к испытанию его на герметичность. Для этого давление в тру-
бопроводе повышают до величины испытательного давления на
герметичность рг, фиксируют время начала испытания Ти и за-
меряют начальный уровень воды в мерном бачке h„, произво-
дят наблюдение за падением давления в трубопроводе. Могут
иметь место три варианта падения давления:
первый вариант — если в течение 10 мин давление упадет
ие менее чем на 2 деления шкалы манометра, но не ниже вну-
треннего расчетного давления рр, то на этом наблюдение за па-
дением давления заканчивают;
второй вариант — если в течение 10 мин давление упадет
менее чем па 2 деления шкалы манометра, то наблюдение сле-
146
ТАБЛИЦА 48
Величина внутреннего расчетного давления в трубопроводе рр , МПа (КГС/СМ’1 Верхний предел из- мерения давления, МПа (нгс/см*) Цена делеяия. МПа (кгс/см*) Др. МПа (кгс/см*) Верхний предел из- мерения давления, МПа (нгс/см3) Цепи деления, МПа (нгс/см*) Др, МПа (кгс/см*) Верхний предел из- мерения давления, Мпа (нгс/см3) Цена деления, МПа (кгс/см^ Др, МПа (кгс/см3)
Классы точности технических манометров
0.6 1,0 1.5
0,41 . . 0,75/(4,1 . .. 7,5) 1,6/16 0,01/0,1 0,07/0,7 1,6/16 0,01/1 0,1/1 1,6/16 0,02/0,2 0,14/1,4
0,76. . 1.2/(7,6. . . 12) 1,6/16 0,01/0,1 0,09/0,9 2,5/25 0,02/2 0,14/1,4 2,5/25 0,05/0,5 0,25/2,5
1,21 . . 2,0/(12,1 . . 20) 2,5/25 0,02/0,2 0,14/1,4 4/40 0,05/0,5 0,25/2,5 4/40 0,1/1 0,5/5
2,01 . . 2,5/(20,1 . . 25) 4/40 0,05/0,5 0,25/2,5 4/40 0,05/0,5 0,3/3 6/60 0,1/1 0,5/5
2,51 . . 3,0/(25,1 . . 30) 4/40 0,05/0,5 0,25/2,5 6/60 0,05/0,5 0,35/3,5 6/60 0,1/1 0,6/6
3,01 . . 4,0/(30,1 . . 40) 6/60 0,05/0,5 0,3/3 6/60 0,05/0,5 0,45/4,5 6/60 0,1/1 0,7/7
4,01 . . 5,0/(40,1 . . 50) 6/60 0,05/0,5 0,4/4 10/100 0,1/1 0,6/6 10/100 0,2/2 1/10
Примечание. В числителе дроби приведены параметры в системе СИ, в знаменателе — в системе МКГС.
ТАБЛИЦА 49
Внутренний диаметр трубопровода, мм Допустимый расход подкачанной воды, л/ывп. на испытываемый участок трубопровода длиной 1 км к более пРп приемочном испытательном давления для труб
стальных чугунных асбесто- цементных железо- бетонных
100 0,28 0,70 1,40
125 0,35 0,90 1,56 —
150 0,42 1,05 1,72
200 0,56 1,40 1,98 2,0
250 0,70 1,55 2,22 2,2
300 0,85 1,70 2,42 2,4
350 0,90 1,80 2,62 2,6
400 1,00 1,95 2,80 2,8
450 1,05 2,10 2,96 3,0
500 JO 2,20 3,14 3,2
600 1,20 2,40 3,4
700 1,30 2,55 3,7
800 1,35 2,70 — 3,9
900 >.45 2,90 — 4.2
1000 1,50 3,00 — 4,4
1100 1,55 —. 4,6
1200 1,65 -— — 4,8
1400 1,75 —— — 5,0
1600 1,85 — 5.2
1800 1,95 — 6,2
2000 2,10 — — 6,9
дуст продолжить до тех пор, пока падение давления ие будет
равно 2 делениям шкалы манометра (при этом продолжитель-
ность наблюдения не должна быть более 3 ч для железобетон-
ных и 1 ч для чугунных, асбестоцементных и стальных трубо-
проводов). Если по истечении этого времени давление не
снизится до внутреннего расчетного давления рр, то следует
произвести сброс воды из трубопровода в мерный бачок (или
замерить объем сброшенной воды другим способом);
третий вариант—если в течение 10 мин давление упадет
ниже внутреннего расчетного давления рР, то дальнейшее испы-
тание трубопровода прекращают и принимают меры для обна-
ружения п устранения скрытых дефектов трубопровода.
По окончании наблюдения за падением давления по пер-
вому варианту необходимо выполнить следующее: подкачкой
воды из мерного бачка повысить давление воды в трубопро-
воде до величины испытательного давления иа герметичность
рг, зафиксировать время окончания испытания на герметич-
ность Тк п замерить конечный уровень воды в мерном бачке hK.
После этого определяют продолжительность испытания тру-
бопровода (Тк—Тп), мин, объем подкачанной в трубопровод
воды из мерного бачка Q (для первого варианта), разность
148
между объемами подкачанной в трубопровод и сброшенной из
него воды Q (для второго варианта) и рассчитывают величину
фактического расхода дополнительного объема подкачанной
воды <7п, л/мин, по формуле:
Яи = к — Т'н)-
Заполнение трубопровода дополнительным объемом воды
при испытании на герметичность требуется для: замещения воз-
духа, вышедшего через непроницаемые для воды неплотности
в соединениях; заполнения пустотных объемов, возникших при
незначительных угловых деформациях трубопроводов в сты-
ковых соединениях, а также подвижках резиновых уплотните-
лей в этих соединениях и смещениях торцевых заглушек.
Величину испытательного давления при проверке трубопро-
водов пневматическим способом на прочность и герметичность
в случае отсутствия ее в проекте следует принимать:
для стальных трубопроводов с расчетным внутренним дав-
лением Рр<0,5 МПа (5 кгс/см2)—0,6 МПа (6 кгс/см2) при
предварительном и приемочном испытании трубопроводов;
для стальных трубопроводов с рР=0,5...1,6 МПа (5...
...16 кгс/см2) — 1,15 рр при предварительном и приемочном ис-
пытании трубопроводов;
для чугунных, железобетонных и асбестоцементных трубо-
проводов независимо от величины рр — 0,15 МПа (1,5 кгс/см2)
при предварительном и 0,6 МПа (6 кгс/см2) при приемочном
испытаниях.
ф Что следует Предпринимать при засорении или зарастании
самотечного трубопровода?
В таких случаях необходима прочистка подводного само-
течного трубопровода: в простейших случаях—промывка пря-
мым или обратным током воды, в более сложных — прочистка
скребками.
Промывка прямым током воды производится, когда насос
работает с максимальной нагрузкой. Скорость в водоводе ста-
новится в два-три раза выше нормальной, и трубопровод хо-
рошо промывается, песок выносится в колодец. Чтобы песок
не попал в водоприемную камеру, нижнюю половину сетки за-
крывают щитом; на случай половодья предусматривают два
яруса сеток, из которых нижний закрывают щитом. При этом
вода в колодце поднимается медленно, проходит через сетки,
а песок оседает.
Для обратной промывки необходимо иметь напорную воду.
Для этого от напорной линии подводят трубу к самотечной
линии, выходное отверстие которой заглушают; обратным током
воды промывают самотечный водовод, причем скорость воды
в промываемой трубе должна быть ие менее 2.. .3 м/с.
149
+ Как восстановить размытое основание подводного трубопро-
вода?
Размытые участки основания под трубопроводом восстанав-
ливаются путем подбивки камня с устройством каменной приз-
мы, отметка верха которой должна быть на 0,4 м больше от-
метки верха трубопровода (ширина бермы принимается равной
диаметру трубопровода плюс 0,75...1 м с каждой стороны).
Каменная призма устраивается по всей длине размытого уча-
стка трубопровода.
Размытый участок основания подводного трубопровода при
скорости течения от 1 м/с н более восстанавливают укладкой
мешков с бетоном, а откосы укрепляют крупным камнем. При
размыве основания под трубопроводом на участке длиной бо-
лее 25 м для его восстановления рекомендуется применять бе-
тонные массивы массой до 5 т (рис. 44), устанавливая их
с обеих сторон от трубопровода. К бетонным массивам трубо-
провод прикрепляют при помощи уголков и швеллеров. Бетон-
ные массивы ставят через 25. ..30 м по длине размытого участка.
Укрепленный трубопровод обсыпают камнем в виде призмы.
Ширина ее бермы принимается в зависимости от количества
ниток трубопровода с запасом по сторонам по 0,75 м.
ф Как заделать незначительные течи в самотечных трубопро-
водах?
Ремонт самотечных трубопроводов может быть выполнен
путем постановки опалубки в виде деревянного, лучше метал-
лического, ящика с последующей заливкой в него бетона. Бе-
тон подается по методу вертикально перемещающейся трубы.
Ящик должен быть плотным. Щели между трубопроводом н
стенками ящика заделывают под водой паклей или другими
эластичными гидроизоляционными материалами.
+ Как отремонтировать поврежденные места трубопровода,
работающего под давлением?
Замена или ремонт поврежденных мест подводных трубо-
проводов, работающих под давлением, выполняется путем по-
становки вставок. Вставки соединяются с трубопроводом при
помощи компенсаторных муфт на болтах или при помощи спе-
циальных бугелей, обвариваемых по контуру. Указанные кон-
струкции рекомендуются при внутренних давлениях в трубо-
проводе до 5 МПа, однако требуют тщательного изготовления.
Готовые муфты заводятся под водой иа конец ремонтируемого
участка, надвигаются на вставку, затягиваются болтами или
привариваются.
150
Рис. 44. Укрепление размытого трубопровода (а) и схема организации работ
по ремонту подводного трубопровода с помощью кессона с «мокрым»
дном (б)
Z — массав; 2 — трубопровод
5. Водозаборные и очистные сооружения
+ Каково назначение водоприемных оголовков и их конструк-
ция?
Оголовок предназначается для приема воды из источника и
служит для защиты концов трубопроводов от повреждений
в речных, морских и озерных условиях.
Постоянно затапливаемые оголовки широко применяются
при устройстве системы хозяйственного питьевого и промыш-
ленного водоснабжения (рис. 45). Они устанавливаются ниже
расчетного уровня воды и нижней кромки ледяного покрова на
надежное основание, которое получается при некотором допол-
нительном углублении котлована и укладке слоев камня, щебня,
гравпя, бетона. При слабых грунтах и тяжелом оголовке уст-
раивают подводное свайное основание. Конструкция оголовка
может быть разнообразной (зависит от способа забора воды):
от раструбов, поднятых вверх и повернутых по направлению
течения, до специальных ряжевых, металлических (рнс. 46),
железобетонных сооружений. Установленные водоприемные
оголовки не должны нарушать движение водного потока и дон-
ных наносов, при этом водоприемные отверстия располагают
так, чтобы в них не попадали донные наносы, шуга, рыба.
Редко строят незатапливаемые оголовки — крибы (у них
большая надежность в приеме воды), которые могут быть вы-
несены в реку и с берегом соединяются мостом. Криб выпол-
Рис. 45. Водозаборные оголовки с использованием трубчатых свай
/ _ трубчатые свае; 2 — патрубки; 3 — решетки: 4 — патрубок для иодключения само-
течных труб
152
Рис. 46. Металлический оголовок
а — на дне нити: t — водоприемный патрубок; 2 — соединительные фланцы; 3 — свар-
ное колено; 4 — болты; 6 — уплотняющая прокладка: б — на металлических труб: I —
стальная труба 0820X10; 2 —заглушка; 3 — водоприемные устройства 0325x8...
0108x4; 4 — всасывающие трубопроводы 0 325X8 мм
няется из железобетона. Вода поступает через расположенные
в два яруса окна (рис. 47): нижние — при низких горизонтах,
верхние—при высоких. Затворами окон управляют из помеще-
ния, располагаемого над наивысшим уровнем воды. Такне
оголовки представляют собой массивные, дорогостоящие со-
оружения н могут быть рекомендованы при устройстве водоза-
боров большой производительности в тяжелых природных
условиях.
+ Какие требования следует предъявлять к проектированию и
строительству водоприемных оголовков?
Затапливаемые оголовки, как уже отмечалось, бывают раз-
ных конструкций. От места расположения и надежности работы
оголовков зависит бесперебойность подачи воды в систему
153
Рис. 47. Криб, совмещенный с насосной станцией
водоснабжения. Оголовок должен находиться на такой глубине,
чтобы водоприемное отверстие своим нижним краем возвыша-
лось над дном реки не менее чем на 0,5.. .0,7 м (на мелких
реках меньше). Расстояние верхнего края водоприемного отвер-
стия от нижней поверхности ледяного покрова должно быть не
менее 0,2.. .0,3 м. Количество водоприемных отверстий для ого-
ловков принимают не менее двух. Для снижения входной ско-
рости воды с целью предотвращения засасывания посторонних
предметов в трубу, а также для уменьшения потерь на сжатие
струи диаметр раструба оголовка должен быть в 1,3. ..1,5 раза
больше диаметра трубы. На сплавных реках, несущих много
бревен и корней, оголовку придают обтекаемую форму. При
существовании опасности размыва дна реки около оголовка дно
укрепляют каменной наброской или фашинными тюфяками.
154
В месте установки оголовка неразмываемость русла должна
быть проверена по формуле
»н - 1.65(d10/d)0.25 Vi + 3p«/8 -y/gd (Wd)0.2S,
где vn — неразмывающая скорость речного потока, м/с; d— средний диаметр
отложений иа дне или каменном креплении, м; di0—наибольший диаметр
частиц отложений иа дне, содержащихся в смеси в количестве не более 10 %,
м. Н — глубина потока, м.
При проектировании оголовка надо учитывать данные о ле-
довом режиме, толщине льда, продолжительности ледохода,
шугоходе, заторах, образовании торосов и другие факторы,
влияющие на выбор конструкции оголовка.
В большинстве случаев оголовки доставляют к местам уста-
новки в готовом виде. Монтаж оголовка производят с помощью
плавучего крана. Оголовок спускают в воду с ранее устроен-
ного стапеля н наплавным способом буксируют к месту уста-
новки.
+ Как рассчитывается русловый водоприемный оголовок?
К основным силовым воздействиям на русловые оголовки от-
носятся гидростатическое и гидродинамическое давление воды.
На опрокидывание оголовок может быть проверен по фор-
муле
^опр “ 2М/(РдЬ + рса),
где Копр — коэффициент запаса устойчивости, принимаемый в зависимости от
класса сооружения равным 1,1... 1,4; М — сумма моментов, удерживающих
вертикально силы без учета временных нагрузок; b — плечо гидродинамиче-
ского давления относительно ребра, вокруг которого может произойти опро-
кидывание; а — то же, гидростатическое давление.
Гидростатическое давление на подошву оголовки
Рс-К„уН.
где Кп — коэффициент противодавления, принимаемый для мелких и средних
песков равным 0,8...0,95; для глии — 0,7...0.8; для суглинков и супесей —
0.85. ..0.9; для енльиотрещиповатой скалы — 0.75...1,0; для неразрушенной
скалы — 0,35; Н — глубина погруженного основания сооружения при наиболь-
ших уровнях воды.
Гидродинамическое давление определяется воздействием по-
тока воды на оголовок, расположенный нормально к движению
потока:
Ря = СЛо2/(2й),
где С — коэффициент лобового сопротивления (может быть принят по таб-
лице): величина коэффициента С зависит от формы оголовка в плане и усло-
вий работы; так, для оголовка прямоугольной формы при отсутствии или не-
значительном течении С«=0.6; для оголовка ромбической формы н постоянном
по направлению течении С=0,3; для оголовка круглой формы и неустойчивом
направленном течении С=0.4; А — площадь проекции сооружения, нормаль-
ной к направлению движения потока; v — скорость потока.
L55
Проверку на сдвиг оголовка можно выполнить по формуле
Код» = (G — Pc) JlPttf
где /Сед»— коэффициент устойчивости на сдвиг: КСдп = 1.1--1.4; G — масса
сооружения; { — коэффициент трения, зависящий от характеристик основания
и подошвы сооружения (см. табл. 43).
Принимая, что оголовок способствует увеличению скорости
течения воды в зоне его расположения, следует проверить не-
размываемость русла:
V2 gml(2,6ул) [(ум — у) d + 1,25сК],
где Н — глубина потока, м; d— средний диаметр частиц отложений на дне
или каменного мощения, мм; т — коэффициент условий работы: для чистых
потоков т=1, при наличии наносов т=1,4; я — коэффициент перегрузки: я=
= l+d/(0,00005+ 0.3 d); у и Ум — плотность волы и отложений или каменного
мощения, т/м3; с — величина усталости прочности грунтов: с= 175/(10’® d);
К — коэффициент сцепления: К=0,5.
ф Как определить размеры водоприемных отверстий оголовков
русловых водозаборов?
Размеры водоприемных отверстий или фильтрующей поверх-
ности оголовков русловых водозаборов определяют по фор-
муле
<°бр = 1.25Qp. с klv,
где <0оР — площадь отверстия (брутто) одной секции водоприемника, мг;
Qr. с — расчетный расход одной секции, мэ/с; v — допустимая скорость вте-
кания воды в водоприемные отверстия: v=0,2...0,6 м/с; k — коэффициент,
учитывающий стеснение отверстий стержням и равной расстоянию между
стержнями плюс диаметр стержней; 1,25 — коэффициент засорения отверстий.
Скорость втекания воды v в водоприемные отверстия для
очень тяжелых шуголедовых условий может приниматься рав-
ной 0,05 м/с. Для водоприемников фильтрующего типа значе-
ние k берется равным величине, обратно пропорциональной по-
ристости фильтра, т. е. А=1/р (где р — пористость фильтра,
равная 0,5).
В соответствии с требованием рыбозащиты скорость проте-
кания воды в порах фильтра оголовка должна быть не более
критической скорости плавания защищаемой молоди рыбы,
имеющей длину тела I, т. е. 101. Количество водопри-
емных отверстий принимают не менее двух.
ф Каковы требования к выбору участка строительства водо-
приемного сооружения?
Водоприемные сооружения должны обеспечивать в течение
всего года бесперебойное снабжение потребителей водой воз-
156
можно лучшего качества. Достигается это правильным выбо-
ром участка:
рекомендуется располагать участок вблизи потребителя
воды и источника водоснабжения; при этом участок должен
быть не затопляемым паводками, не требующим средств на
подсыпку, обвалование;
разность отметок между поверхностью земли и горизонтом
воды источника водоснабжения должна быть наименьшей;
должен обеспечиваться забор нужного количества воды хо-
рошего качества на достаточном расстоянии от мест вероятного
ее загрязнения;
следует учитывать возможность организации зоны санитар-
ной охраны.
Для водозаборных сооружений и площадок водопроводных
сооружений при поверхностных источниках водоснабжения гра-
ницы зоны санитарной охраны реки или водоподводящего ка-
нала должны устанавливаться в зависимости от местных сани-
тарных, топографических и гидрологических условий, ио всегда
должны располагаться вверх по течению на расстоянии не ме-
нее 200 м от водозабора; вниз по течению — не менее 100 м
от водозабора; по прилегающему к водозабору берегу — нс ме-
нее 100 м от линии уреза воды при наивысшем се уровне.
При ширине реки или канала менее 100 м в санитарную
зону входит вся акватория и противоположный берег шириной
50 м от линии уреза воды в направлении от прилегающего
к водозабору берега в сторону водоема; при ширине реки или
канала более 100 м — полоса акватории шприпой не менее
100 м.
В северной строительно-климатической зоне места водоза-
бора выбираются на участках рек с постоянным поверхностным
илп подрусловым стоком и с устойчивой зоной талых грунтов.
Места расположения водозаборных сооружений на реках опре-
деляют с учетом характера изменения русла.
Водозаборы на водохранилищах, морях и озерах рекомен-
дуется размещать в бухтах, огражденных акваториях или за
пределами прибойной зоны.
Во всех случаях для поверхностного водозабора следует вы-
бирать устойчивую, без оползней береговую полосу у наименее
загрязненных участков водоема. Последнее особенно важно,
если речь идет о хозяйственно-питьевой воде, а также когда
водоприемные сооружения приходится относить на значитель-
ное расстояние от населенных пунктов. На берегу должна
быть выбрана не занятая постройками ровная площадка (не
уже 30 м) с подъездными путями. Глубина воды на намечен-
ном под водозабор участке должна быть достаточной в тече-
ние всего года; этому требованию больше всего удовлетворяет
прямолинейный плесовый участок реки или вогнутый берег.
157
При изысканиях надо обязательно выявить изменения русла
реки за многолетний период, что позволит судить о степени н
направлении размыва ложа и берегов. Весьма опасны для во-
доприемных сооружений удары льдии и их навалы во время
ледохода.
Выбрав благоприятное для расположения водозаборных со-
оружений поперечное сечеиие реки, устанавливают для него
уровни (наименьший, средний меженный и наивысший) гори-
зонта ледостава и ледохода. Исходя из этих данных назна-
чают места расположения водоприемника и насосной стан-
ции.
Для Крайнего Севера характерны направление течения
с юга на север и большая амплитуда колебаний горизонта
воды. При этом максимальные горизонты имеют место при ле-
доходах. Часто русла рек забиваются льдом, вследствие чего
при значительной его толщине (4... 5 м) водозаборные соору-
жения, возвышающиеся над дном, могут быть прн ледоходе
разрушены.
На реках малой глубины приходится производить спе-
циальные мероприятия, в частности:
углубление дна реки у водоприемника и обеспечение посто-
янства глубин;
создание подпора у водоприемника;
одновременное повышение уровня воды и углубление дна
реки у водозабора.
В выбранном створе рекомендуется предусматривать схемы
водозабора с сильно развитым фронтом берегового (ряже-
вого) водоприемника, русло которого регулируется системой
невысоких полузапруд, размещенных у противоположного бе-
рега.
Не следует намечать приемные сооружения у пристаней и
паромных переправ, а также в местах отстоя судов и плотов.
+ Каковы типовые решения водозаборных сооружений?
Русловые водозаборные сооружения представляют комплекс
по приему воды из открытых источников. Состоит русловый
водозабор из водоприемного оголовка, берегового приемного
колодца, из которого насосы подают воду, и самотечных или
сифонных водоводов (см. рис. 45).
Условно принято подразделять водозаборы по производи-
тельности: на малые—меньше 1 м3/с, средние — от 1 до 6,
большие — больше 6 м3/с.
Водозаборы берегового типа (рис. 48) возводятся на кру-
тых берегах рек, где имеются условия, обеспечивающие подачу
воды через приемные отверстия (окна) в водоприемник при
любом уровне в водоеме; верхние отверстия служат для за-
бора в период паводка.
158
Рис. 48. Водопроводная станция первого подъема
а —план и разрез; б — общий вид оголовка; в — конструкция двустороннего забора
воды из трубы
t— подземная часть насосной станции; 2 — водозаборные оголовки; 3— самотечные
трубопроводы 01400 мм; 4 — участок самотечного трубопровода, сооружаемый мето-
дом тоннельной проходки; В~ колено 0 1420X14 мм: б —колено 01220x14 мм; 7 —
тройник 1220X14 мм; 8 — всасывающее отверстие с решеткой: Я — труба 0325ХЯ мм
Водозаборы инфильтрационного типа применяют при нали-
чии мощных водонасосных подрусловых пластов, сложенных из
фильтрующих грунтов с большими коэффициентами филь-
трации.
Шахтные колодцы глубиной до 30 м обычно устраивают,
используя опускной способ, в песчаных и гравелистых грунтах
для забора грунтовой воды из верхнего (безнапорного) гори-
159
зонта. Для образования отверстий в стенах и на дне колодца
при его бетонировании закладывают трубы с закрытыми проб-
ками, которые извлекают после погружения колодца. На дно
колодца укладывают обратный фильтр из нескольких слоев
песка (толщиной 0,4...0,6 м) и гравия (толщиной по 10...
...15 см), отсыпаемый слоями с постепенным увеличением
крупности фракций снизу вверх. Стены колодца должны воз-
вышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,8 м.
В районах Севера многие поверхностные источники (реки,
озера), промерзают, вследствие чего не могут быть использо-
ваны на расчетную производительность в течение 6... 9 меся-
цев. Подземные поды встречаются здесь реже, чем в зоне
с умеренным климатом, причем часто они мало пригодны или
вообще не пригодны для водопотребления из-за высокой мине-
рализации. В этих условиях более надежен водозабор подмерз-
лотных вод, которые имеют гидравлическую связь с поверхно-
стными водами по сквозному талому грунту (талику).
В северных районах рационально создавать искусственные
водохранилища, возводя плотины на реках, или углублять и
расширять существующие водоемы, прибегая к регулируемому
подпитыванию озера или реки посредством организации водо-
непроницаемых экранов, перехватывающих подземные потоки,
обладающие достаточным дебитом.
При благоприятных гидрогеологических, гидрологических и
мерзлотно-грунтовых условиях целесообразно забирать воду из
подруслового потока реки, используя инфильтрационные водо-
заборы.
Лучевые водозаборы — разновидность горизонтальных водо-
сборов— состоят из системы горизонтальных лучей скважин,
радиально присоединенных к сборному шахтному колодцу
(рис. 49). Лучевые водозаборы устраивают в водоносных плас-
тах, в которых кровля расположена от поверхности земли на
глубине нс более 15...20 м и мощность пласта не превышает
20 м.
Временные водозаборы устраивают на пологих берегах мо-
рей, когда колебания уровня воды значительны. Водозаборное
сооружение устанавливают на определенном расстоянии от бе-
рега на искусственном островке или свайном фундаменте, на-
дежно защищаемом от ледостава, ледохода и плавающих тел.
При временном водоснабжении преимущественно сооружают
передвижные или плавучие водозаборы. Передвижные водоза-
борные устройства перемещаются по наклонному рельсовому
пути, уложенному на берегу, при изменении уровня воды в реке.
Плавучие насосные станции располагаются на понтоне или
барже, закрепленных якорями. Недостатками таких устройств
являются необходимость в гибких соединениях трубопроводов,
тяжелых условиях эксплуатации зимой и в период ледохода.
160
Рис. 49. Схема лучевого водоза-
бора
а—разрез 1—1: б — планы; I — артс-
энанскнЛ насос; 2 — электродвигатель:
3 — лучевые перфорированные трубы:
4 — напорная труба
ф Каково назначение водо-
заборов, устраиваемых у бе-
рега в русле реки?
Водозаборный узел бе-
регового типа—комплекс
сооружений по приему воды
непосредственно у берега.
Водоприемные отверстия,
располагают в передней
стенке колодца, как пра-
вило, в несколько ярусов.
Через нижние отверстия
вода поступает в водозабор
при низких горизонтах, че-
рез верхние — при высоких.
Затворами окон управляют
ii'i помещения, располагае-
мого над панвысшим уров-
нем воды.
Такт* насосные станции
называются крнбом. Их
строят за перемычкой или
опускным колодцем с при-
менением водоотлива. Они
представляют собой массивные дорогостоящие сооружения и
рекомендуются только при строительстве водозаборов большой
производительности в тяжелых природных условиях.
Насосные станции первого подъема (рис. 50) могут быть со-
вмещенной компоновки (насосная станция первого подъема и
водоприемный колодец находятся в одном помещении) п раз-
дельной (насосная станция размещается в отдельно стоящем
здании на некотором расстоянии от водоприемного колодца и
соединяется с ним всасывающим трубопроводом).
ф Каковы основные требования к устройству водозаборов на
реках и каналах?
Основным и непременным условием приема воды из источ-
ника водоснабжения является бесперебойная ее подача в необ-
ходимом количестве на очистные сооружения или в сеть потре-
161
Рис. 50. Принципиальная схема водозабора совмещенной компоновки
1 — оголовок; 2— самотечный водовод; 3 — сифонный колодец; 4 — водоприемный бе-
регосетчатый колодец; 5 — задвижки; б — колонки управления задвижками; 7 — надзем-
ный павильон берегового водоприемного колодца; 8 — водоприемная камера берего-
вого колодца; 9 — всасывающее отделение; 10 — разделительная стена колодца: II —
плоская съемная сороудержввающая сетка; 12 — насосная станция первого подъема;
13 — напорные водоводы; 14 — камера переключения; /5 — вертикальные насосы
бителя. Считается, что при величине относительного водозабора
<Эп/<Эмни^0,25, т. е. отношении расчетного расхода водозабора
к минимальному расчетному расходу воды в источнике соответ-
ствующей обеспеченности, забирать воду можно. При Q8/Qmhh>
>0,25 надежный водозабор возможен только из нешугоносных
открытых потоков, а также при устройстве водоподъемных
плотин.
В зависимости от характеристики режима подачи воды при-
няты три категории надежности: для категории I — допустимо
снижение подачи воды не более чем на 30 % расчетного рас-
хода в течение 3 суток; для категории II —то же, 1 месяца или
перерыв в подаче воды до 5 ч; для категории III — то же, 1 ме-
сяца или перерыв в подаче воды до 1 суток.
ф Какие требования предъявляются к русловым самотечным
водоводам для водоснабжения?
Самотечные водоводы укладывают в плайе и в вертикаль-
ной плоскости без резких поворотов и сужений и защищают от
подмыва речным потоком, повреждения якорями судов и пло-
тов. С этой целью водоводы заглубляют ниже дна (с учетом
возможного размыва и дноуглубления): на судоходных ре-
ках— на 0,8...1,5 м, на несудоходных — на 0,5 м. Вводить са-
мотечные водоводы в береговые колодцы следует через саль-
ник, который выполняется по конструкции, представленной на
рис. 51.
Сифонные водоводы допускается применять в водозаборах
второй и третьей категорий надежности подачи воды в том слу-
162
Рис. 51. Сальник для пропуска труб через стены сооружений
а — узел установки; б — корпус сальника; / — труба 1020X8 мм; 2 —кольцо ПЗОХ
X1023X10 мм; 3 —арматура 0 16 мм; 4 —прядь пспькоаая: 5 — зпчекаика асбестоце-
ментным раствором; б — мастика из нефтяного битум и (70 %) и асбестового волокна
час, когда по геологическим и гидрологическим условиям про-
кладка самотечных водоводов затруднена.
Размер сечения водоводов со определяют по формуле
ы = Qlv,
.-и- Q — расчетный расход одного оодопода; и — скорость дпнжения поды.
Для нормального режима работы водозабора скорости дви-
жения вод в водоводах принимают в пределах 0,7. ..1,5 м/с.
ф Какова необходимость устройства на реке канала-ковша для
водозабора?
На реках с большой амплитудой колебания горизонта воды
устраивают возможные водоприемники (ковши), которые ис-
пользуют для местного регулирования реки. Малые скорости
движения воды в ковше (0,15...0,05 м/с) создают условия для
отплытия занесенной из реки шуги, которая смерзается с по-
верхностным льдом. Забор воды из ковша производить лучше,
чгм непосредственно из реки. Дно ковша располагают на 1,0...
...1,5 м ниже дна реки, тем самым отпадает необходимость
и устройстве плотины, увеличивается расход, отбираемый из
реки в периоды минимального стока.
Нодоприемный ковш (рис. 52) представляет собой искус-
i'i псиный залив, который образует дамба, вынесенная в русло
реки, или открытая в береге выемка. В том случае, когда ка-
В.1Л кппш предназначается для борьбы с шугой, а также для
огпетлепия забираемой воды, дамба должна быть псзалнвае-
мой. Ковши целесообразно устраивать на шугоносных реках
163
Рис. 52. План подводящего канала-ковша
I — напорные трубопроводы 0 400 мм; 2 — водозаборный железобетонный колодец; 3 —
самотечные трубы 0600 мм; 4 — колодцы для водоотлива; 5 — граница крепления ка-
мевноб отсыпкой
с недостаточными глубинами при расходах QB>0,5 м3/с. От-
метку дна ковша принимают из расчета обеспечения требуемых
глубин в нем при минимальном уровне зимней межени. Ши-
рину ковша по дну принимают равной 5.. .8 м для прохода зем-
снаряда, используемого при очистке ковша от наносов.
Полная длина водоприемного ковша, заглубленного в берег,
вычисляется по формуле
£ = /в +4-
где /а — длина входной части ковша, охватываемой водоворотом на входе;
1Ш — длина участка ковша, на котором откладываются при шугоходс захва-
ченные в ковш шуга и ледяная взвесь; /р — длина рабочей части ковша,
в пределах которой к концу шугохода обеспечивается полное всплытие всех
скоплений кристаллов льда.
Длину входной части водоприемника /в можно приближенно
принимать равной (1...0,5)Вв> где Вв — ширина входа ковша,
измеренная по урезу воды прн среднем уровне воды в период
шугохода. Длину 1Ш принимают: для ковша с низовым входом
5...10 м, для ковша с входом, выдвинутым в русло реки, не
имеющего низовых дамб—15...20 м; для ковша, заглублен-
ного в берег — 20. ..30 м. При больших водоотборах необходимо
приведенные значения увеличить в 1,25.. .1,5 раза.
Длину рабочей части ковша рассчитывают по формуле
/р - 28,7 4 0.105Q/u — 6Н ),
где Ьп—начальная ширина транзитной струи я ковше: l»n=Q/(Hvn); Н —
глубнпа на пходе в ковш прн средних горизонтах воды в реке в период шуго-
164
хода Ов — скорость входа воды в ковш: св= (0.4.. .0,6) сР; ср— скорость те-
чении воды в реке.
Ограждающие пезатопляемые дамбы ковша устраивают на
0,5. ..1,0 м выше отметок расчетного максимального горизонта
воды в реке. Ширину гребня дамб принимают равной 4... 5 м,
а ширину берм — 1,5... 2 м.
ф Как защищают водозаборы от донного льда и шуги?
Для защиты водозаборов от донного льда и шуги, а также
для удаления из воды мелкого мусора при приеме воды из по-
верхностных источников входные окна водоприемников снаб-
жают съемными сороудержнвающнми решетками (табл. 50).
Съемные металлические рамы изготавливают из уголковой
стали или швеллеров и металлических стержней из стали поло-
совой 50x 60 мм или круглой диаметром 10. ..14 мм. Расстоя-
ние между стержнями принимают 50...100 мм.
Для предупреждения обмерзания льдом стержни решеток
следует выполнять из гидрофобных материалов (каучука, эбо-
нита, резины и т. п.) либо покрывать этими материалами
стальные стержни.
Хорошие результаты по защите водозаборов от шуги и дон-
ного льда дает обогрев решеток электрическим током. Мощ-
ность, затрачиваемая на электрообогрев 1 м3, колеблется от 4
до 9 кВт или от 1 до 10 кВт на I м2 поверхности решетки.
Необходимая мощность электрообогрева 1 м2 поверхности
решеток, предотвращающего обмерзание стержней, находя-
щихся в переохлажденном потоке, определяется по формулам:
для стержней прямоугольного сечения
P = 9.0v0.8(o,oi —/в);
для стержней круглого сечения
Р = 2,3v0.6 (0,01 — Л,
где v — скорость течения воды в решетке, м/с; to — температура переохлаж-
денной волы, °C; 0,01—температура поверхности решетки; d—диаметр
гержия, м.
ТАБЛИЦА 50
Размеры пилоприем- ного окпа. мм Основные размеры решетки, мм Масса решетин, кг
Н Н, н. Л, L L,
4СЮХ600 840 700 600 50 40 500 400 20
«00X 800 1040 900 800 50 40 700 600 33'
ЯООХ1000 1255 ИЗО 1000 65 50 930 800 52
1000X1200 1620 1320 1200 80 50 1100 1080 90
12О0Х 1400 1820 1320 1400 80 50 1300 1280 120
1200X 2000 2600 2200 1986 120 60 1424 1404 253
1250X 2500 3100 2700 2486 120 60 1424 1404 300
165
ф Как защищают водозаборные оголовки от сора?
При приеме воды из поверхностных источников входные
окна водоприемников снабжают решетками. Кроме того, для
удаления из воды мелкого сора н загрязнений (планктона, во-
дорослей и т. д.) береговые колодцы оборудуют сетками. На
водоприемных отверстиях водозаборных оголовков устанавли-
вают металлические решетки, такие же как при защите от дон-
ного льда и шуги. Располагают решетки обычно вертикально по
нормали к направлению течения воды. Размеры сороудержи-
вающих решеток рекомендуется принимать в зависимости от
размеров водоприемных отверстий согласно табл. 50.
Сороудерживающие решетки русловых водозаборов очи-
щают путем обратной промывки водой. Чистку решеток бере-
говых водозаборов производят либо гидромонитором, либо
вручную со служебного мостика или с балкона служебного па-
вильона.
К рыбозащитным мероприятиям на водозаборных оголовках
относят установку вместо решеток фильтрующих кассет, запол-
ненных керамзитом с крупностью фракций 25.. .30 мм. Короб
кассеты должен плотно прилегать к материалу водозаборного
оголовка, протечка не допускается. Кассету покрывают одним
слоем органосиликатной краски по четырем слоям лака ХС-76.
♦ Какие требования предъявляются к выбору месторасполо-
жения очистных сооружений канализации?
Очистные сооружения канализации располагают по течению
рек ниже канализируемых объектов. Площадку для строитель-
ства станции очистки сточных вод нужно выбирать с подвет-
ренной стороны для господствующих ветров теплого периода
года по отношению к жилой застройке. При расширении сани-
тарно-защитной зоны допускается размещение станции и с на-
ветренной стороны. Санитарно-защитная зона между очист-
ными сооружениями и жилыми кварталами или пищевыми пред-
приятиями назначается в зависимости от расхода сточных вод
следующей: при расходе до 5 тыс. м3/сут — 200...300 м; от 5
до 50 — 300.. .400 м; от 50 до 280 — 400.. .1000 м.
Площадку для очистных сооружений желательно распола-
гать иа косогорах с уклоном так, чтобы разность отметок уров-
ней воды на входе в очистную станцию и выходе из нее равня-
лась 3.. .5 м, если в состав станции входят аэротенки, и 8...
10 м — при наличии биофильтров. Разность отметок между
уровнями воды устанавливают с учетом расчетных потерь на-
пора в сооружениях, соединительных коммуникациях и измери-
тельных устройствах.
В условиях Севера очистные сооружения располагают в за-
крытых отапливаемых помещениях, так как все биохимические
166
процессы при низкой температуре воды замедляются. Выпуск
сточпых вод в реки, не промерзающие зимой, предусматривают
на 0,5 м выше дна. В случае промерзания водоема стоки пода-
ются в специальное ограждение, где намораживаются; в весен-
нее половодье их уносит течение.
ф Каково назначение и конструкция оголовков канализацион-
ных выпусков?
Производственные и коммунальные сточные воды, сбрасы-
ваемые в реки, озера, водохранилища и моря, существенно из-
меняют режим водной среды, нарушая жизнедеятельность рас-
тительных п животных организмов.
Русловые выпуски представляют собой трубопровод, выво-
димый в русло реки и оканчивающийся одним или несколькими
оголовками. Оголовки выпуска располагают в месте наиболее
интенсивного течения реки.
Глубинные выпуски устраиваются для сброса сточных вод
в озеро, водохранилище или море на некотором расстоянии от
берега (обычно до глубины 10...15 м). Прн большей глубине
выпуски называются глубоководными. Форма оголовка должна
быть как можно более простой, размеры — минимальными, но
обеспечивающими устойчивость, соединение его с трубопрово-
дами и гидроизоляция — долговечными. Оголовки рекоменду-
ется по возможности располагать в зоне, где они нс подверга-
ются ударам волн.
Различные .схемы конструкции оголовков канализационных
выпусков показаны на рис. 53.
Круглые отверстия в теле трубы, в последнее время до-
вольно широко применяемые за рубежом при строительстве ка-
нализационных выпусков, называются диффузорами н счпта-
Рис. 53. Различные схемы конструкций оголовки выпусков
и — круглые отверстия в теле трубы; б — щели в теле трубы; е — цилиндрический ого-
лииок с отражателем; г — цилиндрический оголоиок с конфузором: д — оголовок с эжек-
тирующей насадкой
167
Рис. 54. Схема напорного бетонирования оголовка методом ВПТ в зимних
условиях
а — общий вид: / — каменная постель; 2 — оголовок; 3 — лед; 4 — бетоиолитиая труба
0I2S мм длиной 6,0 м; 6 — деревянный настил; б — передвижной козел; 7 — трос
0 17 мм; в — бетонная смесь с ОК-17. ..20 см, М200; 9 — электролебедка; 10— автобе-
тононасос БН-80-20; II — автобетоносмеситель СБ-92; 12 — бетоиовод 0 125 мм; 13 —
стойка; б — стандартный щит опалубки: / —отверстие для захвата щита; 2 —болт: 3—
гвозди; 4 — засыпка (сухие опилки)
ются наиболее рациональными. Недостатком такого оголовка
является низкий коэффициент расхода сточных вод вдоль тру-
бопровода, что приводит к неравномерности распределения рас-
ходов н неравномерности разбавления сточных вод.
Устройство щелей в теле трубы — решение, подобное преды-
дущему, однако ему присуще еще более неравномерное разбав-
ление стоков.
168
Цилиндрический оголовок с отражателем рационален в ус-
ловиях, когда по причинам гидрологического характера трубо-
провод выпуска нельзя укладывать по дну. Отражатель на ци-
линдрическом оголовке создает коническую полую внутри
струю. Потери напора в таком оголовке выше, чем в предыду-
щих, конструкция сложнее и дороже.
Оголовок с эжектирующей насадкой конструктивно слож-
нее и дороже. Однако этот недостаток компенсируется высокой
эффективностью разбавления сточных вод. При создании ого-
ловков, состоящих из цилиндрической части и конически схо-
дящейся насадки (конфузора), рекомендуемое отношение диа-
метра цилиндрической части к диаметру отверстия di/do>2,5,
чго соответствует условиям достижения максимального коэф-
фициента расхода.
Трубопровод распределительной части выпуска должен
иметь постоянное сечеиие.
Число рассеивающих патрубков N определяется отношением
и|>фективной длины рассеивающей части к расстоянию между
патрубками
N-=Ul,
где I- — эффективная длина трубопровода, принимаемая не более 80. ..90%
uiMiitoii ширины реки в межень или устанавливаемая исходя из условия без-
опасности прохождения судов; / — расстояние между патрубками иа одном
рубопроволе: 1=0.5. ..I м.
169
Диаметр выпускного отверстия принимается в зависимости
от расчетного расхода, скорости истечения воды и числа пат-
рубков. Наименьший диаметр выпускного отверстия следует
принимать равным 100 мм. Главная задача проектирования за-
ключается в подборе такого сечения трубопровода, которое
обеспечивает оптимальные условия равномерного распределе-
ния расходов и ие допускает заиливание оголовков.
ф Как осуществляется бетонирование оголовка в холодной
воде при отрицательной температуре воздуха?
К укладываемым бетонам предъявляются повышенные тре-
бования в отношении коррозионной стойкости и морозостойко-
сти. Применяют специальные гидротехнические бетоны М300 и
выше, морозостойкостью не ниже F 300. Расход сульфатостой-
кого цемента М400 и выше составляет ие менее 500 кг/мэ.
В бетон вводят воздухововлекающие н пластифицирующие до-
бавки СДБ и СНБ. Укладка бетона осуществляется «насухо»
в теплоизолирующей водонепроницаемой опалубке.
Производство работ и последующая выдержка бетона в кон-
такте с холодной водой осложняется прониканием воды через
неплотности опалубки, большим коэффициентом теплоотдачи
с поверхности опалубки в воду и в связи с этим интенсивным
охлаждением поверхности слоев бетона.
Опалубочный щит (рис. 54,6) состоит из лицевой части и
днища. Лицевая часть набирается из двух плотно пригнанных
слоев досок толщиной 5 см. Для обеспечения водонепроницае-
мости наружный щит обтягивается предварительно прокрашен-
ным брезентом или усиленной полиэтиленовой пленкой. На
днище опалубки устраивается теплоизоляция слоем толщиной
не меиее 5 см из двух слоев досок или -пенопласта (табл. 51).
Зазоры между днищем н шпунтовой пленкой заделываются
опускаемыми иа веревках мешками, заполненными на ’/г-- -2/з
объема бетоном. Масса мешка 50.. .60 кг.
Для устранения теплопотерь через шпунт последний обогре-
вают при помощи паровых труб диаметром 76.. .86 мм, укла-
дываемых по обе его стороны под водой. Подача пара по тру-
бам осуществляется до начала бетонирования и поддержива-
ется на протяжении всего периода выдерживания бетона
(табл. 52). Трубы утапливают в слой бетона толщиной 0,5 м
ниже проектной отметки подошвы оголовка. Прогрев уло-
женного слоя осуществляется непрерывно в течение 1...1.5
суток.
Рекомендуется контролировать температуру углов и высту-
пающих частей в первые сутки 3...4 раза, в последующие —
2 раза. В тело бетона в местах контроля помещаются трубки
диаметром 25 мм с заваренными концами. Перед замером тем-
пературы в трубки наливают воду иа высоту 80... 100 мм.
170
ТАБЛИЦА SI
Тип и конструкция опалубки или укрытия Материал опалубки Толщина слоя,', мм Коэффициент тепло- передачи, Вт/(м*-К). при скорости ветра, м/с
0 5 16
Доска 25 2,1 4,5 5,15
1 40 I Доска 40 1,73 3,1 3,4
Доска, толь. 25 1,55 2,6 2,8
доска 25
1 Металл, 3
минеральная 50 4 0,86 1.1 1,15
Т L\'WAW<.t\4
4 Толь, опилки 100 0,64 0,77 0,78
сЛКУТОЖ Толь, миие- 50 0,87 1.13 1,10
4 f’&ertW ральная вата
ТАБЛИЦА 52
Температура наружного воздуха. Температура бетонной смеси при выпуске на бетонном заводе, **С
в открытых блоках в шатровых блоках
термос иктньная теплозащита термос активная теплозащита тепляки
5 5 5
0 15 10
25 20 15 —
—10 25 20 10 10 8
—15 30 25 16 12 9
—20 — 30 21 14 9
—25 — — 26 16 10
—30 — — 21 18 И
—35 — — 36 19 12
—40 — — 42 21 13
6. Подводная укладка кабелей
ф Каковы особенности подводной укладки электрических и
коаксиальных кабелей связи?
Подводные электрические кабели со свинцовой оболочкой,
более толстой, чем у кабелей, прокладываемых по суше, укла-
дывают, заглубляя в грунт для защиты от случайных повреж-
дений.
Для подводной связи используются многоканальные кабели
(12, 24, 60 каналов) с медным проводником диаметром 5/18 мм,
полиэтиленовой изоляцией, внешней броней, изготовленной из
стальной проволоки. Указанным характеристикам соответст-
вуют марки кабеля КПК, КПЭК, КПЭБ, КПГК.
Подводные электрические кабели в морях, реках и озерах
укладывают в свинцовых оболочках с наружным покровом из
круглых оцинкованных проволок (тип К и Ki).
В местах возможных размывов, на реках с сильным тече-
нием, а также на берегу морей в зоне прибоев применяют ка-
бели с двойной броней. Под водой укладывают кабели по воз-
можности одной строительной длины: силовые — 200 м, теле-
фонные— 250 м. Укладку осуществляют преимущественно на
прямых, глубоких и устойчивых участках водных преград, где
дно н берега в малой степени подвержены размыву.
Перед тем как начать прокладку кабелей, производят водо-
лазное тщательное обследование дна водоема, через каждые
5...10 м замеряют глубины. Это позволяет определить пригод-
ность участка для прокладки кабеля, выбрать длину послед-
него.
172
Перед прокладкой кабели испытывают на специальных ба-
рабанах: электрические — методом кспотрирования, кабели
связи — прозваниванием с целью выявления целостности и на-
гнетанием воздуха под давлением до 30 кПа в запаянную
с обоих концов свинцовую оболочку с целью проверки на гер-
метичность.
Кабели прокладывают при температуре +5 °C. Если темпе-
ратура ниже, то кабели необходимо прогреть в тепловом поме-
щении (тепляках). Для прогрева можпо воспользоваться то-
ками высокой частоты.
Прн укладке кабелей под воду необходимо выдерживать
минимальную величину заглубления, которая может меняться
в зависимости от гидрогеологических условий, места перехода
и приниматься равной на судоходных сплавных и несудоходных
реках глубиной до 8 м не менее 1 м. Такое же заглубление вы-
держивается в месте стыка подводного и подземного кабеля
в береговой части.
Укладка кабеля без заглубления допускается при глубине
водной преграды больше 8 м при согласии организации, экс-
плуатирующей водоем. Минимальное расстояние от уреза воды
до стыка подводного кабеля с подземным устанавливается рав-
ным 30 м. Номинальное расстояние между основным и резерв-
ным кабелями на судоходных и сплавных реках принимается
ие менее 300 м.
При пересечении водных преград значительной ширины ка-
бели соединяют прн помощи муфт, рассчитанных па восприя-
тие растягивающих усилий, возникающих при опускании ка-
белей на дно.
В целях исключения растягивающих усилий, вызываемых
размывом диа, и обеспечения подъема кабеля для ремонта его
укладывают в русле реки со слабиной (изгибом по длине).
В этом случае длина кабеля принимается на 10. ..15% больше
ширины реки в месте створа.
При укладке в траншеи нескольких кабелей расстояние
между ними должно быть не менее 25 см, а при прокладке ка-
беля непосредственно по дну (при пересечении рек с сильным
тгчеиием или каменистым дном) —не менее 20 м. На дно тран-
шей, разработанных в скальном или плотном гравелистом грунте,
подсыпают слой песка 15...20 см. После укладки кабеля
сверху делают подсыпку еще одним слоем толщиной 15...10 см.
Дли защиты от ледохода и других неблагоприятных факторов
па участке выхода кабеля из воды на берег применяют либо
KfiMi-niioc мощение, либо укладывают железобетонные плиты
пли хворостяные тюфяки с пригрузкой камнем в зависимости от
ра шниающпхея скоростей.
Па подходе кабеля к набережной в ее стенки заделывают
металлические трубы с внутренним диаметром, вдвое большим
173
диаметра кабеля. Концы уложенных кабелей протаскивают че-
рез трубы, смазанные тавотом.
Существует общее правило—кабели укладывают в разра-
ботанную траншею протаскиванием через водную преграду
или опусканием под воду с плавучих средств. Протаскивание
кабеля, если ширина водной преграды доходит до 500 м, осу-
ществляется канатом н лебедкой, установленной на противопо-
ложном берегу. Сначала через реку протягивают канат, одни
конец его присоединяют к лебедке, другой — к концу кабеля.
Подвешивая поплавки через каждые 50 м, канату придают пла-
вучесть. Выбрав слабины каната, кабель разматывают с бара-
бана и к нему (у самого уреза воды) подвешивают поплавки
такой же грузоподъемности и на таком же расстоянии. После
протяжки кабеля его освобождают от поплавков, начиная с се-
редины реки, п опускают па дно. Если укладка производится на
больших реках, то целесообразно использовать плавучие сред-
ства, на которые кабель разматывают с барабана в виде вось-
мерки (радиус закругления должен быть не менее 15 диамет-
ров кабеля), что обеспечивает последующее его опускание без
резких перегибов.
Бестраншейный механизированный способ укладки кабелей
отличается высокой производительностью. Его преимущество
заключается в одновременном выполнении нескольких опера-
ций: рытье подводных траншей, укладке кабелей и последую-
щей засыпке траншеи. Для указанных целей применяется
особое гидравлическое устройство — гидронож. На стороне, об-
ращенной к направлению движения, он имеет насадки, выбра-
сывающие струи воды в толщу грунта, а с другой — спускаю-
щийся кабель. По мере продвижения гидроножа кабель укла-
дывается на проектные отметки и временно засыпается
оседающими массами грунта.
Зимой кабели укладывают со льда, где пробивают майну
вдоль трассы перехода. Параллельно майне на расстоянии 1...
...1,5 м от края стелят дорожку из досок толщиной 25 мм, на
которой и размещают кабель, разматывая его с таким рас-
четом, чтобы 2/3 его строительной длины находилось на
руках размотчиков, а оставшаяся часть перемещалась по
льду. Кабель перед размоткой подогревают и, уложив вруч-
ную на доски, утепляют соломенными матами. Под водой
кабель принимает водолаз, он укладывает его в нужное по-
ложение.
Для соединения коаксиальных кабелей связи применяют чу-
гунные муфты, состоящие нз двух половинок. После размеще-
ния в ней сростка обе половинки стягиваются четырьмя бол-
тами. Для закрепления проволочной брони кабеля муфта имеет
два грушевидных вкладыша и два стальных конца. По окруж-
ности вкладышей сделаны прорези для размещения броневой
174
проволоки. После сборки чугунную муфту заливают битумной
массой. Для того чтобы битумная масса не вытекала из муф-
ты, все щели и зазоры заделывают джутом.
Для подводных электрических кабелей, рассчитанных на на-
пряжение 6 и 10 кВт, используют такие же соединительные
муфты.
ф В чем заключается ремонт подводных кабелей?
Ремонт кабелей включает подводные и надводные работы.
Подводные работы заключаются в строповке и подъеме кабеля,
а надводные—в вырезке поврежденного участка и его замене.
До ремонта подводных кабелей необходимо определить
место повреждения с помощью специальных приборов.
При подъеме на поверхность подводного кабеля требуется
проверить его механическую прочность (рис. 55). Усилия
в точках В и С, расположенных на расстоянии I, определяют
как
То = GP/(8H),
где G — масса 1 м кабеля в воле; Н — глубина водоема.
Для свободного подъема кабель должен быть освобожден
от грунта на участке la=l+ G2t3/ (247J-).
Силу натяжения кабеля в точке А определяют по формуле
т = т0 + ок.
Иногда водолазы перерезают кабель иа дне и поднимают
отдельные концы его на поверхность для последующего сращи-
вания. Перерезку кабелей производят ножовкой по металлу.
Сначала разрезают броню, отгибая ее в противоположную сто-
рону, а затем свинцовую оболочку и проводники.
Рис. 55. Схема расчета усилий в кабеле при его подъеме иа поверхность
Рис. 56. Схема берегового закрепления подводного кабеля
/ — подводный кабель; 2 — свая: 3 — деревянная насадка: 4 — поперечная связь; S —
береговой колодец
175
ф Как закрепляется кабель на берегу?
При прокладке кабеля через водные преграды концы его
закрепляют на берегах. Места креплений выбирают вне зоны
размыва, оползней берегов и образования ледяных заторов при
ледоходе. Концы кабеля, выходящие нз воды в приурезные
траншеи, помещаются в трубы. Диаметр труб принимается при-
мерно вдвое больше диаметра кабеля. Входной конец труб
должен находиться на глубине не менее 1 м от наинизшего
уровня воды и иметь правильную разбортовку, чтобы протаски-
ваемые через них концы кабелей не повреждались.
Обычно узлы крепления концов кабелей выполняют в виде
колодцев, сооружаемых до начала укладки кабеля. Конец ка-
беля в колодце крепят к двум парам свай диаметром 200 мм,
длиной 3,5 м. Каждую пару свай забивают так, чтобы между
сваями свободно проходил кабель. После прокладки кабеля
между сваями головы свай скрепляют поперечными сваями. Со
стороны берега за сваями кабель сжимается деревянными ко-
лодками (брусками), которые ограничивают его перемещение
в сторону водоема (рис. 56).
Раздел III
СТРОИТЕЛЬНОЕ ВОДОПОНИЖЕНИЕ
I. Грунтовые воды и их свойства
♦ Какие различаются виды подземных вод?
Вблизи дневной поверхности залегают верховодка и подве-
шенные воды. Они образуются в результате просачивания ат-
мосферных осадков, задерживаясь на водоупорных линзах или
в слабопроницаемых слоях, не успевающих пропустить через
себя поступающую сверху воду. Верховодка постепенно стекает
с краев линзы и просачивается до залегающего ниже постоян-
ного водоносного горизонта (рис. 57).
Подвешенные воды в отличие от верховодки и других типов
подземных вод не имеют водоупорной постели, препятствующей
дальнейшему их просачиванию вглубь. Они удерживаются си-
лой капиллярного натяжения в слабопроницаемых прослойках,
заключенных в более водопроницаемых слоях. Подвешенные
воды сохраняются недолго и в конечном счете просачиваются
до водоносного горизонта. Иногда они могут полностью ис-
париться.
Верховодка и подвешенные воды, располагаясь близко
к дневной поверхности, часто вызывают ее заболачивание и
подтопление подземных сооружений.
Нередко при изысканиях, производимых в летнее время,
верховодка не обнаруживается и появление ее на строитель-
стве оказывается неприятным «сюрпризом» для строителей.
Грунтовые воды — это воды первого от поверхности земли
постоянно существующего водоносного слоя: залегают они на
выдержанном по площади водоупорном слое. Запасы грунто-
вых вод пополняются главным образом за счет инфильтрации
атмосферных осадков и фильтрации воды из водоемов. Область
питания грунтовых вод совпадает с площадью их распростра-
нения. Грунтовые воды имеют свободную поверхность и, залегая
неглубоко от поверхности земли, наиболее часто служат при-
чиной подтопления промышленных площадок и городских тер-
риторий. Наибольшие запасы грунтовых вод находятся в аллю-
виальных отложениях речных долин. Их уровень зависит от
горизонта воды в реке. В ледниковых отложениях можно вы-
делить воды: моренных образований; флювиогляциальных
177
Рис. 57. Верховодка на
водоупорной линзе
/ — водопроницаемый пе-
сок; 2 — водоупорные по-
роды; S — водоносные гори-
зонты; 4 — источник; В —
верховодка; Г — грунтовая
вода
отложений (песков и галечников), отличающихся высокой водо-
обильиостью; болотные; межпластовые.
Грунтовые воды, отделенные от дневной поверхности водо-
упорным слоем, называются межлластовььии (рис. 58). Область
питания этих вод располагается на участке выхода водосодер-
жащего пласта на дневную поверхность н не совпадает с пло-
щадью их распространения. Источниками пополнения служат
атмосферные осадки и реки. Межпластовые воды являются
безнапорными, если не полностью заполняют водосодержащий
слой (рис. 58. а), и становятся напорными (артезианскими)
в том случае, когда залегают ниже области питания, заполняя
весь водоносный пласт, который уходит в глубину (рис. 58, б).
Напорность в таком пласте обусловливается передачей гидро-
статического давления нз области питания. Напорные воды
могут служить причиной подтопления только на участках их
дренирования или при вскрытии пласта заглубленными соору-
жениями.
Рис. 58. Схема залегания
межпластовых вод
а__ безнапорные воды; б —
напорные воды; А — область
питания; Б — область цир-
куляция безнапорных меж-
пластовых вод; Б' — область
напора: В — область дрени-
рования: I — водопроницае-
мые породы; 2 — водоупор-
ные породы; 3 — водонос-
ный горизонт; 4 — уровень
воды; 5 — фонтанирующая
скважина
178
ф Что такое водопроницаемость горных пород?
Водопроницаемость — это способность горных пород про-
пускать поду. Величина водопроницаемости зависит от разме-
ров пустот, диаметра пор или степени трещиноватости пород.
Она тем больше, чем более трещиновата или грубозерниста по-
рода. Содержание илистых н коллоидальных частиц уменьшает
водопроницаемость.
Мерой водопроницаемости является коэффициент фильтра-
ции, который равен скорости фильтрации прн гидравлическом
уклоне i= 1 и выражается в м/сут, м/с, см/с. Коэффициент филь-
трации определяется на строительной площадке различными
методами. Ориентировочные значения приводятся ниже:
Коэффициент
фильтрации, м/сут
Галечник чистый . . 200
Гравий:
чистый ..................................... 200 . . . 100
с песком ............................. 150... 75
Песок:
крупный гравелистый ......................... 100 ... 50
крупный................................... 75 ... 25
средний.................................. 25 ... 10
мелкий .................................. 10 ... 2
мелкозернистый глинистый.................. 2 ... 1
Супесь ..................................... 0,7 .. . 0,2
Суглинок ................................... 0,4 . . . 0,005
Глнны ...................................... 0,005 и меньше
Торф:
малоразложившийся ....................... 4,5... 1
срсдиеразложившийся ...................... 1 ... 0,15
снльиоразложившийся .................. 0,15 .. . 0,01
Закономерность движения воды в пористой среде получила
название закона Дарси:
<2 = КфА(Л1-йа)//,
где Q — количество воды, фильтрующейся через пористую среду за единицу
времени; Кф — коэффициент фильтрации породы; ht—hi — падение напора;
А — площадь поперечного сечения потока; I — длина пути фильтрации.
Отношение (/ц—h2)/l=I — называется напорным градиентом и
показывает величину падения напора на единицу длины пути
фильтрации.
Фиктивная скорость фильтрации
о = <2Л = Кф1.
Так как площадь поперечного потока А принята равной пло-
щади поперечного сечения пород, а в действительности равна
только сечению пор, по которым вода передается в породе, то
179
скорость движения подземных нод в порах фильтрующей по-
роды может быть получена по формуле
v' = QI(An),
где п — пористость грунта, доли единиц и.
Эта скорость больше скорости фильтрации, так как величина
пористости всегда меньше единицы.
Отклонение от линейного закона фильтрации происходит
при скоростях потока, превышающих так называемую критиче-
скую скорость при которой ламинарное движение переходит
в турбулентное. Величина критической скорости может быть
определена для условий движения подземных вод по формуле
икр = 0,002 (0,75п -|- 0,23) Rc/d,
где л — величина пористости, и долях единицы; Rc — число Рейнольдса: Re=
—50.. .60; d — диаметр зерна, мм.
При турбулентном характере движения подземного потока
скорость потока
v=QK41Zi/2M,
т/ —
где расход Q = КфА V I ; т — величина, зависящая от режима движения
потока и свойств породы, изменяемая от 1 до 2.
ф Что такое естественная влажность породы?
Естественная влажность породы w — это все количество
воды, содержащейся в порах породы в естественном ее залега-
нии. Влажность, отнесенную к массе сухой породы или к ее
объему (в процентах), называют абсолютной, а влажность,
отнесенную к объему пор (в долях единицы),— относительной
влажностью породы, или степенью влажности G. У совершенно
сухого грунта и=0. При С>0,8 грунт считают практически во-
донасыщенным.
ф Какие породы наиболее влагоемкие?
Влагоемкость а>о — способность породы вмещать и удержи-
вать определенное количество воды. Различают полную, ка-
пиллярную и молекулярную (пленочную) влагоемкость. Полная
влагоемкость характеризуется максимальным количеством воды
всех видов, вмещаемой породой прн полном насыщении пор
(например, в водоносном слое). Эта величина выражается в
процентах к массе сухой породы.
При наличии свободного стока порода может удерживать
некоторую часть воды за счет капиллярных сил. Количество
этой воды называется капиллярной влагоемкостью, а количест-
во воды, удерживаемой в виде пленок на частицах породы
силами молекулярного притяжения,— максимальной молеку-
180
лярной влагоемкостью. Последняя может быть определена по
гранулометрическому составу породы.
Мелкозернистые породы и глины являются наиболее влаго-
емкими. Полная влагоемкость глнн достигает 50 % и почти
равна максимальной молекулярной влагоемкости.
Способность насыщенных водой пород отдавать часть ее пу-
тем свободного стекания называется водоотдачей. Водоотдача
равна разнице между полной и молекулярной влагоемкостью.
ф В чем сущность капиллярности породы?
Капиллярность — свойство породы подтягивать воду вверх
по тонким капиллярным пустотам, что приводит к увлажнению
верхних сухих слоев за счет нижннх водонасыщенных. Капил-
лярные свойства характеризуются максимальной высотой и ско-
ростью поднятия воды в породе. Высота капиллярности в гли-
нистых породах значительно больше, чем в песчаных:
Максимальная
пысота поднятия»
см
Глины ...................................... 400 . . . 500
Суглинки:
тяжелые...................................... 300... 400
средние.................................. 200 . .. 300
легкие................................... 150 ... 200
Супеси...................................... 100 ... 150
Лёсс туркестанский ......................... 250 . . . 300
: Пески ...................................... 50... 100
Торф ....................................... 120... 100
Гравий ........................................... 0
ф Какие характеристики грунтов требуются для расчета со-
оружений в водной среде?
Для расчета сооружений в водной среде требуются следу-
ющие характеристики грунтов:
гранулометрический состав;
плотность грунта у,
удельный вес сухого грунта (в естественном и предельно
плотном состоянии);
удельный вес частиц грунта
коэффициент пористости е;
число пластичности 1Р и показатель консистенции IL для
глинистых грунтов;
степень влажности G;
угол внутреннего трения <р;
удельное сцепление с;
модуль деформации Е;
коэффициент уплотнения а;
коэффициент поперечного расширения ц;
181
коэффициент фильтрации Кф;
коэффициент вязкости 1] (для глинистых грунтов);
коэффициент водоотдачи v;
коэффициент теплопроводности в талом и мерзлом состоя-
ниях (для строительства в условиях Севера).
Значения модуля деформации Е, коэффициентов попереч-
ного расширения р, фильтрации Кф, водоотдачи v можно опре-
делить по таблицам.
2. Водопонижение с помощью дренажа
ф Что такое строительное водопонижение?
Строительное водопонижение — это способ искусственного
понижения уровня грунтовых вод для осушсння грунта, обес-
печения устойчивости дна и стенок котлованов, создания бла-
гоприятных условий для использования механизмов и приме-
нения поточных методов производства работ.
Открытый водоотлив — это откачка воды из котлована, тран-
шей илн горных выработок с помощью насосных станций или
отдельных насосных установок. Открытый водоотлив ведется
из специальных водосборников (зумпфов). Предлагаемый спо-
соб может быть применен в разнообразных грунтовых усло-
виях и при различных глубинах (рис. 59).
ф Какое влияние оказывает строительное водопонижение на
состояние грунтов?
Понижение уровня воды в грунте приводит к увеличению
давления от него н к дополнительным осадкам территории и
возведенных на ней сооружений.
Следует учитывать, что прн глубоких понижениях уровня
грунтовых вод дополнительные осадки могут оказаться значи-
тельными и должны приниматься во внимание, так как в про-
цессе работ изменяются естественные условия и характер дви-
жения грунтовых вод.
Возможные изменения естественных условий необходимо
учитывать прн выборе способов н схем водопонижения. Прн
откачке воды из котлована, разработанного подводным спосо-
бом, скорость понижения уровня воды в нем во избежание на-
рушения устойчивости дна п откосов должна соответствовать
скорости понижения уровня подземных вод за его пределами,
ф Каково назначение дренажа?
Дренаж (от англ, drain — осушать)—способ осушения при
помощи подземных искусственных водотоков — дрен. Дренаж,
или система водотоков, может быть в виде открытых или
182
Ряс. 59. Открытый водоотлив в котловане
/—дренажная канава; 2 —зумпф; 3 — пониженный уровень грунтовых вод; 4 — дре-
нажная пригрузка; S — насос; 6 — дренажная труба; 7 — засыпка грапнем
Рис. 60. Понижение грунто-
вых вод с помощью дрен
1 — дренажяые трубы; 3 — по-
няженныД УГВ; 3 — депресса-
оввая хрвван
заполненных фильтрующим материалом канав и траншей, а так-
же трубчатый с фильтрующей обсыпкой. Размещают их как
вне котлована, так и непосредственно в нем. Устройство дре-
нажа в виде подземных галерей возможно только при условии
их использования в дальнейшем для постоянной эксплуатации
сооружения.
Трубчатый дренаж представляет собой трубы, уложенные на
некоторой глубине под землей. В них собирается вода, посту-
пающая из грунта, и направляется в коллекторы, откуда затем
спускается в канавы, овраги, реки или к специальным водо-
сборникам (зумпфам).
Минимальный продольный уклон канав должен быть не ме-
нее 0,003. Такой уклон исключает их заиливание и обеспечи-
вает пропуск воды с допустимыми для данных грунтов иераз-
мывающими скоростями.
Если иа некоторой глубине, ниже горизонта грунтовых вод,
заложить трубы А и В (рис. 60), то они нарушат равновесие
горизонта грунтовой воды. Частицы воды, заполняющие пусто-
ты в грунте, стремясь опуститься вниз, будут давить на ннже-
расположснные частицы воды у труб, вытесняя нх во внутрен-
нюю полость дренажной трубы с отверстиями. Как только час-
тицы воды попадут в дренажные трубы, в грунте образуется
Рис. 61. Дренаж фашинный
(а, б) и деревянный (в)
пустота, которая станет заполняться вышележащими частицами
ноды и таким образом горизонт грунтовых вод ab начнет по-
нижаться, причем частицы воды, непосредственно расположен-
ные над трубами, опустятся быстрее, чем посередине между
ними. Дренаж, устроенный ниже горизонта грунтовых вод, по-
нижает его на глубину Л—й0 (где /1 — первоначальный уровень
воды; /io — высота горизонта воды над дренами).
Простейшими видами дренажей для строительного водопо-
нижения являются канавки и траншеи в котлованах, устраивае-
мые при открытом водоотливе. В малоустойчивых грунтах ииж-
ияя затопленная часть капав и траншей может быть заполнена
фильтрующим материалом (камнем, щебнем, гравием). Более
надежны в эксплуатации трубчатые дренажи, состоящие из
трубчатых водотоков и фильтрующей обсыпки.
Фашинный дренаж устраивается путем укладки на дно тран-
шей одной, двух или трех фашии (рис. 61, а, б); сверху они за-
крываются соломой или дерном травой вниз, чтобы промежутки
между хворостом не забились грунтом. Пссле этого вся канава
до верха засыпается грунтом.
Каменный дренаж выполняется из кнрпнча-железняка, укла-
дываемого в траншею плашмя поперек течения, боковые стенки
делают из кирпича иа ребро и перекладывают поперек кирпи-
чом. Сверху канал засыпают щебнем слоем 15...25 см.
Для плывунов особенно надежным считается деревянный
дренаж, устраиваемый в виде трубы треугольного или прямо-
угольного сечення из ольховых досок толщиной 25 мм (рис.
61, в). В верхней ее части и в боках просверливают отверстия
для входа воды. Трубу смолят и укладывают на дно траншеи.
С боковых сторон трубы делают каменную обсыпку.
Беструбчатые траншейные дрены — траншеи, полностью или
частично заполненные фильтрующим материалом. Могут при-
меняться только как временные устройства. В качестве фильт-
рующего материала используют каменную наброску, щебень,
хворост, фашииы, жерди, нетканые синтетические материалы
и т. д.
ф Чем отличается песчаная свая от песчаной дрены?
Песчаная дрена предназначена для отбора поровой воды и
отвода ее за пределы уплотняемого массива слабого грунта.
Дреиу изготавливают из неплотно уложенного песка, она не мо-
жет служить несущим элементом слабого основания.
Назначение песчаной сваи — уплотнить окружающий слабый
грунт и частично воспринять полезную нагрузку. Поэтому тело
песчаной сваи устраивают из плотно уложенного песка. Слабый
грунт с песчаными сваями в ием не требует специальной на-
грузки и может воспринять полезную нагрузку сразу же после
их устройства.
186
ф Как устроена картонная дрена и дрена типа «геодрейн»?
Картонная дрена представляет собой длинную ленту шири-
ной 100 мм, состоящую из двух полос, иа внутренней стороне
которых выдавлены продольные канавки. После склеиваиня по-
лос в дрене образуются 10 каналов сечением 3 мм2 каждый.
Для предохранения дрены от разъедания бактериями картон
пропитывают раствором солей мышьяка, а для повышения
прочности—дополнительно раствором меламиновой смолы во
влажном состоянии. Коэффициент фильтрации через боковую
поверхность дрены составляет 10-3.. .Ю4 см2/с. Дрены изготав-
ливают в виде лент длиной 400 м, которые наматываются на
барабаны диаметром 1,6... 1,8 м. Масса 1 м картонной дрены
составляет 200 г.
В дрене типа «геодрейн» сердечник с каналами изготавли-
вают из полиэтилена, который помещают в фильтрационную
картонную оболочку.
Картонные дрены погружают в слабый грунт с помощью
специальной установки, снабженной вдаливаемой штангой пря-
моугольного сечения с внутренней продольной щелью, по кото-
рой и подается дрена. Штанга состоит из двух пластин длиной
20,5 м, шириной 184 мм и имеет каналы для подачи воздуха
в наконечник с целью предотвращения попадания внутрь воды
и грязи.
ф Какие трубы применяются при устройстве дренажа?
Для трубчатых дрен используют деревянные, керамические,
асбестоцементные, бетонные и железобетонные трубы.
Материал трубы выбирается в зависимости от глубины их
заложения, агрессивности среды и т. д. Деревянные трубы при-
меняют только для временных дрен, керамические (канализа-
ционные) из-за небольшой их прочности — прн глубине заложе-
ния 4...4,5 м; асбестоцементные, бетонные и железобетонные
трубы используют при глубине 4,5 м.
ф Как определяется диаметр дренажной трубы?
Диаметр керамических, асбестоцементных, бетонных и же-
лезобетонных безнапорных трубопроводов при коэффициенте
шероховатости стенок труб п=0,014 (для загрязненных труб
водопроводных и водосточных кирпичной кладки) можно рас-
считывать по табл. 53.
Для прямоугольных отверстий в табл. 54 показана ширина
щелей; длина щелей назначается равной 6... 10 ширинам.
Меньшие значения из приведенных в таблице относятся
к мелкозернистым грунтам, большие — к крупнозернистым.
Круглые отверстия просверливаются в шахматном порядке
на расстоянии 10... 15 см друг от друга, щелевые—пропил и -
186
ТАБЛИЦА 53
*0 ж В При степени наполнения трубопровода
0.1 0.2 0,3 0.4 0.5 0,6 0.7
5§S S3 а. О ч Q О Q V Q D Q V Q V Q V Q V
150 0,6 0,23 0,25 0,98 0,39 2,18 0,49 3,75 0,57 5,56 0,63 1,46 0,67 9,3 0,70
0,8 0,27 0,29 1,13 0,45 2,51 0,56 4,32 0,65 6,41 0,72 8,61 0,78 10,7 0,81
1.0 0,30 0.33 1,26 0,50 2,81 0,63 4,83 0,73 7,26 0,81 9,63 0,87 12,0 0,91
2,0 0,42 0,46 1,78 0,70 3,97 0,89 6.83 1,03 10,10 1,15 13,60 1,23 17,0 1,28
3,0 0,52 0,56 2,18 0,86 4,87 1,09 8,37 1.27 12,40 1,40 16,70 1,51 20,8 1,51
4,0 0,60 0,65 2,52 1,00 5,62 1,26 9,66 1,46 14,30 1,62 19,30 1.74 24,0 1,81
200 0,6 0,50 0,30 2,09 0,47 4,67 0,59 8,04 0,69 11,90 0,76 16,00 0,81 20,0 0,85
0,8 0,57 0,35 2,41 0,54 5,39 0,68 9,28 0,79 13,80 0,88 18,50 0,94 23,0 0,98
1,0 0.64 0,39 2,70 0,60 6,03 0,76 10,40 0,88 15,40 0,98 20,70 1,05 25,8 1,10
2,0 0,90 0,56 3,82 0,85 8,33 1,07 14,70 1.25 21,80 1,39 29,20 1,49 36,4 1,55
3,0 1,11 0,68 4,68 1,04 10,40 1,32 18,00 1,53 26,70 1,70 35,80 1,82 49,6 1,90
300 0,6 1,47 0,40 6,17 0,61 13,80 0,77 23,70 0,90 35,20 1,00 47,30 1,07 58,9 1,12
0,8 1,70 0,46 7,12 0,71 15,90 0,89 27,40 1,04 40,60 1,15 54,50 1,23 68,0 1,29
1,0 1,90 0,52 7,96 0,79 17,80 1,00 30,60 1.16 45,40 1,29 61,00 1,38 76,0 1,44
2,0 2,69 0,73 11,3 1,12 25,20 1,41 43,30 1,64 64,20 1,82 86,30 1.95 107,5 2,03
3,0 3,29 0,89 13.8 1,37 30,80 1.73 53,00 2,01 18,70 2,23 105,70 2,39 131,7 2,49
400 0,4 3,54 0,43 14,8 0,65 33,20 0,83 57,10 0,96 84,70 1,06 113,80 1.14 141,8 1,19
0,6 4,34 0,53 18,2 0,80 40,70 1.01 70,00 1.18 103,80 1,31 139,50 1,40 173,9 1,46
0,8 5,01 0,61 21,0 0,93 46,90 1.17 80,70 1,36 119,80 1,51 160,90 1,62 200,5 1,69
1,0 5,60 0,68 23,5 1,04 52,50 1,31 90,30 1,52 134,00 1,69 180,00 1,81 224,3 1,89
2,0 1,92 0,96 33,2 1,46 74,20 1,85 127,10 2,15 189,50 2,38 254,50 2,56 317,2 2,67
500 0,30 4,06 0,40 17,00 0,61 38,00 0,77 65,5 0,89 97,2 0,99 130,5 1,06 162,7 1,11
0,50 5,24 0,51 22,00 0,79 49,00 0,99 84,5 1,15 125,4 1,28 168,4 1,37 209,9 1,43
0,70 6,20 0,61 126,00 0,93 58,10 1.17 100,0 1,36 148,4 1,51 199,4 1,62 248,5 1,69
1,00 7,41 0,72 *31,10 1.11 69,40 1,40 119,5 1,63 177,3 1,81 238,2 1,94 296,8 2,02
1,50 9,08 0,89 38,00 1,36 85,00 1,72 146,5 2,00 217,2 2,21 291,8 2,37 363,6 2,48
Примечание. В таблице принята следующие обозначения: Q — расход воды, л/с: о — средняя скорость воды, м/е; — глубина
наполнения трубопровода: Н — максимальная глубина наполнения.
ТАБЛИЦА 54
Размеры отверстий в долях
прн песках
Тил фильтров
однородных
неоднородных
Дырчатые
Щелевые
Сетчатые
2,5 ... 3
1,25 ... 1,5
1,5 . . . 2
3. .. 4
1,5. .. 2
2... 2,5
ваются в средней части звена в шахматном порядке, с обеих
сторон с шагом 25... 50 см.
ф От чего зависит форма и глубина траншеи для дренажных
труб?
Глубина траншей определяется требуемой глубиной зало-
жения дренажных труб с учетом толщины фильтрующих слоев,
укладываемых ниже лотка труб. Форма поперечного сечения
траншей зависит от принятого способа производства земляных
работ, характера застройки осушаемой территории и характе-
ристики грунтов. Ширина траншей по дну (без учета крепле-
ния) при наружном диаметре дренажных труб до 0,5 м должна
назначаться равной £>4-0,8 м, а при диаметре более 0,5 м —
04-1,2 м. Заложение откосов в рыхлых грунтах может быть
принято по табл. 55.
ф Какой фильтрующий материал следует применять для об-
сыпки дренажных труб?
Для обсыпки дренажных труб рекомендуется применять не
более двух слоев фильтрующего материала. При осушаемых
ТАБЛИЦА 55
Грунт Заложение откосов при глубине траншей, м
I.S 1.6 ... 3 3 ... 5
Насыпной 1 : 0,25 1 : 1 1 : 1,25
Песчаный н гравийный влажный 1 : 0.5 1 : 1 1 : 1
Супесь 1 : 0,25 1 : 0,67 1 : 0,85
Суглинок 1 : 0 1 : 0,5 1 : 0.75
Глина 1 : 0 1 : 0,25 1 : 0,5
Лёсс сухой 1 : 0 1 : 0.5 1 : 0.5
Примечание. При глубине трапшеП более 5 м заложение отко
сое определяется расчетом.
188
грунтах с dso>O,2 мм устраивается однослойная обсыпка, при
грунтах с dso=O,2.. .0,05 мм—двухслойная. Толщина каждого
слоя обсыпки принимается не меньше 150 мм.
Для наружного слоя двухслойных обсыпок используют при-
родные пески, для внутреннего слоя—промытый гравийный ще-
бень или каменную крошку. Для однослойной обсыпки приме-
няют отсортированный и промытый пссчано-гравийный мате-
риал, который не должен содержать частиц диаметром менее
0,5 мм и более 7 мм.
Зерновой состав дренажных обсыпок подбирают из условия
5<D60/dbo< 10, где DK — диаметр частиц обсыпки наружного
или виутреинего слоя, мельче которых в материале обсыпки
содержится (по массе) 50 % частиц; — диаметр частиц
грунта при однослойной обсыпке или диаметр частиц первого
слоя обсыпки при подборе зернового состава второго слоя,
мельче которых содержится (по массе) 50 % частиц.
Коэффициент неоднородности фильтрующего материала ре-
комендуется принимать не более 10.
ф Как осуществляется прием дренажных вод в дренажные
трубы?
Для приема дренажных вод н керамические, бетонные и же-
лезобетонные трубы стыки между звеньями в нижней части
на одну треть диаметра по высоте заделывают просмоленной
паклей. В асбестоцементных трубах устраиваются круглые или
щелевые отверстия. Размеры водоприемных отверстий прини-
маются в зависимости от типа фпльтра и однородности грунта
по табл. 54.
ф Что такое совершенный и несовершенный дренаж?
В том случае, когда дренаж доходит до подстилающего во-
доносный слой водоупора, он называется совершенным
(рис. 62, а), если дренаж не доходит до водоупора, а находится
Рис. 62. Трубчатый дренаж совершенного (л) н несовершенного (б) типов
I — дренажная труба; 2 — шебень. втрамбованный о грунт; Я — гравий илн щебень; 4 —
песок крупный; 5 — местный грунт
189
в водоносном слое, то он называется несовершенным (рис. 62, б).
Трубы совершенных дрен укладываются на слой песка толщи-
ной 5... 10 см, отсыпанный на втрамбованный в грунт слой
щебня толщиной 10... 15 см; трубы несовершенных дрен укла-
дываются на дренажную обсыпку. Толщина каждого слоя об-
сыпки должна быть не менее 15 см.
ф Как определяются глубина заложения трубчатых дрен и
продольные уклоны их укладки?
Глубина заложения трубчатых дрен определяется требуемой
величиной понижения уровня воды на начальных участках
трасс дренажа, она не должна быть меньше глубины промерза-
ния. Продольные уклоны трубчатых дрен можно принимать по
табл. 56.
Для осмотра и чистки дренажных труб устраиваются смот-
ровые колодцы, располагаемые на всех переломах трассы дре-
нажа в плане и профиле, а также на прямолинейных участках
трассы с шагом не более 50 м. Применяют типовые колодцы из
сборных железобетонных элементов, используемые обычно на
канализационных сетях.
ф Каковы параметры дренажных штреков и штолен?
Поперечное сечение дренажных выработок при устройстве
дренажных штреков и штолен должно быть минимально воз-
можным для принятого способа производства горных работ.
Продольный уклон к водосборникам, зумпфу или к устью
штольни должен быть не менее 0,003, поперечный уклон к во-
доотводной канаве — не менее 0,01.
Работы по строительству дренажа следует начинать от
устья дренажного устройства, т. е. с места сброса дренажных
вод. Такая очередность строительства обеспечит своевременный
сток воды.
ТАБЛИЦА 56
Элементы дренажа Диаметр дрены, мм Минимальные продольные уклоны в грунте
глинистом песчаном
Осушители Собиратели Магистральные коллек- торы <200 200.. . 300 >300 0,002 0,0015 0,0005 0,003 0,0015 0,0005
190
3. Водопонижение с помощью иглофильтров
ф В чем заключается способ искусственного водопонижения?
При устройстве траншей и котлованов более совершенным
методом борьбы с подземными водами является искусственное
водопонижение с помощью иглофильтровых установок, у кото-
рых вертикальные фильтры погружаются в грунт без предва-
рительного бурения скважин. Всасывающий коллектор игло-
фильтровой установки прокладывается на поверхности земли и
присоединяется к горизонтальному центробежному вакуум-на-
сосу, посредством которого вода и воздух отсасываются из
иглофильтров. Последние состоят из фильтрующего звена, на-
конечника с шаровым клапаном и падфильтровых труб.
Погружение иглофильтров в грунт (пески, супеси, легкие
суглинки) производится путем нагнетания в них воды. Под
давлением воды шаровой клапан фильтра отжимается вниз и
пропускает в наконечник струю, с помощью которой грунт выно-
сится на поверхность по затрубному пространству иглофильтра.
Благодаря размыву грунта иглофильтр погружается под соб-
ственной тяжестью. В пылеватых и глинистых грунтах за-
трубный зазор, образующийся при погружении иглофильтра,
засыпают крупным песком или смесью песка с гравием. После
опускания фильтра подача воды в него прекращается и шаровой
клапан всплывает, перекрывая отверстие между фильтром н
наконечником.
Обычные иглофильтровые установки с ограниченной высо-
той всасывания иасоспым агрегатом могут понизить уровень
подземных вод па глубину не более 5 м от поверхности земли.
Опыт применения иглофильтровых установок подтверждает
возможность их эффективной работы в грунтах с коэффициен-
том фильтрации от 1 до 50 м/сут, т. е. даже в глинистых пес-
ках и супесях.
В Советском Союзе выпускаются в основном иглофильтровая
установка ЛИУ-6Б и установка для водопонижения УВВ-2.
ф Какое расстояние следует принимать между иглофильтрами?
Расстояние (шаг) между иглофильтрами назначается крат-
ным расстоянию между штуцерами коллектора в зависимости
от величины расчетной производительности одного иглофильтра.
Верх фильтра должен быть заглублен ниже расчетного
уровня воды в скважине.
ф В чем особенность вакуумного водопонижения?
Отличительной особенностью вакуумного водопонижения по
сравнению с обычным является создание на наружных поверх-
ностях водоприемных устройств устойчивого вакуума.
191
При малой водопроницаемости и низкой водоотдаче грун-
тов вакуумированием усиливается водопонижение. К тому же
вакуумирование позволяет снизить высоту остаточного слоя
воды над водоупором и уменьшает продолжительность периода
развития депрессии в слабопроницаемых грунтах. Для пониже-
ния уровня грунтовых вод с помощью установок вакуумного
водопонижения УВВ в грунт погружаются обычные иглофильт-
ры, вокруг которых устраивается обсыпка. Для обсыпки исполь-
зуется чистый песок с частицами размером от 0,5 до 2 мм.
ф В чем сущность способа искусственного водопонижения грун-
товых вод с помощью установки с эжекторными иглофильт-
рами?
Установки состоят из иглофильтров с эжекторными водо-
подъемниками, распределительного и сбросного трубопровода
центробежного насоса и циркуляционного резервуара.
Эжекторный иглофильтр состоит из двух колонн труб: на-
ружной— водоприемной с подсоединенным к ней фильтровым
звеном, и внутренней — водоподъемной, к нижнему концу ко-
торой присоединен эжектор, состоящий из насадки и диффу-
зора.
По кольцевому зазору между наружной и внутренней тру-
бами из циркуляционного резервуара центробежным насосом
нагнетается «рабочая» вода. Под давлением через распредели-
тельный трубопровод она подается в межтрубное пространство
эжектора, откуда поступает к рабочим органам эжектора. Вы-
текая с большой скоростью из сопла насадки в горловине диф-
фузора, струя «рабочей» -воды внезапно расширяется, теряет
скорость и дает разрежение, благодаря которому увлекает за
собой поступающую через фильтр грунтовую воду. Смесь «ра-
бочей» и грунтовой вод выбрасывается наружу, поступает
в циркуляционный резервуар, откуда частично отводится для
питания центробежного насоса установки.
Если расход грунтовой воды, поступающей в зону осушения,
больше, чем циркуляционной, то прием грунтовой воды в эжек-
тор осуществляется без вакуума. В тех случаях, когда расход
поступающей из грунта воды меньше, чем циркуляционной, от-
сос грунтовой воды происходит под вакуумом.
Отношениям расхода воды, поступающей из грунта, к рас-
ходу циркуляционной воды, равным 1; 0,75; 0,5; 0,25; 0, соот-
ветствуют величины вакуума 0; 0,06; 0,08; 0,09; 0,1 МПа, воз-
никающего в зоне смешения эжектора. В случае прорыва
в эжектор атмосферного воздуха эти величины уменьшаются, и
при потоке воздуха, движущегося со скоростью более 1,5 м/с,
вакуум в эжекторе не развивается. В связи с этим необходимо
принимать такое расположение вакуумных концентрических
скважин, при котором минимальное расстояние от их фильтро-
192
вой части до поверхности откосов или дна котлована состав-
ляло бы не меньше 3 м.
Бурить скважины в слабопроницаемых и слоистых грунтах
следует под защитой обсадных труб диаметром не менее
219 мм. Проходка скважин с использованием глинистого рас-
твора вместо обсадных труб не допускается.
Гранулометрический состав материала обсыпки фильтра
подбирают из условия
5<DM/d6O<i Ю,
где Dso и rfjo — размеры частиц, меньше которых соответственно в материале
обсыпки и в грунте водоносного слоя содержится по 50 % их массы.
Рекомендуется также соблюдать условие Коб>Кгр (где Коб
и Кгр — соответственно коэффициенты фильтрации материала
обсыпки и грунта).
ф На чем основан электроосмотический способ водопониже-
ния?
Рассматриваемый способ водопонижения основан на исполь-
зовании явления электроосмоса — движения воды в порах
грунта в поле постоянного электрического тока от анода к ка-
тоду. Способ может быть применен для незаселенных грунтов
с удельным электрическим сопротивлением более 500 Ом-см
при ширине котлована до 40 м. Для электроосушения котло-
вана по периметру его устанавливают два ряда электродов
(рис. 63): с внешней стороны — иглофильтры (катоды), из ко-
торых производят откачку воды, с внутренней стороны — ме-
таллические трубы (аноды). Расстояние между рядами игло-
фильтров и труб принимается 0,8 м. Иглофильтры ставят по
периметру котлована на расстоянии 1,5 м от бровки и 0,75 м
друг от друга. Расстановка электродов производится в шах-
матном порядке. Рабочее напряжение электрической установки
принимают 40...60 В. Мощность генератора постоянного тока
подбирается из расчета 0,5... 1 А на 1 м2 площади электро-
осмосной завесы. Затраты электроэнергии составляют 2...
10 кВт-ч на 1 м3 оконтуренного грунта.
Источником постоянного электрического тока могут быть
сварочные агрегаты или передвижные преобразователи. Их
технические характеристики приведены в табл. 23.
Рис. 63. Схема электроосу-
шения грунтов
I — иглофильтр-катод; 2 —
стержень-анод; 3 — водосборный
коллектор; 4 — насосный
агрегат; 5 — мотор-генератор;
б — уровень грунтовых вод до
электроосушевня
193
При длительном воздействии электрического тока на грунт
в нем, кроме электроосмосных явлений, происходят реакции
обмена и процессы, в результате которых (при соответствую-
щем их направлении) грунт может прибрести значительно
большую прочность.
Сущность электроосушения заключается в следующем.
В массив грунта, подлежащий осушению, забивается ряд
металлических электродов—труб. Электрическая схема способа
принимается в виде линейной системы — чередования электро-
дов различных знаков.
При пропускании через такую систему постоянного тока
наблюдается движение воды, содержащейся в грунте, в на-
правлении от положительных электродов к отрицательным.
В качестве электродов обычно используются трубы иглофильт-
ров, в качестве анодов иногда забивают специальный ряд
труб. Для откачки собирающейся воды катоды подсоединяют
к насосному агрегату. Периодическое изменение полярности
приводит к необратимому закреплению межэлектродного про-
странства.
Электроосмосный способ следует применять в слабопрони-
цаемых грунтах с коэффициентом фильтрации меньше
0,05 м/сут.
Перечень необходимого оборудования для электроосушения
приведен ниже:
легкая иглофильтровая установка ЛИУ-6Б, комплект ... 1
трубы для анодов d ~ 38 мм, 1 = 7 м, шт................ 100
арматурная сталь d = 10 ... 12 мм, кг.................. 100
генератор постоянного тока (или выпрямитель) иа 200 А при
напряжении выхода до 60 В, шт............................ 1
этектрощнт управления, шт................................ 1
амперметр постоянного тока со шкалой до 1000 А, шт. 1
вольтметр постоянного тока со шкалой до 100 В, пгт. 1
4. Водопонижение с помощью скважин-колодцев
ф Каково назначение самоизливающихся скважин?
Самоизливающиеся скважины предназначаются для снятия
избыточного давления в напорных водоносных горизонтах.
Устраиваются они обычно буровым способом и могут исполь-
зоваться как с обсадными трубами, так и без них, т. е. запол-
няются крупным камнем, щебнем и т. д. Такие скважины ус-
пешно используются в качестве резерва, когда необходимо
снять напор со скважин-колодцев, а также в случае аварийных
перерывов в работе насосов. Если самоизливающиеся скважины
устраиваются в зоне строительных работ, то рекомендуется вы-
полнять их из асбестоцементных труб, тем самым обеспечивая
безопасную работу для землеройных машин.
194
Рис. 64. Общая схема трубчатого колодца
1 — смотровой колодец: 2 —задвижка; 3 — оголо-
вок; 4 — всасывающий трубопровод; 5 — всасы-
оающая труба; 6 — депресснонкая поверхность
подземных вод; 7 —надставная труба; в —
фильтр; 9 — отстойник
В каких грунтах устраивают
водопоглощающие скважины?
Водопоглощающие скважины
устраивают в тех случаях, когда
с их помощью грунтовые воды сбра-
сываются в нижележащие пласты.
Скважины должны располагаться
в тех местах, где верхний водонос-
ный слой хорошо отдает воду и за-
легает выше отметки, до которой
требуется понизить .уровень грунто-
вых вод. Сквозные фильтры, через
которые поступающие в них грун-
товые воды сбрасываются в под-
земные выработки (тоннели, галереи, штольни, штреки), обо-
рудуются фильтровыми звеньями во всех водоносных слоях.
Водонепроницаемые породы перекрываются глухими трубами.
ф При каких геологических и гидрологических условиях целе-
сообразно применение скважин-колодцев, оборудованных насо-
сами?
Скважины-колодцы с насосами применяют при больших зна-
чениях требуемого понижения уровня грунтовых вод (больше
4 м), а также когда использование иглофильтров затрудняется
из-за значительных притоков, необходимости осушения больших
площадей и стесненности территории. С помощью скважин-ко-
лодцев осуществляется водопонижение при строительстве гид-
ротехнических промышленных и гражданских объектов, имею-
щих в своем комплексе заглубленные сооружения.
ф Из каких элементов состоят скважины-колодцы?
Основным конструктивным элементом скважины-колодца
(рис. 64) является фильтровая колонна, состоящая из фильтра,
отстойника и надфильтровых труб.
Скважина-колодец представляет собой погруженную в водо-
носную толщу вертикальную колонну из глухих труб и фильтра.
Закрепление стенок колодца над фильтром осуществляется
обсадными трубами. Под фильтром, как правило, устраивается
отстойник, выполняемый из глухих труб и служащий для сбора
195
частиц грунта, прошедших через фильтр. Трубчатые колодцы
могут погружаться либо путем забивки или ввинчивания, либо
с помощью подмыва (так называемый «гидравлический» способ
проходки). Существует и буровой способ проходки.
Буровой способ устройства трубчатых колодцев наиболее
универсален. Заключается он в следующем: предварительно бу-
рят скважину, стенки которой в обваливающихся породах за-
крепляют обсадными трубами, затем опускают фильтр и обо-
рудуют скважнну-колодец для откачки. Скважины водопониже-
ния могут быть оснащены глубинными насосами различных
типов.
Отклонение от вертикали скважин, предназначенных для
установки глубинных насосов с трансмиссионным валом, не
должно превышать 0,005 глубины скважины.
Монтаж насосов в скважинах должен производиться после
проверки скважин на проходимость шаблоном диаметром, на
50 мм превышающим диаметр иасоса.
ф Какие насосы, следует применять в скважинах-колодцах?
В нашей стране выпускаются скважинные насосы с погруж-
ным электродвигателем и выносным двигателем с трансмисси-
онным валом (табл. 57). Прн выборе оборудования для кон-
кретных объектов оптимальные параметры насосов (расход, на-
пор) должны соответствовать расчетной производительности
скважнн и требуемой высоте подъема воды.
ф Какие требования предъявляются к фильтрам для скважин-
колодцев?
Фильтры буровых скважин должны отвечать следующим
требованиям:
при минимальных размерах обеспечивать отбор необходи-
мого количества воды;
иметь минимальное гидравлическое сопротивление, макси-
мально возможные скважинность и площадь фильтрации;
обладать необходимой механической прочностью;
пропускать песок и мелкие фракции породы только в на-
чальный период работы;
в скважинах с предполагаемой длительной эксплуатацией
обладать устойчивостью против коррозии и зарастания.
ф Каковы типы и конструкции фильтров?
Все фильтры делятся на пять основных типов: трубчатые
и каркасно-стержневые; трубчатые и каркасно-стержневые
с покрытием из проволоки, сетки или штампованного листа; гра-
вийно-обсыпные; блочные; гравитационные. По конструкции
фильтры отличаются размерами, формой и количеством отвер-
196
ТАБЛИЦА 67
Тип насосов Изготовитель Тип насосов Изготовитель
Насосы с погружным электродвигателем
ЭЦВ5-4-125 Зарайский меха- । ЭЦВ8-40-65 Черемховский ма-
ннческнй завод 1 шиностроительный завод
УЭЦВ 5-6,3-80 То же 1 ЭЦВ8-40-90 Севастопольский электроремонтный завод
ЭЦВ6-4-130 ПО «Молдавгидро- маш» ЭЦВ8-40-165 Черемховский ма- шиностроительный
ЭЦВ6-4-190 То же завод
2ЭЦВ-6-6.3-85 ЗЭЦВ6-6.3-85 > Ошский насосный 1ЭЦВ10-63-65 ПО «Молдавгидро- маш»
завод 1ЭЦВ10-63-110 То же
1ЭЦВ6-6,3-125 ПО «Молдавгидро- маш» ЭЦВ10-63-ПО Кутаисский элек- тромеханический за- вод
ЭЦВ6-6.3-125 Ошский насосный завод 1ЭЦВ10-63-150 ПО «Молдавгидро- маш*
1ЭЦВ6-10-50 ПО «Молдавгидро- 1ЭЦВ10-63-180 То же
маш* ЭЦВЮ-63-270 Кутаисский элек- тромеханический за-
1ЭЦВ6-10-80 Ошский насосный вод
завод ЭЦВ 10-100-75 Севастопольский
1ЭЦВ6-10-П0 ПО «Молдавгидро- маш* ЭЦВ 10-120-60 электроремонтный за- вод Бердянский «Юж-
1ЭЦВ6-10-140 То же гидромаш*
1ЭЦВ6-10-185 > ЭЦВ10-160-35М То же
ЭЦВ6-10-235 > ЭЦВ12-160-65 Севастопольский электроремоит! i ый
2ЭЦВ6-16-50 Ошский насосный завод
завод ЭЦВ 12-160-65 ПО «Молдавгидро-
ЭЦВ6-16-75 Севастопольский маш*
электроремонтный за- вод ЭЦВ12-160-100 То же
2ЭЦВ6-16-75 Ошский насосный ЭЦВ 12-210-25 >
завод 2ЭЦВ12-210-55 Тульская ремонт-
ЭЦВ8-16-П0 Севастопол ьскнй но-механическая база
электроремонтный завод ЭЦВ12-210-85 Кутаисский элек- тромеханический за-
2ЭЦВ8-16-140 Бердянский «Юж- вод
гидромаш* ЭЦВ12-210-145 ПО «Молдавгидро- маш*
•'Ч (В8-25-70Г Лебедянский ма- шиностроительный завод 2ЭЦВ12-255-30Г Бердянский «Юж- гидромаш*
1. >1(118-25-100 ПО «Молдавгидро маш* ЭЦВ 12-375-30 ПО «Молдавгидро- маш»
: >11118-25-150 Т ПО «Молдавгидро- Тмаш» ЭЦВ14-2Ю-ЗООК Бердянский «Юж- гидромаш*
Продолжение
Тип насосов Изготовитель Тип иэсосов Изготовитель
ЭЦВ8-25-300 ЭЦВ8-40-60 Черемховский ма- шиностроительный завод Севастопольский электроремонтяый завод ЭЦВ16-375-175К 8АП-9Х6 ЭПН6-16-75 ЭПН6-16-110 Бердянский «Юж- гидромашэ Лебедянский маши- ностроительный завод Московский меха- нический завод То же
Насосы с трансмиссионным валом
ATH8-1-I6 Черемховский ма- шиностроительный завод ATHI0-1-15 АТН 14-1-3 > »
АТН8-1-22 То же АТН14-1-4 >
ATHI0-1-4 Кутаисский элек- АТН14-1-6 >
АТН10-1-6 тромеханический завод То же 20А-18Х1 Сумский насосный завод
АТНЮ-1-8 > 20А-18ХЗ То же
АТН10-1-11 АТН10-1-13 > > 2А-18Х1 »
Примечание. Буквы обозначают: А — артезианский; В — водяной; Г — допу-
скается повышенное содержание тпердных механических примесей в воде; Н — насос:
П — погружной; Т —турбинный; Ц — центробежный; Э— с приводом от погружного
электродвигателя.
Числа обозначают: первое (для насосов типа ЭЦВ — первое после букв) — внутрен-
ний диаметр фильтровой колонны, уменьшенный в 25 раз в округленный; второе для насо-
сов типов А — быстроходность, АТ и АТН — рабочее колесо; ЭПН и ЭЦВ — производи-
тельность, м’/ч; третье для насосов типа А — число корпусов насоса; АП 'и АТН — чис-
ло рабочих колес; ЭПН п ЭЦВ — напор, м. Для насосов типа ЭЦВ перед буквами ста-
витсп порядковый номер модернизации (например. 1ЭЦВ12-160-65).
стий на 1 м2 поверхности фильтра, а также материалами, из
которых они изготовлены и т. д.
Тип фильтра определяется условиями его применения, и
в первую очередь характером водоносности пород (табл. 58).
Трубчатые фильтры представляют собой трубы из различ-
ных материалов (сталь, пластмассы, асбестоцемент) с круглыми
или щелевыми отверстиями (рис. 65).
Ширину щелей t назначают на основе данных о механиче-
ском составе водоносной породы по формуле t= (1,5... 2,0) d50,
где dso — диаметр зерен песка, меньше которых находится
в грунте 50 % по массе.
Круглые и щелевые отверстия располагаются в шахматном
порядке. Обычно расстояние между круглыми отверстиями по
длине трубы составляет а= (2,1. ..3,5)d, расстояние между
осями щелей 6=10/, расстояние между рядами щелей с=
= 10...20 мм, длина щели 30... 100 мм. Скважнииость в щеле-
198
ТАБЛИЦА 58
Водосодержащие породы
Рекомендуемые типы фильтров
Скальные и полускальные устой-
чивые породы
Скальные и полускальные неустой-
чивые породы. Гравнйно-галечнико-
вые отложення с крупностью частиц
20. . . 100 мм (> 50 % масс.)
Гравий, гравелистый песок с круп-
ностью частиц от 1 до 10 мм, преобла-
дающая крупность массы 2 ... 5 мм
О 50 % масс.)
Пески среднезери истые с преобла-
дающей крупностью частиц 0,25 . . .
... 0,50 мм (> 50 % масс.)
Пески мелкозернистые с преоблада-
ющей крупностью частиц 0,1 ...
. .. 0,25 мм (> 50 % масс.)
Пески различной зернистости прн
наличии устойчивости кровли
Фильтры не устанавливают
Трубчатые фильтры с круглой и ще-
левой перфорацией. Каркасно-стержне-
вые фильтры
Трубчатые и каркасно-стержневые с
водоприемной поверхностью из прово-
локи или без нее, а также из штампован-
ного листа
Гравийно-обсыпные фильтры с уши-
ренным контуром. Возможно примене-
ние двухслойных фильтров
Гравийно-обсыпные фильтры с уши-
ренным контуром. Возможно примене-
ние двухслойных обсыпок и блочных
фильтров
Фильтры не устанавливают
вых фильтрах доводят до 40%. Входные круглые отверстия
в трубчатых стальных каркасах можно располагать согласно
табл. 59.
Трубчатые фильтры рекомендуется устанавливать в скаль-
ных и полускальных породах, в крупнозернистых песках с вклю-
Рис. 65. Трубчатый фильтр
« — трубчатый каркас с круглым отверстием; б — расположение щелей в труб-
чи той каркасе; а — элементы конструкции сетчатого фильтра: / — сетка; 2 - проволоч-
ная подмотка; 3 — трубчатый каркас
199
ТАБЛИЦА БО
Наруж- ный диаметр труб, мм Диаметр отвер- стий, мм Расстояние между центрами отверстий, мм Число отверстий в горизон- тальном ряду Число отверстий на 1 м трубы Скважность каркаса, %
по гори- зонтали по верти- кали
89 12 23 15 12 780 32
114 16 25 22 14 635 35
168 18 29 25 18 720 34
219 20 34 31 20 640 30
273 20 36 31 24 768 28
325 22 41 33 25 750 28
377 22 39 33 30 900 26
Примечание. Скважностью называют отношение площади отверстий к площа-
ди рабочей части фильтра, умножеяное на 100.
чением гравия и гальки, а также использовать в качестве кар-
касов в фильтрах с покрытием из сеток, проволоки, просечного
листа.
Сетчатые фильтры с водоприемной частью в виде сеток квад-
ратного и гладкого (галунного) плетения изготавливают обыч-
но на основе трубчатых каркасов с круглой перфорацией. Раз-
меры сеток принимают в зависимости от гранулометрического
состава пород. Сетчатые фильтры рекомендуется использовать
ТАБЛИЦА 60
Номер сетки Номинальное число проволок на 25,4 мм сеткн Номинал ьнмй диаметр проволоки, мм Размер ячейки, мм Масса 1 м’ сеткн. кг
основа уток основа уток
6/70 6 70 0,70 0,40 0,34 3,79
7/70 7 70 0,60 0,40 0,34 3,68
8/55 8 55 0,60 0,50 0,32 4,46
8/70 8 70 0,60 0,40 0,32 0,84
8/80 8 80 0,50 0,35 0,32 3,30
10/70 10 70 0,50 0,40 0,32 3,74
10/80 10 80 0,50 0,33 0,32 3,05
10/90 10 90 0,45 0,30 0,27 2,75
10/100 10 100 0,45 0,30 0,27 2,68
12/90 12 90 0,45 0,30 0,27 2,86
14/90 14 90 0,45 0,30 0,27 3,10
14/100 14 100 0,45 0,28 0,23 3,04
16/100 16 100 0,40 0,25 0,23 2,83
18/130 18 130 0,32 0,22 0,17 2,30
20/160 20 160 0,28 0,18 0,14 2,00
При мечанне. Ширина полотна от 60в до 1500 мы.
200
ТАБЛИЦА 61
Номер сетки Номинальное число прово- лок на 25,4 мм сетки Номинальны!! диаметр проволоки, мм Масса I м1 сегкя. кг
основа уток основа уток
24 24 260 0,70 0,40 3,38
28 28 260 0,70 0,40 3,28
32 32 260 0,60 0,40 3,26
36 36 260 0,50 0,40 3,20
40 40 325 0,50 0,35 3,10
44 44 360 0,45 0,30 2,61
48 48 360 0,45 0,30 2,68
52 52 390 0,45 0,28 2,66
56 56 390 0.40 0,28 2,49
60 60 390 0,40 0,28 2,54
64 64 485 0,35 0,22 2,01
68 68 485 0,35 0,22 2,06
72 72 550 0,30 0.20 1,82
76 76 550 0,30 0,20 1,83
80 80 600 0,28 0,18 1.62
90 90 645 0,28 0,16 1,52
100 100 670 0,25 0,16 1.52
120 120 670 0,22 0,16 1,52
160 160 820 0,20 0,14 1.44
200 200 870 0,18 0,12 1.21
Примечание. Выпускаются сетки из меди, латуни, бронзы, стали и других
материалов.
для средиезернистых и крупнозернистых пород. Подбирают сет-
ки путем просеивания через них песка и принимают ту, через
которую прошло 40... 70 % песка от обшей массы пробы. За-
тем фильтр обертывают сеткой с соединением внахлестку.
Место соединения паяют оловом, между каркасом и сеткой на-
матывают спиралью проволоку с расстоянием между витками
30... 50 мм (см. рис. 65, в). Технические характеристики наибо-
лее широко применяемых фильтровых сеток гладкого плетения
приведены в табл. 60, проволочных сеток—в табл. 61.
Каркасно-стержневые фильтры изготавливаются нз сталь-
ных прутьев диаметром 6... 16 мм, которые привариваются
к поясам жесткости. Длина звена 2...3 м. Соединение резьбо-
вое муфтовое. Каркасно-стержневые фильтры рекомендуется
устанавливать в скальных и полускальиых породах в разнооб-
разных гидрогеологических условиях.
Каркасы гравийно-обсыпных фильтров изготавливают из об-
садных труб со щелевой или круглой перфорацией. Гравий под-
бирается с учетом гранулометрического состава водосодержа-
201
щих пород. В зону пласта гравий подается при свободном па-
дении в восходящем потоке воды. Толщина обсыпки ие менее
50 мм. Гравийно-обсыпные фильтры используются в рыхлых
породах при больших водоотборах.
5. Расчеты по строительному водопонижению
ф Что такое совершенный и несовершенный колодцы?
Совершенный колодец иа всю глубину проходки водонос-
ных слоев достигает своим дном подстилающий водоупорный
слой. Несовершенный колодец проходит водоносный слой на
всю требуемую глубину и ие достигает своим дном подстилаю-
щего водоупорного слоя.
ф Что такое радиус влияния колодца?
Во время откачки поверхность грунтовых вод вокруг ко-
лодца понижается, приобретая вид криволинейной воронки,
в центре которой находится колодец. Образующаяся при этом
поверхность называется воронкой понижения. Расстояние от оси
колодца до точки касания линии первоначального (до откачки)
статического горизонта безнапорных вод называется радиусом
воронки понижения, или радиусом влияния колодца (рис.
66, а, б).
Радиус влияния можно определять по формуле
R = 575s
где R — радиус влиянии колодца, м; s — понижение уровни воды в колодце
(разность между статическим и динамическим уровнями) м; Н—мощность
водоносного пласта, м.
Для предварительных расчетов величину радиуса влияния
колодца, м, можно ориентировочно принимать в следующих
пределах: для мелкозернистых песков—100...200, среднезер-
нистых— 200... 300, крупнозернистых — 300... 400, очень круп-
ных н галечников — 400 ... 600.
ф Что такое фильтрация жидкостей?
Движение жидкостей по порам пород называется фильтра-
цией, а скорость движения по данным породам — скоростью
фильтрации, которая выражается формулой
v => QIQ,
где v — скорость фильтрации, м/с; Q — расход фильтрующейся воды, м’/с;
Q — площадь поперечного сечения грунта, через который фильтруется
вода. мг.
202
Рнс. 66. Схема притока воды к колодцам
а — совершенным в пенапорных водах: б — совершенным
в напорных • водах; о — нссоисршенным
Как определить дебит воды в вертикальных дренажных колод-
цах.
Приток подземных вод к совершенным и несовершенным вер-
тикальным дренажным колодцам в напорном и безнапорном
водоносных слоях определяется в зависимости от требуемого
понижения уровня воды в колодце:
Q =- 2лКфЛ5/1п (/?//).
Принимая радиус депрессии /? = 500 м и радус колодца г=0,5 м,
упрощаем формулу:
Q=0,9K^S,
здесь h — мощность напорного водоносного слоя, м, или средняя глубина по-
тока в безнапорном водоносном слое: й=(2Л/—S)/2; Н—расстояние от ие-
поииженного уровня воды в безнапорном водоносном слое до его подошвы
(водоупора), м; S — понижение уровня воды в колодце, м.
Если подошва водоносного слоя не достигнута при разведке
(или находится на очень большой глубине), то приток подзем-
203
иых вод к несовершенному колодцу фиесов можно определить,
принимай водоупор на уровне подошвы колодца:
QxecoB = 1,05КфЛЗ.
ф Какой резерв насосов необходим при открытом водоотливе?
В насосных станциях открытого водоотлива должны уста-
навливаться резервные насосы в количестве 50 % от числа ра-
ботающих и 100 % при работе одного насоса. '
В тех случаях, когда остановка откачки воды может нару-
шить безопасность строительных работ на объекте, необходимо
иметь два независимых источника электроснабжения.
ф Как определить способ водопонижения на объектах строи-
тельства?
Выбор систем водопонижения для водоотлива зависит от
многих факторов, определяемых гидрогеологическими и други-
ми условиями площадки строительства. Для ориентировочного
подбора рекомендуется пользоваться данными табл. 62.
Для систем водопонижения расчетом определяются пониже-
ние уровня грунтовых вод, приток к водопонизительным уста-
новкам и их производительность.
Расчет проводится в следующей последовательности: опре-
деляют приток к водопонизительной системе; задают число
скважин с учетом их производительности; назначают диаметр,
длину фильтра и глубину скважины; рассчитывают водоотво-
дящие устройства.
Расчетная формула притока грунтовых вод к длинной со-
вершенной водопонизительной системе (для плоского потока):
Q = лКф (2Н — s) sR/(R — r0).
Расчетная формула притока к контурным н коротким линей-
ным системам и устройствам (для радиального потока):
Q =. пКф (Н* — j/»)/ln (R/r0),
где г0 — расстояние от оси линейной или от центра контурной водопонизи-
тельной системы до расчетной точки.
Значения величин, входящих в формулы, берутся по дан-
ным изысканий и в соответствии с выбранными расчетными
схемами (рис. 67).
При отсутствии данных об источниках и условиях питания
водоносных горизонтов величину радиуса депрессии допуска-
ется определять расчетом по формулам:
при безнапорной фильтрации
R = А + Ъ^КфН.
204
ТАБЛИЦА 62
Глубина пониже- ния уровня грунтовых аод, и Грунты
суглинок супесь Песок гравяй с песком гравий чистый галечявк ЧИСТЫЙ Многослойная водоносная толща (чередование пород различной водопрони- цаемости)
мелкозер- нистый мелкий средний крупный крупный граве- листый
При коэффициенте фильтрации, м/сут
0,05 ... 0,4 0,2.. . 0.7 1 ...2 2... 10 I10...25 25...50 50 ... 100 75 ... 150 100 ... 200 200 —
До 5 Электроосушение, вакуумирование (ЛИУ, ЭИ, ЭВВУ, УВВ-1М, УВВ-2) Установки с легкими иглофильтрами ЛИУ (одноярусные) Откачка воды нз скважины цен- тробежными на- сосами Поверхностный водоотлив Поверхностный во- доотлив, ЛИУ, УВВ, сочетание ЛИУ с по- верхностным водоот- ливом
До 20 Электроосушение, вакуумирование (ярусные установки, ЛИУ, ЭИ, ЭВВУ) Установки с легкими иглофильтрами (много- ярусные). Эжекторные иглофиль- тры Глубинные насосы ЭВВУ, ярусные ЛИУ, УВВ, ЭИ, глу- бинные насосы в соче- тании с поверхност- ным водоотливом
Более 20 Глубинные насосы (артезианские) Открытый водоот- лив; многоярусные установки легких иглофильтров; эжек- торные иглофильтры; артезианские насосы
Рнс. 67. Расчетные схемы водопонизительной системы
а — линейной: б — контурной
при напорной фильтрации
R = А + 10s л/Кф.
где А — приведенный радиус водопонизительной системы; для контурных во-
допонизительных систем с соотношением сторон менее 10 радиус 4=уГ/л
(прн соотношении сторон более 10 для коротких линейных водопонизитель-
ных систем Д=0,25/, для длинных водопонизительных систем 4—0); F —
площадь, оконтуренная водопонизительными устройствами; s — понижение
уровня грунтовых вод в области водозабора (в котловане), отсчитываемое
от первоначального уровня грунтовых вод.
В случае работы группы колодцев, расположенных по пери-
метру, дебит совершенной скважины в условиях безнапорного
режима определяется по формуле
Q - лКф (2Я - s)s/ln [₽n/(^-Vc)j,
где п — число скважин.
Снижение уровня в центре кольцевой водопонизительной си-
стемы
s = Н — —п<уп(/?/г0)/(яКф).
Разность уровней воды за стенкой и внутри скважины — вы-
сота высачнвания при расчетной длине фильтра I и диаметре
d — определяется по формуле
Aft = 0,2 in —/In ——— 7(?з/(КфяШ) .
'С пг»-'гс
С учетом высоты высачивания снижение уровня воды
в центре составляет
so = s — Aft.
Пример. Опускной колодец диаметром 12 м и высотой 14 м предпола-
гается опускать под защитой шести одновременно работающих скважин, рас-
положенных снаружи колодца по кольцевому контуру с радиусом г0=14 м
206
Рнс. 68. Расчетная схема водо-
понизительной скважины
/ — кондуктор 0 1000 мм с филь-
тровой колонной 0 400 мм: 2 —
опускной колодец 0 12 мм; 3 —ра-
бочая часть фильтровой колонны
0 400 мм длиной 6 м с насосом
ЭЦВ-8-63-25; 4 — отстойник 0 400
мм длиной 9 м
(рис. 68). Колодец опускается до отметки— 12 м в песчаные волопасыщеп-
ные грунты с Кф=10,9 м/сут, подстилаемые иа отметке — 23 м относитель-
ным водоупором (ледниковыми суглинками). Принят радиус скпажипы гс=
=0,4 м, радиус кривой депрессии /?=90 м, расчетная длина рабочей части
фильтровой колонны /=4 м. Скважины оборудуются насосами ЭЦВ8-63-25.
Для обеспечения надежности устраивают дополнительно три скважины
с такими же глубинными насосами.
Решение.
Дебит скважины, работающей по схеме кольцевого дренажа, для совер-
шенных дрен в условиях безнапорного режима составляет
90е
<2= 3,14-10,9(2-23 — 18) 18/ln--—-----= 1335 м«/сут = 55,6 ма/ч.
6-14»-0,4
Снижение уровня в центре кольцевого дренажа
s = 23 — V23® — 6• 1335Ш(90/14)/(3,14-10,9) = 13,32 м.
Высота высачиваиия в совершенной скважине
Дй=0,2 In
90 ,, 90«
-------/1п--------------
0,14 (6-14»-0,4)
1335-18
10,9-3,14-0,8-4
= 1,18 м.
Уровень воды п центре колодца может быть снижен до
s0 = s —Ah =13,32—1,18= 12,14 м.
Водозахватлая способность 1 м рабочей части фильтра проверяется по
формуле
Р=65я2гс^Кф’=65-3,14-2-0,4?<10^ =360,8 м/сут= 15,03 м*/ч.
Пропуск притекающей воды обеспечен с коэффициентом запаса 1,6.
ф Как определить приток грунтовой воды в котлован?
Для предварительных расчетов рекомендуется принимать
приток воды Qo на 1 м2 площади дна и стен котлована следую-
щим, м3/ч: для мелкозернистых песков — 0,16; среднезерни-
207
стых — 0,24; крупнозернистых — 0,3; трещиноватых скал —
0,15... 0,4.
Полное количество воды, которое скапливается в котловане
в течение часа,
Q^QoF.
где F—площадь дна и стен котлована, м*.
Для сохранения грунта в природном состоянии необходимо,
чтобы уровень воды всегда находился ниже отметки дна кот-
лована.
6. Буровые работы для устройства
скважи н-колодцев
♦ Какие виды бурения используют для устройства скважин-
колодцев?
Для устройства скважин-колодцев применяют механическое
ударное бурение на штангах с помощью бурового станка, при-
водимого в действие от механического двигателя. Процесс бу-
рения заключается в долблении и затем извлечении разрушен-
ной породы. Разбуриваемая порода удаляется из скважины при
помощи желонки, спускаемой в нее иа штангах или на специ-
альном желоночном канате. При бурении с промывкой порода
из скважины удаляется с водой или глинистым раствором. Бу-
рение с промывкой значительно ускоряет проходку скважины.
Замена жестких штанг стальными канатами при механиче-
ском ударном канатном бурении обеспечивает быстроту опера-
ций по спуску и подъему инструмента. Очистка забоя произво-
дится желонкой. В тех случаях, когда требуется большой на-
чальный диаметр скважины, а также точное соблюдение ее
вертикальности, применяют канатное бурение в комбинации со
штанговым, причем верхнюю часть скважины проходят штан-
говым способом, а нижнюю — канатным.
Низ обсадной трубы при бурении скважин ударно-канатным
способом должен опережать уровень разрабатываемого забоя
не менее чем на 0,5 м.
Вращательный колонковый способ бурения применяется
в скальных породах. Разрушение породы осуществляется за
счет вращения бурового наконечника в виде специальных коро-
нок. Для охлаждения коронки, а также для выноса разбуривае-
мой породы бурение производят с промывкой забоя глинистым
раствором. Бурение без промывки значительно уменьшает ско-
рость проходки.
В табл. 63 приведены параметры буровых станков с литыми
долотами. Для уменьшения защемления долота в вязкой глине
208
ТАБЛИЦА 63
Показатели Модели станков
УКС-ЗОМ БС-1М БС-2
Диаметр скважины, см Глубина бурения, м Масса долота, т Высота подъема молота, м Частота ударов, мин'1 Мощность электродвигателя привода, кВт Высота станка в рабочем положении, м То же в транспортном положении, м Масса станка, т 90 500 2,5 0,5. .. 1,0 40. . .50 40 16,3 3,5 12,7 30 300 2,3 0,5. . . 1,0 48... 55 55... 75 15,05 3,8 24 100 25 3,5 0,5 ... 1,0 48 ... 50 75 3,8 31
необходимо периодически на дно забрасывать камень круп-
ностью 10... 20 см в количестве 0,2... 0,4 м3 иа 1 м2 забоя
скважины.
Вращательное роторное бурение по скорости бурения как
по мягким, так и по твердым породам во много раз эффектив-
ней штангового и канатного способа, оно дает большую эко-
номию в расходе труб. Недостатком является потребность
в большом количестве воды н глины для приготовления пас-
твора.
К специальным способам бурения относятся шнековый спо-
соб, гидродинамическое бурение и вибрационное.
При шнековом способе бурения разрушенная в забое поро-
да транспортируется на поверхность по лопастям колонны шне-
ков. В неустойчивых породах (плывуны или водоносные пески)
бурят с креплением стеиок скважины обсадными трубами. Ко-
лонна шнеков вращается внутри обсадных труб.
При гидродинамическом бурении породы разрушаются в за-
бое за счет энергии гидравлической струи. Струя воды, выбра-
сываемая из гидронасадки со скоростью до 60 м/с под давле-
нием до 3 МПа, размывает породу забоя и фильтровая или
обсадная колонна труб погружается в грунт. Разрушенная по-
рода выносится на поверхность по затрубному пространству.
Гидродинамическое бурение применяют в песчаных отложениях
и супесях; при наличии прослоек глины эффективность его
резко падает. При бурении по среднезернистым пескам расход
воды составляет 20... 30 м3/ч при напоре 3 м, по крупнозерни-
стым— соответственно 30...40 м3/ч и 8 м.
В процессе вибрационного бурения горные породы разру-
шаются механическими колебаниями большой частоты, созда-
ваемыми вибрационной машиной, которые передаются породо-
разрушающему инструменту через колонну бурильных труб.
209
Используют этот способ только для бурения мягких и рыхлых
пород. Вибрационное бурение эффективно при глубине скважин
не более 25... 30 м, оно способствует разглинизацип и удале-
нию пробок.
ф Какой инструмент применяют при ударно-канатном буре-
нии?
При ударно-канатном бурении пользуются следующим ра-
бочим инструментом: долотами, желонками и буровыми ста-
канами, ударными штангами с переходниками, канатными зам-
ками. Весь перечисленный инструмент входит в состав буровых
снарядов для разрушения породы (рис. 69).
Долото выбирают в зависимости от буримых пород. При
ударно-канатном бурении применяют долота: плоские (в мяг-
ких породах), двутавровые (в породах средней твердости и вяз-
ких), округляющие (в твердых породах и валунно-галечнико-
вых отложениях), крестовые (в трещиноватых породах). Изго-
тавливаются они из высококачественной инструментальной
стали.
С помощью ударных штанг увеличивают массу бурового сна-
ряда, а также предупреждают искривление скважин.
Желонками бурят скважины в мягких и рыхлых породах
или очищают их от шлама.
Бурение в плывунах производится желонками, спускаемыми
на штангах или канате. Заполнение их осуществляется пери-
одическим сбрасыванием бурового инструмента в забой.
При бурении плывунов эффективность работы зависит от
быстроты, с которой совершаются все операции. Основное вни-
мание должно быть обращено на быстрый спуск и подъем ин-
струмента.
Непременным условием прн проходке плывунов является
одновременное осаживание труб. При ударе желонки о забой
во время осаживания, а также в момент подъема над забоем
необходимо производить поворачивание (раскачивание) обсад-
ных труб при помощи хомутов, что способствует осадке труб.
Необходимо стремиться осадить трубы как можно ниже, не
вычерпывая полностью плывун, а врезаясь ими в подстилаю-
щий слой.
Для ускорения посадки труб одновременно с вращением
производят их вдавливание или забивку.
В случае сильного напора плывуна в обсадные трубы сле-
дует подливать жидкий раствор глины или воды, что создает
противодавление н уменьшает приток плывуна из-под фрезы.
Если в трубах образовалась пробка и проходка ее желон-
кой не удается, необходимо добавить в скважину вязкой гли-
ны, разработать грунт долотом и уже после этого образовав-
шуюся смесь извлекать желонкой. Работа должна вестись не-
210
Рис. 69. Буровой снаряд (а) с долотами ударно-канатного бурения (б)
/ — колото- 2 —ударная штанга; 3— раэдпнжная штанга; 4 — канатный замок; 5 —
инструментальный канат; 6 —плоское долото; 7 —крестовое долото; а — округляющее
долото; 9 — двутавровое долото
прерывно. Бурение проводят попеременно двумя желонками:
одну очищают от породы, другую спускают в скважину. Длину
желонки принимают не менее 3 м. Клапан желонки должен
плотно прилегать к башмаку.
Бурение в гравийно-галечниковых отложениях — это наибо-
лее трудоемкий процесс. Особенно сложна проходка скоплений
перемытых галечников и гравия, а также сильногравелистых
песков и галечников, которые при бурении желонкой застревают
в клапане и препятствуют наполнению ее породой.
ф Как производят бурение в вечномерзлых грунтах и в кар-
стовых пбродах?
Бурение в мерзлых грунтах осложняется проходкой слоев
с отрицательными температурами, под влиянием которых вода
в скважине может замерзать и прихватывать буровые инстру-
менты. Для предупреждения этих нежелательных явлений при-
меняют водяной пар или в забой скважины подливают кипящую
поду. При бурении вращательным способом воду нагревают
в специальных баках и затем закачивают в скважину насосом;
при канатно-ударном бурении в скважину заливают горячую
воду через каждые 5... 10 мин.
При ударном бурении проходку долотом за один прием про-
изводят на глубину 0,25... 0,30 м, после этого поднимают ин-
струмент и забой скважины быстро очищают желонкой.
В целях предупреждения образования ледяной пробки не-
обходимо следить, чтобы опущенный в забой скважины буро-
вой инструмент находился непрерывно в движении.
Обсадку труб следует производить быстро. В случае смер-
зания труб с грунтом во время длительной остановки при спуске
прежде всего отогревают стенки скважины, затем приступают
к «расхаживанию» труб. Прогрев труб производят паром или
факелом. Последний устраивается из куска обсадной трубы
с дном и отверстиями в стенках; в эту трубу наливают нефть
или керосин, зажигают факел и опускают его в скважину на
штанге.
ф Какова конструкция желонок?
Обыкновенная желонка с тарельчатым клапаном (рис. 70, а)
состоит из длинного металлического цилиндра (не менее 3 м),
снабженную снизу стальным режущим башмаком с дисковым
клапаном. К верхней части трубы прикреплена вилка, закан-
чивающаяся головкой с резьбой, при помощи которой желонку
присоединяют к рабочим штангам или к канату. Башмак из-
готавливают из хорошей вязкой стали. К верху его прикреп-
ляют дисковый клапан, открывающийся на шарнире вверх.
Нижнюю часть башмака расширяют (делают на конус). Диа-
212
метр режущей кромки должен быть больше диаметра самого
башмака на 1... 2 мм. Крепят башмак к цилиндру (трубе) по-
средством нарезки заклепок или сварки. Клапан башмака де-
лают стальным н для своевременного закрытия снабжают штиф-
том, мешающим ему чрезмерно открываться.
При работе в чистых песках и для очистки скважин от раз-
жиженной породы применяют желонки с шаровым клапаном
(рис. 70, б).
♦ В чем сущность колонкового бурения?
При колонковом бурении основной рабочий наконечник —
коронку — заправляют истирающими материалами и присоеди-
няют к колонковой трубе, которая через переходник соединя-
ется с бурильными трубами (штангами). Верхняя штанга зажи-
мается в шпинделе бурового станка, приводимого в действие дви-
гателем. К верхнему концу штанг присоединяют сальниковый
вертлюг, соединенный гибким шлангом с насосом. Во время бу-
рения насосом в скважину подается промывочный раствор, ох-
лаждающий коронку и выносящий из скважины измсльчснпую
породу, называемую шламом. На поверхности земли шлам осаж-
дается в желобах, и раствор вновь нагнетается в скважину.
При быстром вращении коронки в породе выбуривается коль-
цевой забой, внутри которого остается колонка (керн) нераз-
рушенной породы. По мере углубления скважины керн заполняет
колонковую трубу. Его отрывают от -забоя особым приспособ-
лением, после этого весь буровой снаряд поднимают на поверх-
ность.
Различают три вида колонкового бурения: алмазное, прн
котором коронка армирована алмазами; бурение твердыми
сплавами, когда коронка заправлена резцами нз твердых спла-
вов; дробовое бурение, при котором разбуривание забоя произ-
водится чугунной дробью, засыпаемой под коронку.
При бурении в мягких породах применяют коронки со сталь-
ными зубьями, покрытыми твердыми сплавами.
Коронки для алмазов и твердых сплавов показаны на
рис. 71. Они представляют полый цилиндр из мягкой стали
с плоской нижней кромкой с нарезкой в верхней части для се
соединения с колонковой трубой. На наружной поверхности и
на торце устраивают бороздки для протока раствора. В торце
производят пропиливание или высверливают гнезда для алма-
зов и твердых сплавов.
Дробовые коронки во внутренней поверхности имеют один
илн два продольных паза для пропуска дроби к забою. В ниж-
ней части в коронке делают прорезь для улавливания и под-
вода дроби под торец, а также пропуска промывочного рас-
твора.
213
Рис. 70. Желонки
а — с тарельчатым клапаном; б — с шаровым клапаном; в — с лолушаровым клапаном;
/—корпус; 2 — башмак; 3 —клапан; 4 — шарнир; 5 — упор; 6 — вилка; 7 — головка,
приваренная к корпусу желонки; в — копье
Рис. 71. Коронки
а — алмазная; б — дробовая; в — зубчатая
Зубчатые коронки имеют большие разведенные зубья, по-
крытые зернистыми твердыми сплавами. Применяют эти ко-
ронки для бурения в мягких породах (глина, лёсс, мягкий мел
и т. п.).
При алмазном бурении следует производить точный замер
всех штанг и инструмента и не спускать в скважину изношен-
ную коронку. Перед спуском новой алмазной коронки надо
очистить забой крестовым долотом. Если новая алмазная ко-
ронка защемляется в забое, то буровой снаряд приподнимают,
закрепляют в шпинделе и разбуривают скважину, делая пол-
ную промывку и постепенно повышая давление на коронку.
При работе насоса с перебоями следует немедленно прекратить
бурение и приподнять бур.
При бурении твердыми сплавами промывка забоя должна
быть обильной, минимальная скорость восходящей струи —
0,25...0,30 м/с.
При дробовом бурении на забой под буровую коронку по-
дают чугунную буровую дробь, которая под действием на-
грузки, передаваемой через коронку, раскалывается на остро-
ганные куски. Эти куски дроби внедряются в породу н в торец
коронки, волочатся по забою и производят его разрушение.
Мелкие окатанные куски дроби выносятся промывочной жид-
костью из забоя и заменяются новой дробью.
ф В чем. сущность вращательного роторного бурения?
Вращательным роторным бурением называют способ буре-
ния, при котором разрушение породы происходит на всей пло-
щади забоя скважины путем вращения и нажима на забой бу-
рового наконечника
В скважину опускается буровой инструмент, собранный из
долота-удлинителя и колонны бурильных труб (штанг). На
верхнюю бурильную трубу навертывается рабочая труба квад-
ратного сечения, которая проходит через отверстие в роторе
бурового станка и зажимается в нем. К верхнему концу рабо-
чей трубы присоединяется вертлюг-сальник, при помощи кото-
рого буровой инструмент подвешивается к крюку. Вертлюг-
сальник служит для соединения вращающейся колонки с на-
гнетательным рукавом (шлангом). Насос засасывает глинистый
раствор и нагнетает его по шлангу в вертлюг-сальник. Далее
раствор по колонне бурильных труб направляется к забою
скважины, где охлаждает долото и выносит частицы разрушен-
ной породы на поверхность земли. Для приготовления раствора
используют бентонитовый глинистый порошок.
На поверхности глинистый раствор с захваченными части-
цами породы поступает в циркуляционную систему, состоящую
из лотков, отстойников н резервуаров; после отстаивания
216
219 194 178 168 146 0 Z Условный диаметр трубы, мм
219,1 193,7 177,8 168,3 146,0 139,7 114,3 Наружный диаметр D, мм
моюоэч МО (ООО *4 КЗ — С> (0 00 КЭ — СО 00 "*4 р СЛ — О ООО *4 05 СЛ — О СО 00 -4 05 <0 00 *4 05 Толщина стенки, мм Труба
SoSSS слр —р сл 177,7 175,7 173.7 169,7 179.7 СЛ СЛ сл СЛ 05 05 03 00 00 00 Ьэ 00 СП СЛ СЛ СЛ .&> 05 00 О КЗ СЛ СО СО СО СО GO со со ssssss — — КЗ КЗ кэкэ >4р — рСЛ^4 0*601 115,0 113,0 II 1.0 Внутренний диаметр 4, мм
©5 сл о» 05 05 СОСЛ 05 05 05 45,4 53.9 32,3 36,7 41,1 .Ь ф. СО СО КЭ С© СЛ — _*«4 Со р о o’>U W 05 05 Хь rft СО СО СО КЗ КЗ 05 КЗ р СЛ — р сл КЗ 05 о W 05 ао 05 СЛ rfk tookj СОСО КЭКЭ КЭ — сл кэрррр О —— О ООО SS.S.q КЭСЛ Ъ Теоретиче- ская масса 1 и, иг
Наружный диаметр DH, мм
245 216 198 188 166 159 146
196 190 184 184 177 5 165 Длина Lu( ИИ
сл 6,5 6,5 6,5 6,5 6.5 0*9 Ширина тор- цовой плос- кости Вм, мм f
16,2 12,2 10,0 р 8,0 О 5,7 Теоретиче- сная иасса, кг 3
221,5 196,1 180,2 170,7 148,4 142,1 1 Л. диаметр а» им Расточка
12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 12,7 длина 4, ИИ
ТАБЛИЦА 64
Продолжение
Труба Муфта
SS <5 3 А , я Расточка
1* «О X
е & 3 - Я АЗ 3 Iе» ЙО - S8
Условнь диаметр мм Наружи диаметр мм ТОЛЩИИ1 стеиив, В нут рев диаметр мм Теории ская ма 1 к, кг 3 1 ? с « диаметр мм Длина J мм Ширина новой п каста В gs 8Su box: диаметр а мм длина 4 ММ
7 230,5 41,1
8 228,5 46,5
245 244,5 9 226,5 52,4 270 196 7,5 17,3 246,9 12,7
10 224,5 58,0
12 220,5 69,0
7 259.1 45,9
8 257,1 52,3
273 273.1 9 255,1 58,6 299 20 7,5 21 275,5 12,7
10 253,1 64,9
12 249,1 77,2
8 282,5 54,4
9 280,5 64,4 12,7
299 298,5 10 278,5 71,3 324 203 7,5 22,4 300.9
11 276,5 78,1
12 274,5 84,9
9 305,9 70,1
324 323,9 10 11 303,9 301,9 77,6 85,1 351 203 8,5 23,4 326,3 12,7
12 299,9 92,6
9 321,7 73,2
340 339,7 10 11 319,7 317,7 82,0 89,0 365 203 8.5 25,50 342,1 12,7
12 315.7 96,6
9 388,4 88,0
407 406,4 10 11 386,4 384,4 97,5 107,0 432 228 8,5 35,8 408,8 12,7
12 382,4 117,5
508 508 11 486 135,9 533 228 8.5 44,6 510,4 12,7
Примечания. I. Овальность труб нс должна превышать 0.8 от допускаемых
отклонений по наружному диаметру. 2. Трубы поставляют длиной от 9,5 до 13 и.
Допускается поставка (до 20Х) труб длиной от 8 до 9,5 мн (не более (Ох)—от 5
до 8 и. Трубы меньших длин поставляют по соглашению сторон.
раствор снова нагнетается насосом в скважину*. Таким образом
поддерживается непрерывная циркуляция раствора. Прокачи-
вание глинистого раствора позволяет не вынимать буровой сна-
ряд до притупления наконечника, что значительно ускоряет
бурение. К тому же глинистый раствор способствует устойчи-
* Бурение водопонижающих скважин с глинистой промывкой допуска-
ется, если перед этим на площадке выполнено опытное бурение н установ-
лена эффективность их раэглинизации.
217
вост» стенок скважины. Проникая в породу, глинистые частицы
связывают зерна рыхлой породы, как цемент. Частицы глины,
оседая на стенках, образуют глинистую корку, и так как плот-
ность глинистого раствора доводится до 1,2, а в исключитель-
ных случаях до 1,70, т. е. больше плотности воды, то он дер-
жит стенки скважины за счет гидростатического давления
своего столба. Таким образом глинистый раствор служит для
временного укрепления стенок скважины.
ф Какие обсадные трубы применяют для крепления скважин?
Для крепления стенок скважин используют в основном бес-
шовные стальные трубы, соединенные с помощью муфт. Необ-
ходимые данные по обсадным трубам с короткой и нормаль-
ной резьбами приведены в табл. 64.
ф Какие функции выполняют стальные башмаки на нижнем
конце обсадных труб?
На нижний конец обсадных труб навинчиваются башмаки,
которые расширяют скважину и тем самым облегчают обсадку
труб. Кроме того, они предохраняют нижние концы труб от
смятия во время обсадки. Применяются зубчатые и гладкие
башмаки при бурении в твердых породах.
Зубчатый башмак по форме напоминает толстостенную
муфту с зубцами на конце. Внутренний диаметр фрезы равня-
ется внутреннему диаметру обсадных труб; наружный диаметр
ее на 3... 5 мм больше наружного диаметра муфт тех же труб.
В верхней части башмака имеется внутренняя расточка, ниже
которой делается винтовая нарезка для соединения башмака
с обсадной трубой. Нижний край башмака заканчивается зуб-
цами, придающими ему вид фрезы. Зубцы должны быть ото-
гнуты наружу незначительно.
Раздел IV
ИНЖЕНЕРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ИЗ СВАИ
И СВАЙ-ОБОЛОЧЕК
1. Строительная классификация грунтов
ф По каким признакам разделяются грунты?
Грунты представляют собой полнминеральные дисперсные
системы, физико-механические свойства которых зависят от со-
става и размеров минеральных частиц. По характеру связей
между этими частицами различают: скальные, круннообломоч-
ные, песчаные и глинистые грунты.
219
Скальные грунты — изверженные метаморфические породы
с жесткими связями между зернами (спаянные и сцементиро-
ванные), залегающие в виде сплошного или трещиноватого
массива.
Нескальные грунты — грунты без жестких связей.
Крупнообломочные грунты — несцементированные грунты,
содержащие более 50 % массы обломков кристаллических или
осадочных пород с размерами частиц более 2 мм.
Песчаные грунты — сыпучие в сухом состоянии грунты, со-
держащие менее 50 % массы частиц крупнее 2 мм и ие имею-
щие свойств пластичности.
Глинистые грунты — связные грунты, для которых число
пластичности /₽^1. Классификации грунтов представлены на
схемах.
По коэффициенту выветрелостн (Лв. к)
ф Как определить категорию грунта?
Критерием оценки сопротивляемости грунтов процессу раз-
рушения режущим инструментом землеройных машин можно
считать число ударов-по грунту плотномера.
Этот прибор представляет собой цилиндрический стержень,
снабженный наконечником длиной 100 мм с площадью по-
перечного сечения I см2. По стержню свободно скользит груз
массой 2,5 кг. Ход груза ограничен двумя буртиками и состав-
ляет 400 мм. За один удар производится работа, равная 10 Дж.
220
Число ударов прямо пропорционально усилию резания любого
рабочего органа при разработке обычных грунтов. Прочность
мерзлого грунта повышается с понижением его температуры.
Сопротивляемость мерзлого грунта разрушению также оце-
нивается числом ударов плотномера:
Категория грунта I II III IV
Число удароа 1 ... 4 1 ... 8 9 • - 16 16. . . 34
Категория грунта V VI VII VIII
Число ударов 35... 70 70 . . . 140 140 280 280. .. 560
ф Какими характеристиками оцениваются физико-механиче-
ские свойства грунтов?
Фнзико-механические свойства грунтов оцениваются харак-
теристиками, которые определяют лабораторными или поле-
выми испытаниями. К ним относят прямые характеристики:
плотность * уг. удельный вес грунта уо природную влажность
W, влажность грунта на границе раскатывания Wp, влажность
на границе текучести 117/, сопротивление срезу т, модуль де-
формации Е, гранулометрический состав. Расчетами получают
производные характеристики: удельный вес сухого грунта уск.
пористость л, коэффициент пористости е, степень влажности G,
число пластичности /р, показатель консистенции В, относитель-
ную плотность D, сцепление с, угол внутреннего трения <р.
Соответствующие формулы для получения производных ха-
рактеристик представлены в табл. 65.
* Плотность грунта — отношение массы грунта, включая массу воды
в порах, к занимаемому им объему (г/см9, т/м9), используется для харак-
теристики физических саойста грунтов и в динамических расчетах оснований;
удельный вес грунта (заменяет термин «объемный вес грунта») —отношение
веса грунта, включая вес воды в его порах, к занимаемому этим грунтом
объему, включая поры (Н/м9, МН/м9)*, удельный вес сухого грунта (заме-
няет термин «объемный вес скелета») — отношение веса сухого грунта ко
всему занимаемому этим грунтом объему, используется при определения
давления и несущей способности основания.
221
Плотные е < 0,55
Водонасыщен- Маловлажные
ные и влажные
ТАБЛИЦА 65
Покаэитель
Формула для определении
Удельный вес сухого грунта ?ск
Пористость п, %
Коэффициент пористости е
Удельный вес взвешенного в во-
де грунта
Полная плагоемкость П70. %
Степень влажности С
Число пластичности 1р
1 + 0,01 W
п = (1 — ЮО
п
я —-----------, нлн
100 — п
е = (1 O.OIIF) -^-
Уо
уг— 1
Vn.w = —---------
I + F
lFe= -3!2-.|00
Yr
Q __ 0,01 Wo
е
!pr- Wf-V,
Обозначения к схемам классификации грунтов
Ав.к — коэффициент выветрелости: Ап.к—(Ki—Ко)/Кь
Kt и Ко — отношение массы частиц размером менее 2 мм
к массе частиц размером более 2 мм соответст-
венно до и после испытания на истирание;
Ре — статическое сопротивление погружению конуса
с углом 60° и диаметром 36 мм;
Рп—удельное сопротивление пенетрацнн: Pn=P/hK2\
Р—вертикальное усилие, передаваемое на конус;
hK — глубина погружения конуса;
Re - - временное сопротивление одноосному сжатию;
КРз — коэффициент размягчаемости в воде;
бп — относительное набухание: бн= (йи. с—h)lh\
hu.c. — высота образца после его свободного набухания;
h — начальная высота образца природной влажности;
Кп. с — степень выветрелости: /Св. с=ув. о/уи. в;
Ув. с —плотность выветрелого грунта;
Ун. в — плотность невыветрелого грунта.
ф Как приближенно определить свойства грунтов в полевых
условиях?
Для определения плотности расчетного угла внутреннего
трения фи, модуля деформации Е, расчетного сопротивления
225
ТАБЛ И Ц А ее
Состав оборудовании
и его характеристики
Основные параметры оборудования
1. Головка зонда (конус)
Угол прн вершине
Диаметр основания, мм
Масса, кг:
прн съемной головке
прн несъемной головке
2. Штанга зонда
Диаметр, мм
Длина звена, мм
Масса звена, кг
42
1500
8,9
3. Механнэмдля подъема нсбро-
са молота
Масса молота, кг
Высота падения молота, см
Масса направляющей рамы, кг
30
40
60
80
57
120
100
4. Оголовпнк
Масса, кг
3,7
5. Прибор регистрации глубины
погружения зонда
Цепа деления шкалы рейки I см
глинистого грунта RB в полевых условиях применяют способы
статического или динамического зондирования.
Динамическое зондирование выполняют оборудованием
с параметрами, приведенными в табл. 66. Динамическое сопро-
тивление Ри определяют по формуле
= (4м + 0,322д3)4мЯМ(4м + Х4з) ГЛ],
где — масса молота; — суммарная масса зонда, оголовннка и опираю-
щейся на него рамы; Н — высота падения молота; F — площадь поперечного
сечения конуса; h — глубина погружения зонда на залог; л — количество
ударов в залоге (от 1 до 20 ударов прн погружении зонда па 10...15 см);
/ — коэффициент, учитывающий трение штанг о грунт в зависимости от ин-
тервала глубины зондирования, м:
от 0,5 до 1,5..........1,0
более 1,5 до 4 .... 0,92
более 4 до 8............0,84
более 8 до 12 .... 0,76
более 12 до 16 .... 0,68
более 16 до 20 .... 0,60
226
ТАБЛИЦА 67
Рд, МПа Пески крупные в средине Пескв мелкие Пески пылеватые
Фи. град Е. МПа 4>н. град Е, МПа Фн. град Е, МПа
2 30 20 . . 16 28 13 26 8
3,5 33 26. . . 21 30 19 28 13
7,0 36 39. . . 34 33 29 30 22
11,0 38 49. . . 44 35 35 32 28
14,0 40 55. . . 50 37 40 34 32
17,5 41 60. . . 55 38 45 35 35
Ориентировочная оценка значений угла внутреннего трения
<Р„ и модуля деформации Е песчаных грунтов в зависимости от
Рл приведена в табл. 67, модуль деформации для суглинков и
глин Еи=6 Рл. Расчетные сопротивления оснований /?0 глини-
стых грунтов принимаются в зависимости от Рп:
Рл, кПа 1000 3000 5000 7000
Ro, кПа 100 250 400 550
2. Виды и конструкции свай и свай-оболочек
ф Какими могут быть сваи?
По материалу сваи бывают деревянные, бетонные, железо-
бетонные, стальные, грунтовые, плоцементные, смешанные, а по
форме поперечного сечения—круглые, квадратные, многогран-
ные (сваи могут иметь сплошное или полое сечение).
Сваи в готовом виде погружаются в грунт забивкой, вдав-
ливанием, подмывом, завинчиванием, вибропогружением или
комбинированным способом.
ф Какие существуют типы деревянных свай?
Применяются деревянные сваи трех типов: цельные, изго-
товленные из одного бревна; сращенные по длине; пакетные из
нескольких цельных или сращенных по длине бревен или
брусьев (рис. 72).
Материалом для деревянных свай служат в основном хвой-
ные породы деревьев диаметром в верхнем отрубе от 16 до
31 см.
Цельные деревянные сваи имеют длину 4,5... 12 м (редко
Цо 18 м). Нижние концы их заостряются. Длина заострения
227
Рис. 72. Типы деревянных свай
а — цельные; б — срощеввые во длине; в — пакетные
составляет 1,5...2 диаметра ствола в нижнем отрубе сваи. Прн
забивке в плотные грунты на заостренный конец сваи надевают
стальной башмак. На верхний (комлевый) конец сваи наби-
вают бугель, изготовленный из стальной полосы толщиной 10...
15 мм, шириной 35... 70 мм.
Бугель насаживают в горячем состоянии. Верх насаженного
бугеля должен быть немного выше торца сваи. Это делают для
того, чтобы при забивке сваи бугель первыми ударами молота
был осажен вниз и еще плотнее охватил голову сваи.
Деревянные составные сваи стыкуют впритык со стальным
штырем, входящим в заранее высверленное отверстие. Длину
штыря принимают равной диаметру стыкуемых бревен, а его
диаметр 20... 30 мм.
Прн работе свай на горизонтальную нагрузку следует при-
менять металлические муфты, длину нх надо принимать рав-
ной четырем диаметрам стыкуемых элементов Стыки бревен
в пакетных сваях располагают вразбежку на расстоянии 1,5 м
друг от друга н перекрывают металлической накладкой с по-
становкой не менее двух болтов на каждом конце накладки
дополнительно к болтам установленным через 0,5 м и скреп-
ляющим бревна в пакет. Диаметр болтов принимается не ме-
нее 16 мм.
228
Ориентировочные значения нагрузок, которые могут воспри-
нять деревянные сваи по прочности материала на сжатие, при-
ведены ниже:
Диаметр среднего сечения, см 18 20 22 24 26 28 30 32 34
Нагрузка, кН юо. 120 150 180 200 230 270 300 330
Для увеличения несущей способности используют пакеты из
двух, трех и четырех свай.
Сращенные но длнпе сваи из двух и более бревен стыкуются
между собой стяжными хомутами, а также стальными илн де-
ревянными накладками на болтах. Пакетные сваи изготавли-
вают длиной до 25 м с поперечным сечением до 60 см и более.
Лес, используемый для сваи, должен быть окоренный, без
сучьев и наростов, как правило, зимней рубки. Свайные бревна
должны иметь правильную форму с допускаемым односторон-
ним искривлением не более 1 % от длины (но меньше 12 см).
Разность диаметров комля и поперечного сечения бревна на
расстоянии 1 м от комля не должна превышать 10 см, сбежпс-
тость допускается не более 1 см на 1 м длины бревна, причем
первый метр от комля не учитывается.
ф Какова зависимость поперечного сечения деревянного
шпунта от его толщины?
Рекомендуется изготавливать шпунт толщиной до 10 см —
с треугольным пазом н гребнем (рис. 73, а); шпунт из брусьев
толщиной более 10 см — с прямоугольным пазом и гребнем
Рнс. 73. Деревянный шпунт
а с треугольным пазом и гребне»: б —с прямоугольным пазом; о — дощатыП
Рис. 74. Экономичные размеры деревянного шпунта нз круглого леса
229
ТАБЛИЦА 68
ь X • 4) = х £ ° V 6 Размеры шпунта , мм е ф И
Момент хопротш иня 1 м длины стенки, см'* о 5 X « S
Изгибающий > на 1 и длины ки. кН м Необходимая щи на стенки, а b с е 1 в h k Потребный де леса в верх не отрубе мм Количество ш на 1 м длины
36 2 400 12 40 40 38 44 44 40 120 94 140 10,63
42 2 820 13 44 42 42 46 45 42 130 НО 160 9,10
49 3 260 14 47 46 45 54 50 46 140 113 170 8,85
55 3 750 15 50 50 48 54 54 50 150 И7 180 8,55
64 4 260 16 55 50 53 54 54 50 160 137 200 7,30
72 4 820 17 60 50 58 54 54 50 170 143 210 7,00
81 5 400 18 65 50 63 54 54 50 180 150 220 6 67
90 6 000 19 70 50 68 54 54 50 190 150 220 6,67
100 6 670 20 75 50 73 54 54 50 200 151 230 663
НО 7 350 21 80 50 78 54 54 50 210 154 240 6,50
121 8 060 22 85 50 83 54 54 50 220 156 250 6,40
132 8 800 23 90 50 88 54 54 50 230 162 260 6,17
144 9 600 24 95 50 93 54 54 50 240 181 280 5,53
156 10 400 25 100 50 98 54 54 50 250 231 320 4,31
Примечание: I. Материал — сосна сырая 1 сорта. 2. Сбежистость бревна при-
мята равной 1 % (1 см на 1 м длины). 3. Изгибающий момент на 1 м стенки при задан-
ной толщине подсчитан при R 3 = 15 МПа.
(рис. 73, б). Толщина гребня принимается на 3...5 мм меньше
ширины паза, высота — равной глубине паза (глубина паза и
высота гребня — нс больше 5 см). Выборка паза и гребня дол-
жна производиться строго симметрично относительно середины
бруса. Расчетные параметры и экономичные размеры деревян-
ного шпунта, изготовленного из круглого леса (рис. 74) приве-
дены в табл. 68.
При достаточной мощности молота для забивки шпунта ре-
комендуется шпунты сплачивать в пакеты по две-три штуки
с общим бугелем и заострением.
Сплачивание необходимо производить в сжимах, скрепляя
шпунты скобами из 12... 16-миллиметрового железа длиной
20... 25 см с обеих сторон пакета через I... 2 м в шахматном
порядке; скобы забиваются заподлицо с гранями пакета под
углом 45° к линии сопряжения (рис. 75).
Заострение нижнего конца (или пакета) делается в соответ-
ствии с рис. 72. Величина скоса d должна быть уточнена в про-
цессе забивки, так как при увеличении d увеличивается при-
жимание низа забиваемого шпунта к ранее забитому.
Шпунтовый ряд, не несущий поперечной нагрузки, например
забитый в виде сплошного иащельника, может выполняться из
составного шпунта, заготовленного из досок толщиной 25...
230
ТАБЛИЦА 69
Поперечное соченне
Размеры шпунта,
см
Момент сопротпн-
лення 1 м шн ун-
те во П степкн.
см-’
Обычного
16
18
20
22
24
19
20
20
21
23
426
540
667
806
960
Клееного
30 мм по рис. 73, в. Стыкование досок по длине производится
вразбежку; доски между собой сплачиваются гвоздями, заби-
ваемыми наклонно от острия шпунта или склеивают (табл. 69).
ф Какие существуют типы железобетонных свай?
По форме поперечного сечения железобетонные сваи разде-
ляются на квадратные, прямоугольные, квадратные с круглой
полостью, полые круглые, или трубчатые, диаметром до 800 мм,
а по длине—на цельные и составные (рис. 76).
По способу армирования выпускают сваи либо с ненапря-
гасмой продольной арматурой, либо с предварительно напря-
женной стержневой, проволочной или прядевой арматурой (см.
табл. 70, 71).
В настоящее время большинство железобетонных свай, при-
меняемых в строительстве,— сплошные квадратного сечения
с поперечным армированием ствола ненапрягаемой арматурой.
231
Рис. 75. Пакет из деревянных шпунтовых свай
/ — бугель; J — скобы
Рис. 76. Конструкции цельной полой круглой сван
диаметром 50 см без наконечника (а) и с наконеч-
ником (б), винтовой сван (в) и предварительно на-
пряженной сван квадратного сечения (а)
1 — литой башмак; 2 — сварная лопасть; 3 — винтовая ло-
пасть, заполненная бетоном
Конструкции свай с предварительно напряженной стержне-
вой арматурой и иенапрягаемой в основном одинаковы, за ис-
ключением армирования острия свай. В свае с предварительно
напряженной арматурой острие армируется отдельным кар-
касом.
ф В каких случаях применяют прямоугольные и круглые же-
лезобетонные сваи и сваи-оболочки?
Сплошные железобетонные сваи длиной от 4 до 12 м сече-
нием 20x30, 20X40 и 20 x 50 см используются для укреплений
берегов водоемов, при строительстве набережных и подпорных
стенок.
Конструкция прямоугольных свай однотипна с конструкцией
квадратных.
Полые круглые сваи используются как фундаменты зданий
и сооружений при наличии значительной толщи слабых грун-
тов (от 12 до 45 м) и передаче на сваи горизонтальной на-
233
ТАБЛИЦА 70
Марка сван Основные размеры, мм Марка бетона Расход на сваю Масса спаи, т
длина L сторона квадрата d арматуры, кг бетона, м’
СЗ-20 3 000 200 200 13,98 0,13 0,33
СЗ.5-20 3500 200 200 15.41 0,15 0,38
С4-20 4 000 200 200 16,9 0,17 0,43
С4.5-20 4 500 200 200 18,35 0,19 0,48
С5-20 5 000 200 200 19,86 0,21 0,53
С5.5-20 5 500 200 200 21,28 0,23 0,58
С6-20 6 000 200 200 22,89 0,25 0,63
С4.5-25 4 500 250 200 20,08 0,29 0,73
С5-25 5000 250 200 21,62 0,32 0,80
С5.5-25 5 500 250 200 23,16 0,35 0,88
С6-25 6 000 250 200 31,47 0,38 0,95
СЗ-ЗО 3 000 300 200 16,84 0,28 0,70
С3.5-30 3500 300 200 18,47 0,33 0,83
С4-30 4 000 300 200 20,08 0,37 0,93
С4.5-30 4 500 300 200 21,7 0,42 1,05
С5-30 5 000 300 200 24,14 0,46 1,15
С5.5-30 5 500 300 200 32,01 0,51 1,28
С6-30 6 000 300 200 33,96 0,55 1,38
С7-30 7 000 300 200 37,76 0,64 1,60
С8-30 8 000 300 250 42,08 0,73 1,83
С9-30 9 000 300 250 46,4 0,82 2,05
СЮ-30 10 000 300 250 64,68 0,91 2,28
СИ-30 ]1 ООО 300 250 86,96 1,00 2,50
CI2-30 |2 000 300 250 94,04 1,09 2,73
С8-35 8000 350 250 45,13 1,00 2,50
С9-35 9 000 350 250 49,81 1.12 2,80
CI0-35 10 000 350 250 68,59 1,24 3,10
СП-35 11 000 350 250 91,09 1,37 3,43
CI2-35 12 000 350 250 99,33 1.49 3,73
CI3-35 13 000 350 300 106,81 1,61 4,03
CI4-35 14 000 350 300 138,05 1,73 4.33
05-35 15 000 350 300 146,98 1,86 4,65
06-35 16 000 350 300 186,48 1.98 4,95
CI3-40 13000 400 300 (21,69 2,10 5,25
CI4-40 14 000 400 300 166,36 2,26 5,62
05-40 15000 400 300 221,73 2,42 6,05
06-40 16 000 400 300 223,3 2,58 6,45
СН9-30 9 000 300 300 35,95 0,82 2,05
СН10-30 10 000 300 300 39,72 0,91 2,28
СНП-30 II 000 300 300 54,86 1,00 2,50
СН 12-30 12 000 300 300 59,05 1,09 2,73
СН 13-30 13 000 300 400 82,67 1,18 2,95
СН 14-30 14 000 300 400 89,28 1.27 3,18
СН 15-30 15 000 300 400 117,45 1,36 3,40
СН 10-35 10 000 350 300 43,25 1.24 З.Ю
СН 11-35 11 000 350 300 58,53 1,37 3,43
СН 12-35 12 000 350 300 62,83 1,49 3,73
СН 13-35 13 000 350 400 88,42 1,61 4,03
СН 14-35 14 000 350 400 94,16 1,73 4,33
СН 15-35 15 000 350 400 122,56 1,86 4,65
Продолжение табл. 70
Марка сван Основные размеры, мм Марка бетона Расход па сааю Масса сваи, т
длина L сторона квадрата <1 арматуры, кг бетона, м-1
СН 16-35 16 000 350 400 157,(8 1,98 4,95
CH 17-35 17000 350 400 199,97 2,12 5,30
СН 18-35 18 000 350 400 248,77 2,23 5,58
СН 19-35 19 000 350 400 328,83 2,35 5,88
СН20-35 20 000 350 400 424,27 2,47 6,18
СН 13-40 13 000 400 400 95,56 2.1 5.25
СН 14-40 14 000 400 400 101,57 2,26 5.65
СН 15-40 15 000 400 400 141.32 2,42 6,05
CI1I6-40 16 000 400 400 150.77 2.58 6,45
СН 17-40 17 000 400 400 203,37 2,74 6,85
СН 18-40 18 000 400 400 268.43 2,90 7,25
СН 18-40 19 000 400 400 349,57 3.06 7,65
СН 20-40 20 000 400 400 442,82 3.22 8,05
СНпрЗ-20 3 000 200 .300 8.77 0.13 0,32
СНпрЗ,5-20 3 500 200 300 9,27 0.15 0.38
СНпр4-20 4 000 200 300 9,78 0.17 0,43
СНпр4,5-20 4 500 200 300 10,19 0,19 0.48
СНпр5-20 5 000 200 300 10,70 0,21 0,53
СНпр5,5-20 5,500 200 300 11,21 0,23 0,58
СНпрб-20 6 000 200 300 11,80 0,25 0,63
СНпр4,5-25 4 500 250 300 12,07 0,29 0,73
СНпр5-20 5 000 250 300 12,50 0,32 0,80
СНпр5,5-25 5 500 250 300 13,07 0.35 0.88
СНпрб-25 6 000 250 300 13.64 0,38 0,95
СНпрЗ-ЗО 3 000 300 300 11,87 0,28 0,70
СНпрЗ,5-ЗО 3 500 300 300 12,35 0,33 0,83
СНпр4-30 4 000 300 300 12.97 0,37 0,93
СНпр4,5-30 4 500 300 300 13,60 0,42 1.05
СНпр5-30 5 000 300 300 14,88 0,46 1.15
СНпр5,5-30 5 500 300 300 15,50 0,51 1,28
СНпрб-30 6 000 300 300 16,13 0,55 1,38
СНпр7-30 7 000 300 300 16,50 0,64 1,60
СНпр8-30 8 000 300 :Ю0 22,65 0,73 1,83
СНпр9-30 9 000 300 300 24,52 0,82 2.05
СНпрЮ-30 10 000 300 300 26,99 0,91 2,29
СНпр 11-30 11 000 300 300 35,69 1,00 2,50
СНнр 12-30 12 000 300 300 38,11 1,09 2,73
СНпр 13-30 13 000 300 400 51,30 1,18 2,95
СНпр14-30 14000 300 400 55,53 1,27 3,16
СНпр 15-30 15 000 300 400 68.16 1.36 3,40
СНпр8-35 8 000 350 300 25,65 1,00 2,50
СНпр9-35 9 000 350 300 26,62 1.12 2,80
СНпр10-35 10 000 350 300 36,86 1,24 3,10
СНпр 11-35 И 000 350 300 39,27 1,37 3,43
СНпр 12-35 12 000 350 300 41.87 1,49 3,73
СНпр 13-35 13 000 350 400 56,92 1.61 4,03
СНпр 14-35 14 000 350 400 69,10 1,73 4,33
СНпр14-35 15 000 350 400 73,11 1,86 4,65
СНпр 16-35 16 000 350 400 87,15 1,98 4,95
СНпр 17-35 17 000 350 400 125,23 2,12 5,30
Продолжение табл. 70
Марка сван Основные размеры, мм Марка бетона Расход на сено Масса сван,т
длина L сторона квадрата арматуры, кг бетона, и>
СНпр 18-35 18 000 350 400 131,80 2,23 5,58
СНпр 19-35 19000 350 400 161,94 2,35 5,88
СНпр20-35 20 000 350 400 194,63 2,47 6,18
СНпр 13-40 13 000 400 400 79,00 . 2,10 5,25
СНпр 14-40 14 000 400 400 83,78 2,26 5,65
СНпр 15-40 15 000 400 400 98,01 2,42 6,05
СНпр 16-40 16 000 400 400 105,12 2,58 6,45
СНпр 17-40 17 000 400 400 122,58 2,74 6,85
СНпр (8-40 18 000 400 400 149,82 2,90 7,25
СНпр19-40 19000 400 400 183,76 3,06 7,65
СНпр20-40 20 000 400 400 217,30 3,22 8,05
грузки, превышающей 30 кН. Полые круглые сваи применяют
с открытыми и закрытыми концами (рис. 76, а и б). Такие сваи
изготавливаются цельными, состоящими из одного элемента,
и составными — из нескольких элементов. Их соединяют между
собой на болтах или на сварке. Длина составных полых круг-
лых свай принята 12.. .48 м, наружный диаметр — 400. ..800 мм.
Наибольшая длина свай диаметром 400 мм составляет 26 м,
500 мм — 30 м, 600 мм — 40 м, 800 мм — 48 м.
Сваи-оболочки нашли широкое применение в гидротехниче-
ском строительстве для причальных сооружений эстакадного
типа, пирсов, больверков, портовых набережных с глубинами
до 14 м, а также как фундаменты зданий и сооружений.
Сваи-оболочки погружают только с открытым концом и
в основном при наличии значительной толщи слабых грунтов.
Диаметр свай-оболочек принимается свыше 800 мм (табл. 72),
изготавливают их цельными, состоящими из одного элемента,
и составными — из нескольких элементов (рис. 77). Между со-
бой элементы соединяют на болтах или иа сварке. Максималь-
ная длина составных свай-оболочек 48 м (независимо от их
диаметра).
Составные железобетонные сваи рекомендуется применять
при сложном геологическом строении участка, а также при
толще слабых грунтов более 15... 20 м. Длинные сваи требуют
значительно больше арматуры на 1 м3 конструкции, чем корот-
кие, изготовление их и маневрирование ими при транспорти-
ровке затруднительно; для забивки таких свай требуются
высокие и тяжелые сваебойные агрегаты. К тому же при рекон-
струкции промышленных предприятий и необходимости усиле-
ния свайных фундаментов погружение длинных свай вблизи
или внутри здания бывает сложно, а иногда и невозможно.
236
ТАБЛИЦА 71
Марка сиан Оспопные размеры спаи, мм Марка Летона Расход па спаю Масел слан, т
длина наружны/! днаиетр толщина стенок бетона, № арматуры, кг
СК4-40 4 000 400 80 300 0.32 27,5 0,80
СК4-40Н 4000 400 80 300 0,37 27,1 0,92
СК4-50 4 000 500 80 300 0,42 33,7 1.05
СК4-50Н 4 000 500 80 300 0,45 31,8 1,13
СК4-60 4 000 600 100 300 0,69 40,5 1,58
СК4-60Н 4 000 600 100 300 0,69 39.1 1,72
СК4-80 4 000 800 100 400 0,88 56,7 2,20
СК5-40 5 000 400 80 300 0,40 32,2 1,00
СК5-40Н 5000 400 80 300 0,42 31,8 1,04
СК5-50 5000 500 80 300 0,53 37,9 1,83
СК5-50Н 5 000 500 80 300 0,56 37,0 1.41
СК5-60 5 000 600 100 300 0,79 47,0 1,98
СК5-60Н 5000 600 100 300 0,85 45.6 2.12
СК5-80 5000 800 100 400 1,10 76,7 2.75
СК5-Я0Н 5 000 800 100 400 1,23 65,3 3,08
СК6-40 6 000 400 80 300 0,48 37.0 1,20
СК6-40Н 6 000 400 «0 300 0,50 36,6 1,24
СК6-50 6000 500 80 300 0,63 43,1 1.58
СК6-50И 6 000 500 80 300 0,66 42,2 1,65
СК6-60 6 000 600 100 300 0,94 53,5 2,35
СК6-60Н 6 000 600 100 300 1,00 52,0 2,50
СК6-80 6 000 800 100 400 (.32 87,9 3,30
СК6-80Н 6 000 800 100 400 1,45 74,4 3,63
СК7-40 7 000 400 80 300 0,56 41,7 1,40
СК7-40Н 7 000 400 80 300 0,58 41,3 1,44
СК7-50 7 000 500 80 300 0,74 48,4 1,85
СК7-50Н 7 000 500 80 300 0,77 47,5 1,93
СК7-60 7 000 600 100 300 1,10 59,9 2,45
СК7-60Н 7 000 600 (00 300 1.16 57,5 2,90
СК7-80 7 000 800 100 400 1,54 98,9 3,85
СК7-80Н 7 000 800 100 400 1,67 83,4 4.78
СК8-40 8000 400 80 300 0,64 46,5 1.60
СК8-40Н 8 000 400 80 300 0,66 46.1 1,64
СК8-50 8 000 500 80 300 0,85 53,7 2.13
СК8-50Н 8 000 500 80 300 0,88 52,8 2.21
СК8-60 8 000 600 100 300 1,26 66,2 3,15
СК8-60Н 8 000 600 100 300 1,32 65.8 3.30
СК8-80 8 000 800 100 400 1,76 104,4 4,40
СК8-80Н 8 000 800 100 400 1,89 92,3 4,73
СК9-40 9 000 400 80 300 0.72 51,4 1,80
СК9-40Н 9 000 400 80 300 0,74 51,0 1,84
СК9-50 9 000 500 80 300 0.95 59,0 2,38
СК9-50Н 9000 500 80 300 0,98 58,1 2.46
СК9-60 9000 600 100 300 1.41 72,7 3,53
СК9-60Н 9 000 600 100 300 1,47 71,3 3,67
СК9-80 9 000 800 100 400 1,98 120,9 4,95
СК9-80Н 9 000 800 100 400 2,11 101,3 5.28
СК Ю-40 10 000 400 80 300 0.81 56.1 2,03
СКЮ-40Н 10 000 400 80 300 0,83 55,7 2,07
CKI0-50 10 000 500 80 300 1,06 64,2 2,65
Продолжение табл. 71
Марка сваи Основные размеры сваи, м Марка бетона Расход на спаю Масса 2сван. т
длина наружный диаметр толщина стенок бетон а, № арматура, кг
СКЮ-50Н 10 000 500 80 300 1,09 63,3 2,73
СК Ю-60 10 000 600 100 300 1,57 79,2 3,93
СК10-60Н 10 000 60Q 100 300 1,63 77,7 4,07
СКЮ-80 10 000 800 100 400 2,20 132.1 5,50
СКЮ-80Н 10 000 800 100 400 2,33 110,3 5,83
СК П-40 II 000 400 80 300 0,89 60.9 2.23
СКН-40Н II 000 400 80 300 0,91 60,5 2,27
СК Н-50 II 000 500 80 300 1,16 69.5 2,90
CKII-50H II 000 500 80 300 1,19 68,6 2.98
СКП-60 11 000 600 100 300 1.79 85,6 4.33
СКП-60Н II 000 600 100 300 1.79 84,2 4.47
СК Н-80 II 000 800 100 400 2,42 143,7 6,05
СК и-зон II 000 800 100 400 2,55 119,3 6,38
СК 12-40 12 000 400 80 300 0.97 165,6 2,43
CKI2-40H 12 000 400 80 300 1.27 65,2 2,47
СК 12-50 12 000 500 80 300 1.27 74,6 3,18
CKI2-50H 12 000 500 80 300 1.30 73,8 3,26
СК 12-60 12 000 600 100 300 1.89 92,0 4,73
СК12-60Н 12 000 600 100 300 1,95 95,6 4,87
СК 12-80 12 000 800 100 400 2,64 154,1 6,60
CKI2-80H 12 000 800 100 400 2,77 128,7 6,93
Примечен н.е С — свая 'сплошного ^квадратного сечения'.с ненапрягаемой про-
дольной арматурой; СН — свая сплошного сечоння с поперечным~армнрованвем ствола,
с напрягаемой продольной арматурой; СНп„ — то же. с напрягаемой проволочной арма-
турой; СК — сваи полые круглые.
На рнс. 78, 79, 80 показаны конструкции стыков составных
железобетонных свай. Элементы составных свай изготавливают
длиной 6... 10 м и 12... 14 м.
Ниже приводится расход стали, кг, для разных конструк-
ций стыков составных свай сечением, см:
30x30 35X35 40X10
Стаканный
Коробчатый
Спарной
Болтовой
Клеевой
......................................19.2 23,4 40,7
..................................... 26.1 35.4 45,6
..................................... 30,6 37,4 42.Я
......................................16,4 20.4 23,2
...................................... 1.9 — —
+ Как изготавливается стык стаканного типа?
Стык стаканного типа (см. рнс. 80, е) состоит из металличе-
ского стакана, жестко закрепленного на нижнем или промежу-
точном элементе. В этот стакан погружается стыкуемый эле-
мент. Концевой цилиндрический участок элемента, входящий
в стакан, выполнен с поперечным рифлением, причем его на-
ружный диаметр превышает внутренний диаметр металличе-
238
ТАБЛИЦА 72
Марка сваи- оболочки - Основные размеры сваи- оболочки. мы Марка бетона Расход бетона, м’ Расход армату- ры. кг Масса сван-обо- лочкн, т
длина наружный диаметр толщина стенок
C06-I00 6 000 1 000 120 400 1,99 136,0 4,98
С06-120 6 000 1 200 120 400 2,46 168,0 6,15
С06-160 6 000 1 600 120 400 3,37 268,0 8,43
С07-100 7000 1 000 120 400 2,32 153,0 5,80
С07-120 7 000 1 200 120 400 2,87 191,0 7,18
C07-I60 7 000 1 600 120 400 3,94 300,0 9,88
С08-100 8 000 1 000 120 400 2,65 169,6 6,63
С08-120 8 000 1 200 120 400 3,28 210,6 8,20
С08-160 8 000 1 600 120 400 4,49 332,4 11,23
С09-100 9 000 1 000 120 400 2,85 186,3 7,13
С09-120 9 000 1 200 120 400 3,69 231,0 9,23
С09-160 9 000 1 600 120 400 5,05 364,4 12,63
СО 10-100 10 000 1 000 120 400 3,33 203,2 8,33
СОЮ-120 10 000 1 200 120 400 4,07 251,4 10,25
СОЮ-160 10 000 1 600 120 400 5,61 369,6 14,03
С011-100 II 000 1 000 120 400 3,65 220,0 9,13
С011-120 II 000 1 200 120 400 4,50 272,0 11,25
C01I-I60 II 000 1 600 120 400 6,17 429,0 15,43
0)12-100 12 000 1 000 120 400 3,98 236,6 9,95
C012-I20 12 000 1 200 120 400 4,91 292,2 12,28
С012-160 12 000 I 600 120 400 5,73 468,5 16,83
ского стакана на 8 мм. При погружении верхнего элемента
в стакан рифление разрушается (скалывается, сминается) и
заклинивает элемент в стакане, что обеспечивает надежное со-
единение стыкуемых элементов, равнопрочное основному сече-
нию сваи при работе на сжатие и изгиб. Соединение элементов
осуществляется 3...5 ударами молота за 2...3 мии. Для обес-
печения целостности металлического стакана в него вставля-
ется (перед подъемом нижнего элемента на копер) металличе-
ский вкладыш, высота которого принимается на 150 мм больше
глубины стакана. По этому вкладышу и ударяет молот при
погружении нижнего или промежуточного элемента составной
сваи.
В качестве антикоррозионной защиты стыков стаканного
типа рекомендуются: битумно-резиновые покрытия марки МБР,
армированные 4... 5 слоями стекломатериалов; битумно-поли-
мерные герметики, также армированные 4.. .5 слоями стекло-
материалов; окраска очищенных поверхностей 5 слоями поли-
хлорвиниловых или сополимерных эмалей; горячее оцинковы-
вание слоем 40... 50 мкм.
Для выполнения элементов составных свай с напрягаемой
проволочной арматурой применяется опалубка, состоящая из
239
1600_
120 {20.
Рис. 77. Цельная свая-оболочка 0 160 см
Рис. 78. Стыковые соединения оболочек
а — фланцево-болтовое; б — со стальными втулками на эпоксидном клее: о — штеп-
сельный стык; / — резьбовые шпильки: 2 — верхняя секция; 3 — дополнительный каркас;
4 — коробчатый фланец; б—пластина; 6 — дополнительные кольца; 7 —основной кар-
кас; в — ннжняк секция; S — кольцо жесткости; Ю — стальная втулка; И — стакан из
гофрированного железа; /2 — цементно-песчаный раствор омонолнчнвання: 13 — пере-
ходная арматура; 14 — дно стакана; 15 — коротыши
Рис. 79. Конструкции стыковых соединений сплошных свай квадратного се-
чения
а — на болтах: t — болт; 2 — шайба пружинная; 3 — гайка; б — с клиновидными шты-
ряив: 1 — штырь; 2 — клин; 3 — отверстие для установки штыря; в — с металлическими
обоймами: t — верхняя обойма; 2 — нижняя обойма; г —с металлнчсскнии накладками:
/ — обрамляющие уголки с анкерами; 2 — накладки; 3 — сварной шов; д —
с обвариваемыми торцевыми пластинами: / — торцевые пластины; 2 — сварной шоп; е —
стаканного типа: /—труба стаканного стыка с анкерами; 2 — цилиндрическая рифле-
ная часть концевого участка спаи
короба, разъемной трубчатой обечайки, разделительных пла-
стин и диафрагмы, которые имеют отверстия для пропуска на-
прягаемой арматуры (см. рис. 80).
ф Как осуществляется транспортирование свай на объект
строительства и их складирование?
Готовые сваи или элементы составных свай доставляют на
объект строительства автомобильным транспортом. Характери-
стика автотранспортных средств, применяемых для перевозки
железобетонных свай, приведена в табл. 73.
241
Рис. 80. Конструкция опалубки для изготовления верхних (промежуточных)
элементов составных свай со стыком стаканного типа
I — металлический короб; 2 — элемент составное сван: 3 — натяжное устройство (дли
предварительно напряженных свай); 4. 5 — соответственно верхняя н нижняя части
разъемной трубчатой обечайки с внутренней нарезкой; б —торцевая пластина с круг-
лым отверстием; 7 — торцевая сплошная пластина; в —диафрагма с круглым отверстием
и отверстиями для пропуска арматуры; 9—кольцо, обрамляющее отверстие диафрагмы;
10—торцевая пластина с отверстиями для пропуска арматуры: // — рабочая арматура
В пределах акватории свайные элементы следует транспор-
тировать на палубных баржах или плашкоутах, имеющих не-
обходимую плавучесть и остойчивость. При наличии плавучих
кранов грузоподъемностью, превышающей в 1,5 раза массу
свайного элемента, допускается транспортировать свайный эле-
мент на крюке крана в вертикальном положении. Стальные
трубчатые сваи и железобетонные сваи-оболочки диаметром
1,6 м и более разрешается транспортировать на плаву в гори-
зонтальном положении с водонепроницаемыми заглушками на
торцах.
Складируются железобетонные сваи на площадке объекта
в штабеля на деревянных подкладках головами н одну сторону.
Подкладки размещаются под монтажными петлями свай; для
сохранности петель толщина подкладок должна быть на 2 см
242
ТАБЛИЦА 73
Марки автотран- спортных средств S 1. С ° Л - и Габарит платформы (длина X ширина X X высота), м Длина сваи, м Число перевози- мых свай * Масса сван, кг Коэффнцнет использова- ния грузо- подъмных транспортных средств
Бортовые автомобили
ЗИЛ-131 3 3840X 2322X 355 3 10 300 1,00
УРАЛ-355М 3,5 3540X 2069X 578 3 10 300 0.92
ЗИЛ-164 4 3540X 2250X 583 3 13 300 0,97
ЗИЛ-130 4 3756X 2320X 588 3 13 300 0,97
КАЗ-605 5 4200X 2250X 355 4 8 600 0,96
МАЗ-200Г 7 4500X 2290X 930 4 II 600 0,94
ЯАЗ-219 12 5770X 2480X 825 5 16 750 1,00
ЯАЗ-210 12 5700X2515X450 5 16 750 1,00
ММЗ-584
ЗИЛ-120Н
Полуприцепы и тягачи
7 I 6300X 2300X 600 I 6 I 5 I 1300
Полуприцеп-платформа системы Минстроя БССР
МАЗ-200В
МАЗ-5215Б,
МАЗ-200В,
МАЗ-5203,
Я АЗ-2 ЮГ
11,5 1200X 2650X160 Ю
12,5 7530X 2480X645 7
5 2200
8 1500
0.93
0,93
0,96
* Сван сплошного сечеиня 20x20, 25x25, 30x30 см.
больше высоты петли и ширина не меньше 15 см. Подкладки
и прокладки для круглых свай и свай-оболочек должны иметь
выкружки того же радиуса. Количество рядов свай в штабелях
по высоте должно быть не более: четырех — для призматиче-
ских и полых круглых свай диаметром до 0,6 м и прямоуголь-
ного шпунта; двух — для полых круглых свай диаметром 0,6...
0,8 м, таврового шпунта и свай-оболочек диаметром 1,2 м; од-
ного— для свай-оболочек диаметром 1,2 м и более.
При работе в котловане, а также в стесненных условиях
строительства используют способ «с колес», т. е. кран работает
в комплексе со сваебойным агрегатом. В данном случае сваи
следует складировать в горизонтальном положении головами
к копру в один ряд. Все сваи нумеруют масляной краской.
ф Какие существуют металлические сваи?
Трубчатые сваи выполняют из стандартных цельнотянутых
стальных труб, соединяемых муфтами нли на сварке. Стальные
трубы диаметром до 40 см забивают, как правило, с закрытым
243
концом (с наконечником) с последующим заполнением полости
бетоном. В отдельных конструкциях полость стальной трубы
оставляют незаполненной.
Стальные трубчатые свайные элементы, поступающие на
строительство в готовом виде или изготавливаемые на месте
работ, не должны иметь вмятин и трещин. Наибольшая допус-
каемая кривизна сваи не должна превышать 1:200 ее длины.
Наконечник изготавливают шестигвосьм игр энным длиной
1... 1,5 диаметра трубы из стали толщиной, равной толщине
стенки трубы, и приваривают к последней по всему контуру.
Для труб диаметром более 30 см с внутренней стороны нако-
нечника ставят ребра жесткости.
Несовпадение окружностей торцов стыкуемых труб в плос-
кости стыка не должно превышать 2 мм для свай диаметром
до 80 см н 3 мм для свай диаметром более 80 см. Местные не-
ровности на торцевой поверхности труб не должны быть больше
2 мм, наклон верхней торцевой плоскости к оси свайного эле-
мента — 0,3 %.
Стальные сваи могут быть изготовлены и из прокатных про-
филей в виде обычных и широкополочных двутавров. Такие
сваи применяют в тяжелых грунтовых условиях при наличии
камней и скальных прослоек. У двутавровых свай концы не
заостряют. Их наращивают сваркой впритык или с примене-
нием накладок.
ф Какие применяются виды шпунтов и каково их назначение
в строительстве?
Железобетонный шпунт находит все большее применение
в гидротехническом речном и морском строительстве для при-
чальных и оградительных сооружений, а также берегоукрепле-
ния. Используют плоские, тавровые, широкоианельные и ци-
линдрические шпунты. Высота ссчеиия и длина шпунтин опре-
деляется в зависимости от условий строительства.
Плоский шпунт применяется в речных условиях при устрой-
стве набережных небольшой высоты. В морских условиях плос-
кий шпунт используют для сооружения портовых набережных
с глубинами у причала до 10 м с устройством каменных раз-
грузочных призм и щебеночных контрфильтров, что уменьшает
давление на стенки и фильтрацию. Общий вид больверка из
плоского шпунта (табл. 74) показан на рис. 81.
В речных условиях применяют также тавровый и широко-
паисльный шпунты (табл. 74). Особенностью этих типов шпун-
тов является отсутствие распределительных поясов. В отсчест-
ственной практике используют стальной шпунт из углеродистой
стали марок Ст. 3, Ст. 4 и Ст. 5 с гарантированными верхними
пределами содержания углерода, серы и фосфора. Для суровых
244
ТАБЛИЦА 74
Высота сечения шпунта h. см Площадь сечен ин напрягаемой арматуры. см: Приведенный момент инерции /п. СМ- Расчетный изгибающий момент, иосппииныасмый сечением. кН-м (1 к!1-м =0.1 тс-м)
по прочности по трещнностойкостн
в полке в ребре в полке «п в ребре «р и полке «п в ребре МР
40 34,4 14.7 368 000 235 215 180 140
50 43,1 18.5 734 000 390 340 350 190
60 43.1 18,5 1 246 000 560 435 480 250
70 56.3 24.1 2 031 000 800 640 740 365
80 56,3 24,1 2 958 000 I 020 765 860 425
90 56,3 24,1 4 109 000 1 260 835 1 020 485
климатических условий применяют шпунт нз низколегирован-
ной стали.
Стальной плоский шпунт марок ШП-1, ШП-2 (рис. 82, а и б)
применяется для ячеистых конструкций. Изгибающий момент,
который воспринимает I м длины стенки из шпунта ШП-1 при
напряжении 160 МПа, составляет 29 кН-м, а шпунта ШП-2 —
22,5 кН • м.
Для шпунтовых свай плоских профилей ШП-1 и ШП-2 сле-
дует производить испытание замков на прочность. При этом
разрывное усилие на 1 см длины замка (кН/см) из следующих
сталей должно быть:
ШП-1 ШП-2
Ст. 3 .............................. 25 12
Ст. 4 ........................... 30 13
Ст. 5 ........................... 35 16,5
15ХСДН .......................... 35 16,5
Для испытания замков шпунтовых свай плоских профилей
ШП-1 и ШП-2 на прочность из каждой партии от разных свай
отрезаются два поперечных образца (темплета) длиной по
7 см. Затем образцы каждой из свай разрезаются на две рав-
ные половины по продольной оси, соединяются в замок и испы-
тываются на растяжение на разрывной машине до момента
раскрытия замка. Прочность замка определяется величиной на-
грузки при его раскрытии, отнесенной к 1 см длины образца
(темплета).
В табл. 75 приведены основные характеристики бетонного
шпунта (бетон и М400) таврового и плоского сечений с пред-
варительно напряженной арматурой класса A-IIIB.
ф Какие стальные шпунты применяются для гидротехнических
сооружений?
246
12
Рис. 81. Причал типа больверк из плоского шпунта
/—/V — очередность обратных засыпок; 1 — шпунтовая стенка; 2 —отбойное устрой-
ство; 3— колесоотбойный брус; 4 — распределительная балка; 5 — анкерная тяга; S.
7— деревянные насадка н схватка; 8, 9 — железобетонная н деревянная сван; 10 —
обратный фильтр; II, 12 — соответственно щебеночная н каменная призмы
Рис. 82. Профили проката стального шпунта
а —шпунтовая свая ШП-1 (плоский): б —шпунтован свая ШП-2 (плоский); а — шпун-
товая свая ШК-1 (корытный); а —шпунтован свая ШК-2 (корытный); б —шпунтовая
свая ШД-3 (Z-образиый); е, ж — корытный типа «Ларсен: з — Z-обраэный типа «Лар-
сен»
ТАБЛИЦА 75
Тил шпунта я марка
Поперечное сечение
Ширина, м
Высота
сечення, м
Длина, м
Изгибающий момент
в пролете (на одну
шлунтняу)
по трещнностойко-
стн, кН-м
Плоский напряжен- I
лый ШП
0.5
0,5
0,25 5 ... 17 49 ... 76
0,35 До 18 80... 168
То же
Гребень из стальной полосы 0,01X0,2 м
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,25 9 . . 12 50 . . 70
0,30 10. . 19 75 . . 90
0,35 14 . . 21 90. . 150
0,40 15 . .22 120 . . 190
0,45 16 . . 24 150 . . 210
Замки из стальных уголков
Тавровый напряжен-
ный ШТ и ШТБ
1.57
1,57
1.57
1,57
0,40 5. . 13 220
0,50 8 . . 14 350
0,60 8 . . 17 550
0,70 9 . . 20 800
Тип шпунта и марка
Поперечное сечение
Тавровый напряжен-
ный П-НБ
Тавровый ненапря-
женный П-ОБ
Широкопанельный
Продолжение табл. 75
Шарика, м Высота сечения, и Длина И Изгибающий момент в пролете (иа одну шпунтину) по трещиностой* кости, кН-м
1,58 0,80 10 . . . 14 210 .. . 1030
1,58 1,00 14 . . . 20 1400 . . . 1590
1,58 1,20 16. . . 22 1870 . . . 2130
1,58 1,40 18 . . . 22 2360 ... 2680
1,58 1,60 20 . . . 24 2870 . . . 3230
1,58 0,50 6. . . 8 130 ... 270
1,58 0,80 6 . . . 9 310 .. . 500
1,58 1,00 7 . . . 10 500 .. . 780
1,58 1,20 9. . . 11 600 .. . 1000
3,14 0,40 5. . . 11 440
3,14 0,50 8. . . 14 700
3,14 0,60 8 . . . 17 ЛОО
3,14 0,70 9. . . 16 1600
3,14 0,80 9 . . . 14 2000
ТАБЛИЦА 76
Условное обозначение профиля Площадь поперечного сечения F, см* Масса 6, кг Момент инерции /. см* Момент сопро- тивления W, см’
ШП-1 82/206 64/162 332/960 73/188
ШП-2 39 30/150 80/482 28/166
ШК-1 64/160 50/125 730/1830 114/285
ШК-2 74 58 2243/10420 260/843
Примечания: I. В числителе дробеЛ приводятся значения F. I. UZ для стально-
го шпунта 8.. .22 м. в знаменателе — для I м стенки. 2. В графе «Масса «О» п числите-
ле дроби показана масса I м шпунта, н знаменателе— I м’ стенки.
Для устройства противофильтрационных завес предназна-
чается стальной шпунт корытного профиля типов ШК-1 и
ШК-2 (рис. 82, виг, табл. 76). Стенка длиной 1 м из шпунта
ШК-1 воспринимает изгибающий момент 45,5 кН-м.
Для устройства подпорных стенок и причальных сооруже-
ний выпускаются стальные шпунты зетового профиля типов
ШД-З и ШД-5 (рис. 82, д, з). Некоторые данные таких шпун-
тов приведены в табл. 77. Стейка длиной 1 м из шпунта ШД-З
и ШД-5 воспринимает при напряжениях 160 МПа изгибающий
момент, соответственно равный 252 и 503 кН-м.
Техническая характеристика стального шпунта типа Ларсен
(рис. 82, е, ж), который по своим техническим показателям
близок к зетовому стальному шпунту, а по форме к корыт-
ному, приведена в табл. 77.
Шпунт типа Ларсен прокатывается длиной 7...22 м. Мо-
мент инерции шпунта Л-IV— 4660 см4, 1 м стенки—39600 см4,
момент сопротивления соответственно 405 и 2200 смэ. Момент
инерции шпунта типа Л-V— 6243 см4, 1 м стенки — 50 943 см4,
момент сопротивления соответственно 461 и 2962 см3, стейка
длиной 1 м из шпунта Л-IV и Л-V воспринимает изгибающий
момент соответственно 352 и 474 кН • м.
ТАБЛИЦА 77
Условное обозначенне профиля Высота профиля Н, мм Толщина стенки d. мм Толщина полки dt. мм Площадь поперечного сечення F. смя
ШД-З 240 9 10 78/195,3
ШД-5 320 12 14 119/298
Ларсен: Л-IV 204,5 14,8 12 94,3
Л-V 196 21 15 127,6
249
Продолжение табл. 77
(Условной обоаначеиие (профиля Масса 6, кг .Момент инерции. см1 Момент сопротивления, см1
шд-з 61/153.3 7600/19000 630/1575
ЩД-5 93/232 20100/50250 1256/3140
Ларсен: Л-IV 72,5/185 4660/39600 405/2200
Л-V 98,0/238 6243/50943 461/2962
Примечания. 1. В числителе дробей приводятся значения F, I. U7 дли стиль-
ного шпунта длиной 8_25 м. а знаменателе — для 1 м стенки. 2. В графе «Масса» п чи-
слителе дроби показана масса 1 м шпунта, и знаменателе — I м- стенки.
ф От чего зависит выбор способа погружения свай и соай-обо-
лочек?
Способ производства работ выбирают в зависимости от кон-
струкции фундамента и свай, грунтовых и других условий, воз-
можностей энергоснабжения и технической оснащенности строи-
ТАБЛИЦА 78
Грунты Глубина погружения в грунт, ы Забивка молотами Забивка вибромоло- тами без подмыва Заглубле- ние вибро- погружа- телями Заглубление в ли- дерные скважины
без под- мыва с подмы- вом без под- мыва с подмы- вом
Водонасыщеиные рыхлые До 10 + —-
песчаные 10 и более + — -1- — —
Тскучепластичпые и мягко- пл истинные связные 10 и более i- — — -I- — —
Воды 1асыщен н ые средней До 10 — -1- 4* ч- — —
плотности н плотные песча- ные 10 и более — 1- — I- —
Связные тугопластичные и До 10 -1- — + — — —
полутвердые 10 и более -1- — 4- — — +
Г равийно-галечннковые До Ю I- + Ч- 1- — —
Все грунты с включением скальных прослоек, валу- нов или затопленных пред- метов Независимо от глубины +
Пластично-мерзлые До 10 т — + — — —
10 и более — — — — — +
Твердомерзлые Независимо от глубины — — — ч-
Условные обозначении 4- рекомендуется. — не рекомендуется
250
тельства. Для строительства на акватории следует учитывать
глубину водоема, скорость течения, размываемость грунтов и
другие факторы. Рекомендуемые способы погружения свай и
свай-оболочек приведены в табл. 78. Погружение свай ниже
уровня воды осуществляют с помощью подбабка.
ф Когда необходимо применение лидерных скважин?
В случае сезонного промерзания грунта забипка призмати-
ческих свай может производиться при условии, что глубина
промерзания ие превышает 0,5 м. При больших глубинах про-
мерзания грунта необходимы мероприятия по облегчению по-
гружения свай. Один из способов — применение лидерных сква-
жин (рис. 83, 84).
Диаметры лидерных скважин при погружении свай через
сезонно-мерзлый грунт должны быть: для призматических
свай — ис более диагонали и не менее стороны поперечного се-
чения; для трубчатых свай — нс менее диаметра сваи.
Лидерные скважины применяются при забивке свай около
существующих зданий, а также в набухающих и просадочных
грунтах, где их глубина не должна превышать 0,9 длины за-
биваемой сваи.
ф Какие агрегаты применяют для погружения свай?
Для забивки металлического шпунта, пустотелых стальных
труб с открытым концом и других стальных элементов с малой
поперечной площадью сечения в песчаные грунты целесооб-
разно применять механические молоты двойного действия, виб-
ромолоты и вибропогружатели.
Тип вибропогружателя в зависимости от грунтов и глубины
погружения (до 15 м/более 15 м) подбирают по отношению
а=0,1 Ko/Qb, (где Ко—момент эксцентриков, кН-см; QB — сум-
марная масса сваи или сваи-оболочки, наголовника и вибро-
погружателя, кг). Величина этого отношения при применении
вибропогружателей с частотой вращения дебалансов 300...
500 об. в 1 мнн должна быть ие меньше приведенной ниже:
Значения а. см
Легкие грунты 0,8/1,0
Средние > 1,1/1,3
Тяжелые » 1,3/1,6
Легкими грунтами являются водоиасышенные пески малой
плотности (особенно мелкие), илы, торф, плывуны, мягко- и
текучепластичные глинистые грунты малой плотности с коэф-
фициентом пористости более 0,7... 1,0, погружение в которые
ие требует извлечения грунта из внутренней полости свай-обо-
лочек.
251
Рис. 83. Бурение лидерных скважии в сезошюмсрзлых и многолетиемерзлых
грунтах
/—/// —механическое; IV—V — термическое; V7 —азрыоное
Рис. 84. Лидеры-желонки для проходки скпажии п ссзониомерзлых грунтах
глубиной до 3 м
/ — трубчатая; 2 — для работы с вибромолотом; 3 — для работы с диэель-молотом; 4 —
для пробивки скважин квадратного сечения
К средним грунтам относятся влажные пески н супеси, туго-
и мягкопластичные суглинки и глины с включениями гальки
и гравия до 20 %, которые требуют периодического подмыва
или извлечения грунта из внутренней полости свай-оболочек
в ограниченном объеме (без подборки или подмыва ниже
ножа).
Тяжелыми грунтами, извлекаемыми из полости сваи-обо-
лочки с подборкой ниже ножа или сильным подмывом, явля-
ются гравийные грунты, гравелистые пески, глинистые твердые
и полутвердые грунты малой влажности, в том числе с включе-
ниями гравия и гальки свыше 20 %.
Необходимо, чтобы возмущающая сила вибропогружателя
превосходила не менее чем в 1,5 раза суммарную массу свай-
ного элемента наголовника и вибропогружателя.
Тип вибропогружателя для железобетонных свай и свай-
оболочек выбирают, руководствуясь данными табл. 79.
Для заглубления оболочек в рыхлые, несвязанные, текуче-
пластичные и мягкопластичные глинистые грунты применяют
вибропогружатели с частотой колебания 500... 600 в 1 мин;
для заглубления в плотные грунты, особенно в тугопластичные
глины — 300... 600 в 1 мин.
2БЗ
ТА Б.
Типы погружае- мых свай Размеры поперечных сечений свай и свай-оболочек, м Грунт Глубина погру- жения. и Рекомендуемые марки вибропогружа- телей
Квадратного сечения До 0,35X0,35 Легкий Средний До 15 СП-42Б СП-42Б ВП-ЗМ
Легкий Средний Более 15 СП-42Б ВП-ЗМ
До 0,45X0,45 Легкий Средний Более 15 В1-722 ВП-ЗМ ВРП-30/120
Круглые полые 0 0,4 . . . 0,6 Легкий Средний До 15 В1-722 СП-42Б ВП-ЗМ
Легкий Средний Более 15 ВП-ЗМ ВРП-30/120
0 0,8 . . . 1,2 Легкий Средний До 15 В1-722 СП-42Б ВП-ЗМ ВП-ЗМ ВРП-30/120
ЛИЦА 79
А ой о о ° 6 *х
1И 3 л в Зх с.3 ‘§5 В с 1 xS »5
X о ‘-® X X X X я о g g а X§S* Стати mi мент м цептрп кН-см Иг 3 « 0 я сила.к Масса гружа! кг Лмпли лебанп саек).
60 93 420 250 4 560 20,4
60 93 420 250 4 560 20,4
100 263 406 445 7 200 36,2
60 96 420 250 4 560 20,4
100 263 408 445 7 200 50
120 224 437 480 8 000 36
100 263 408 445 7 500 50
2X60 0 ... 330 300 . . 513 До 960 10 200 —
120 224 437 480 8 000 36
60 93 420 250 4 560 20,4
100 263 408 445 7 200 50
100 263 408 445 7 200 50
2X60 0... 330 300. . 513 До 960 10 200 —
120 290 556 620 8 000 36
60 93 420 250 4 500 20,4
100 263 408 445 7 200 50
100 263 408 445 7 200 50
2X60 0... 330 300 . . 513 До 960 10 200 36,2
Типы погружае- мых свей Размеры поперечных гечеявй свай н свай-оболочек, м Грунт Глубина погру- жения. м Рекомендуемые марки вибропогружа- телей Номинальная мощность элект- родвигателей кВт Статический мо- мент массы экс- центриков й0. кН-см Частота враще- ния дебалансоа л . об/мин Возмущающая сила, кН О с с V X я я и с S гружателя QM> кг Амплитуда ко- лебаний (без сваи), мм
а» 3 Ч и 0 0,8... 1,2 Легкий ВП-ЗМ 100 263 408 445 7 200 50
>•4 Средний Более 15 ВРП-30/120 2X60 0 ... 330 300 .. . 513 До 960 10 200
* с ВУ-1,6 2X75 345 498 950 11 000 31.0
0 1,6 Легкий ВП-ЗМ 100 263 408 445 7 200 50
До 15 ВРП-30/120 2X60 0 ... 330 300 ... 513 До 960 10 200
Средний ВУ-1,6 2X75 345 498 950 11 000 31,0
ВРП-30/120 2X60 263 498 До 960 10 200
ВУ-1.6 2X75 345 300 ... 513 950 11 000 31,0
Легкий ВУ-1.6 2X75 345 498 950 11 000 31,0
Средний Более 15 ВП-170М 200 500 475 1250 12 500 32,6
ВРП-60/200 2X100 600 300 .. . 460 До 1700 15 000 —
0 2 Легкий ВП-170М 200 500 475 1250 12 500 50
До 15 ВРП-60/200 2X100 600 300 .. . 460 До 1700 15 000
Средний ВП-170М 200 500 475 1250 12 500 50
X X ВРП-60/200 2X100 600 300 .. . 460 До 1700 15 000 -
о Легкий Более 15 ВП-170М 200 500 475 1250 15 000 50
1 ВРП-60/200 2X100 600 300 ... 460 До 1700 12 500 —
о Средний ВРП-60/200 2X100 600 300 ... 460 | До 1700 15 000 —
ГС в 0 3 Легкий, Более 15 ВУ-3 2X200 994 500 3100 27 600
и средний
Примечания. 1. Приведенные в таблице вибропогружатели расположены в порядке возрастания погружающей способности.
2. Вибропогружатели ВУ-1,6, ВРП-60/120 и ВУ-3 имеют проходные отверстия для извлечения грунта из оболочек без снятия вибропогру-
жателя. 3. Вибропогружатели ВП-170М допускают взаимную механическую синхронизацию при попарной установке нх на оболочках.
ф В каких случаях производится извлечение грунта из полости
сваи?
Грунт из полости сваи-оболочки следует извлекать при сни-
жении скорости се погружения до 2... 5 см/мин. О возможно-
сти дальнейшего погружения сваи-оболочки без выемки грунта
или подмыва можно судить по величине амплитуды колебаний
оболочки. Если амплитуда колебаний становится равной 5 мм,
погружение не будет происходить. В этом случае нужно приме-
нять подмыв или выемку грунта нз полости сван-оболочки,
а в вибропогружателях ВРП с регулируемыми параметрами
увеличивать статический момент дебалансов и скорость их
вращения, повышая потребляемую мощность до номи-
нальной.
Режим вибропогружения устанавливается залогами дли-
тельностью до 3 мин с перерывами по 3...5 мин, необходи-
мыми по условиям работы вибропогружателя для остывания
ротора и статора электродвигателя, для осмотра оболочки,
подтяжки гаек крепления и производства замеров.
♦ Как крепится вибропогружатель к сваям и сваям-обо-
лочкам?
Крепление вибропогружателя к свайным элементам должно
быть жестким, соосным и обеспечивать установку и снятие его
с погружаемого элемента в кратчайший срок.
К голове сваи-оболочки вибропогружатель прикрепляют
с помощью наголовников. Последние соединяют с фланцем обо-
лочки болтами или шпильками, приваренными к обечайкам
верхнего фланца сваи-оболочки. Применяют и автоматические
наголовники, которые имеют прижимные колодки с электриче-
ским приводом, и самозаклинивающиеся.
Для обеспечения плотного контакта головы свайного эле-
мента с вибропогружателем и во избежание ее разрушения при
значительных неровностях плоскости фланца или отсутствии
этого фланца по всей площади опирания вибратора перед уста-
новкой вибропогружателя делают прокладку из прессованного
войлока толщиной не более 1 см.
Предварительную затяжку гаек фланцевоболтового соеди-
нения производят равномерно в несколько проходов по всей
окружности накидными ключами с длиной рычага не менее
1 м. После этого включают на 10... 15 с вибропогружатель. За-
тем производят окончательную затяжку гаек с постановкой
контргаек.
Пульт управления вибропогружателя следует подключать
к шинам низкого напряжения понизительной подстанции от-
дельным кабелем, падение напряжения в котором не должно
быть более 20 В при номинальном напряжении 380 В. Жела-
256
ТАБЛИЦА 80
Серия электродвигателя Мощ- ность. кВт Марка кабеля Сечение кабеля, мм
МТВ-612-10 60 ШРПС 50 . . . 70
ВМТ-6 (впбростойкпй) 60 ! 11 РИС 50 . . . 70
MTB-7II-I0 100 ШРПС 70 . . .95
13МТ-7 (оибростойкий) 100 ШРПС 70 . . 95
AK-101-8M 75 ШРПС 70
АК-103-10 100 ШРПС 70 . . . 95
Л К- П 2-8 160 ШРПТ 95 . . . 120
ЛК-113-6 240 ШРПТ 185 . . . 240
тельно, чтобы расстояние от подстанции до пульта управления
не превышало 100 м.
Длина шланговых кабелей от пульта управления до места
подсоединения к электродвигателю вибропогружателя не дол-
жна превышать 50 м.
Сечения и марки силовых элсктрокабелей вибропогружате-
лей различных мощностей приведены в табл. 80.
Желательно, чтобы кабель, питающий электродвигатель, нс
имел соединений; в случае необходимости сращивание следует
выполнять горячей пайкой. При этом сопротивление изоляции
соединения кабелей должно быть не ниже 10 кОм на I В рабо-
чего напряжения.
В местах контакта кабеля с корпусом вибропогружателя
следует защищать кабель от перетирания трубкой из резины
или другого материала. Для предупреждения обрыва концов
кабелей в местах присоедииеиия к электродвигателю надо под-
вязывать их в виде петли, исключая передачу веса кабеля на
соединение.
таблица 81
Серия электро- да нгатсля Пусковое время (ПВ). *. от времени непрерывной работы Нагрузка, % от номи- нала Допустимое время непрерывно Л работы, мян
100 10
МТБ 25 но 7
120 5
100 20
АК 100 НО 10
120 <>
257
о)
-мА
A-А
4)
Рис. 85. Типы наголовников
а — литой для железобетонной сваи сечением 400X400; б — для штангового молота для
сваП сечением 300x300: / — направляющая стрелы; 2—кронштейн; 3— ребра жестко-
сти; 4 — корпус; 5 — ударная часть молота; 6 — направляющие окрыляй; 7 — головка
сваи; 8 — монтажная проушина; а — соарноЛ для железобетонной сван сеченном 350x350
Мощность полстанции или передвижной электростанции, об-
служивающей вибропогружатели с двигателями с фазным ро-
тором, должна быть в 1,5 раза больше номинальной мощности
установленных двигателей.
Запрещается работать вибропогружателями, не имеющими
на пульте управления вольтметра и амперметра на каждой
фазе. Напряжения на трех фазах пульта управления при ра-
боте вибропогружателя не должны отличаться более чем на
5%. В противном случае вибропогружатель до устранения при-
чины асимметрии напряжений в сети следует выключить.
Продолжительность непрерывной работы вибропогружате-
лей с вибростойкнми двигателями серин ВМТ-6 и ВМТ-7 во
нссх случаях погружения свайных элементов при нагрузках до
125% от номинальной должна быть не более 20 мни, а при
номинальной — 30 мин. Допустимое время непрерывной работы
вибропогружателей с двигателями общепромышленной серии
показано в табл. 81. После каждого периода непрерывной ра-
боты вибропогружатель останавливают на 5... 10 мин в зависи-
мости от температуры окружающего воздуха для охлаждения.
259
ТАБЛ
Показатель Низкоча
ВП-1 ВП-ЗМ ВУ-1.С ВУ-3
Электродви гател ь: тип ВМТ-6 МТВ-711-10 АК-Ю1-8М ЛК-ПЗ-8М
минимальная мощ- 60 или ВМТ-7 100 75,2 220,2
ность, кВт частота вращения, 580 580 735 730
МИИ 1 Число электродвигателей 1 1 2 2
Вынуждающая сила, кН 190 440 960 2 800,
Частота вращения деба- 420 408 498 3 400 500, 550
лапсов, мин 1 Момент дебалансов, кН X 93 236 345 994
X см Число дебалаисиых валов 4 4 4 6
Масса вибропогружателя 4 500 7500 11 600 27 600
с электродвигателем, кг, ие более В том числе прнгруза
Габаритные размеры, мм: длина 1 300 1 560 2 620 5 150
ширина 860 1 540 2 700 4 420
высота 1 650 2 130 1 850 2 480
Примечание. Низкочастотные вибропогружатели ВП-160 допускает увеличение
ф Как предохранить головы свай от разрушения?
Дли защиты головы сваи от разрушения при сс забивке,
а также для удержания сваи в начальный момент забивки
в стрелах копра на голову сваи надевают наголовник. Он дол-
жен центрально воспринимать удары молота и равномерно пе-
редавать усилие от удара по площади головы сваи. Наголов-
ники изготавливают двух типов — сварные и литые (рис. 85).
Литой наголовник значительно прочнее сварного и имеет боль-
ший срок службы.
ф Когда применяют высокочастотные или низкочастотные виб-
ропогружатели?
Вибропогружатели высокочастотные (с частотой колебаний
вибратора 700—1500 Гц) применяют в основном для погруже-
ния металлического или деревянного шпунта. Их технические
характеристики приведены в табл. 82.
260
ИЦА 82
стотные Высокочастот- ный ВПП-2Л
ВП-160 ВП-170М ВРП-30/120 ВРП-60/200
АК-Ю4-8М АК-ПЗ-8М ЛК-3-315-М2-6 ВМТ-7 или АК-102-8М ЛОП-83-6
160 200 132 100,2 40
735 730 970 735 960
1 1 1 2 1
1 020, 940, 0. . . 860 500... 1 820 250
1 250. 1 270,
1 600 1 700
404, 449 408. 550 300.. . 520 300.. . 520 1 500
505 475
352 510 0 ... 300 300.. . 600 10
8 8 4 4 4
11 200 12 400 7 200 13 000 2 200
— — — — 1 800
2 050 1 600 1 440 4 280 1 270
1 420 : 530 1 400 2 020 800
3 750 3 300 2 245 2 470 2 250
циклона вращении добалапсоп о 2 раза.
Вибропогружатели низкочастотные (с частотой колебаний
вибратора 300—500 Гц) применяют для погружения железобе-
тонных свай и свай-оболочек большой массы.
Отличительной особенностью конструкции ВПП-2А является
подрессориванис с помощью пружинного устройства иригрузоч-
ной плиты, на которой установлен электродвигатель. Благодаря
этому в значительной степени снижается вредное воздействие
вибрации на электродвигатель.
Наголовник служит для жесткой связи внбровозбудителя
с погружаемой шпуитиной. Шпунтину закрепляют в наголов-
нике путем прижатия клином се торца к нижней плите корпуса.
Вибропогружатели низкочастотные характеризуются боль-
шим статическим моментом эксцентриков, малой частотой ко-
лебаний и большой массой.
Вибропогружатель типа ВПП состоит из корпуса вибратора,
электродвигателя, наголовника, пульта управления. Внутри
корпуса расположены четыре дебалансиых вала, опирающихся
на сферические двухрядные роликоподшипники, смонтированные
261
иа боковых стенках корпуса. Электродвигатель с фазовым ро-
тором установлен на верхней плите корпуса и прикреплен к ней
болтами.
3. Определение несущей способности свай
и свай-оболочек. Производство работ
ф Какова необходимость проведения полевых испытаний свай
и испытания их при строительстве?
Полевые испытания свай выполняются на стадии проектно-
изыскательских работ с целью обоснования проекта фунда-
ментов, проверки возможности погружения свай, определения
зависимости размеров свай от нагрузок.
При строительстве полевые испытания свай проводят
с целью контроля несущей способности при расчетных нагруз-
ках, принятых в проекте свайного фундамента. Количество
свай, подлежащих полевым испытаниям, устанавливается и
обосновывается проектом. На строительной площадке испыты-
ваются: динамической нагрузкой — до 1% общего количества
свай па объекте, ио ие менее 5 шт.; статической вдавливающей
нагрузкой — до 0,5 % общего количества свай, но не менее
2 шт. Головы свай, предназначенные для динамических и ста-
тических испытаний, после нх погружения должны иметь ров-
ную поверхность без трещин, сколы допускаются глубиной не
более 20 мм. В зимних условиях грунт в месте испытания от-
таивают на всю глубину его промерзания в радиусе 1 м от
грани сваи.
ф В чем сущность метода испытания забивных свай динами-
ческой (ударной или вибрационной) нагрузкой?
Задачей динамических испытаний свай, погружаемых за-
бивкой или вибрацией, является определение их отказа при до-
бивкс несколькими последовательными ударами молота для
вычисления по этому отказу несущей способности свай.
Отказ сваи — средняя величина погружения в грунт забив-
ной сваи от одного удара молота (в залоге за 10 ударов), для
молотов двойного действия — величина погружения от ударов
молота за 2 мин непрерывной его работы, а при вибропогруже-
иии — величина погружения свай в грунт от работы вибропо-
гружателя за 2 мин. В конце забпвки, когда отказ сваи по
своей величине близок к расчетному, производят его измерение.
Измерение отказов следует производить с точностью до 1 мм
не менее чем по трем последовательным залогам иа послед-
нем метре погружения сваи. За отказ, соответствующий расчет-
ному, принимается минимальное значение средних величин от-
казов, подсчитанных раздельно для трех последних залогов.
262
6)
Насыпной, грунт кОч
Глина тугопластичная
Песок пылеватый
Глина тцгоппастичная =Q*E
Рис. 86. Графическое представление результатов статического (а, б) и дина-
мического (в, г) испытаний свай
и — графики зависимости осадки сваи от нагрузки Р; б — изменение осадки сваП во
времени (по ступеням нагрузки); в — геологический разрез; г — графики зависимости
количества удароп К н средник отказов с от глубины погружения
Свая, не давшая расчетного отказа, должна подвергнуться кон-
трольной добивке после «отдыха» (при песчаных грунтах —
3 сут, при глинистых грунтах — 6 сут, при мелкозернистых во-
донасыщенных песках — более 10 сут, при глинистых мягко- и
тскучепластичных грунтах — нс менее 20 сут).
В процессе испытания свай динамической нагрузкой ведется
журнал, а также оформляется график изменения отказов по
глубине (рис. 86, в, г).
Расчетный отказ для свай, погружаемых молотами или виб-
ропогружателями, ер определяется по формуле
е _________"F3P________^ч
е₽ (кРп/М + пПкРп/М Qn + <7 ’
где п — коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи, кН/м2:
263
деревянная:
с подбабком.............................. 784
без подбабка............................ 981
железобетонная с наголовником..............1470
стальная:
с деревянным подбабком...................1962
со стальным подбабком и наголовником 2943
с наголовником без подбабка ........... 4905
I'—площадь, ограниченная наружным контуром сплошного пли кольцевого
поперечного сечения ствола свайного элемента независимо от наличия нлн
отсутствия острия (для стальных трубчатых свай с открытым нижним концом
с приведенным диаметром более 40 см принимается площадь стального по-
перечного сечения), мг; 3,. — расчетная энергия удара (для молотов Эр=
= (<7+Qd)/ki); для вибропогружателей значение Эр принимается в зависимо-
сти от возмущающей силы, как показано ниже:
Возмущающая сила.
кН
Эквивалентная расчет-
ная энергия удара
вибропогружателя Эр,
кДж
Ki—Коэффициент (для железобетонных свай, погружаемых трубчатыми дп-
зель-молотами н молотами двойного действии, К|=6, молотами одиночного
действия и штанговыми дизель-молотами — К|=5, подвесными молотами —
Ki=3); к — коэффициент надежности но грунту; к—1,4; Ра — расчетная на-
грузка на сваю, указанная в проекте; М — коэффициент, при забивке сван
молотами ударного действия равный 1, а при вибропогружеини принимаемый
в зависимости от вила грунта под концом сван:
Значения М
Гравийный с песчаным заполнителем................... 1,3
Пески:
средней крупности и крупные .................... 1,2
средней плотности и супеси твердые мелкие
средней плотности............................... 1,1
пылеватые средней плотности .................... 1,0
Супеси пластичные, суглинки и глины твердые . . 0,9
Суглинки и глины:
полутвердые .................................... 0,8
тугопластичиые ................................. 0,7
Примечание. При плотных песках значение коэффициента М повы-
шается иа 60 %, при наличии материалов статического зондирования — на
100 %.
Qn — общая масса молота или вибропогружателя; q — масса сваи (включая
массу наголовника и подбабка); е — коэффициент восстановления удара (при
забивке железобетонных и стальных свай молотами с применением наголов-
ников с деревянным вкладышем принимают е*=0.2, а при использовании ви-
бропогружателей ег«0).
264
Организация---------------------
Пункт --------------------------
Объект -------------------------
Сооружение----------------------
ЖУРНАЛ ПОЛЕВОГО ИСПЫТАНИЯ СВАИ ДИНАМИЧЕСКОЙ
НАГРУЗКОЙ
Характеристика сваи:
Свая № ----------------------------
Вид сваи --------------------------
Материал сваи ---------------------
Дата изготовления сваи ------------
Дата забивки сваи -----------------
Сечение (диаметр) сваи иа верхнем и
нижнем концах ---------------------
---------------------------------см
Длина сваи (без острия)-------------
--------------------------------- м
Вес сваи ------------------------- т
Паспорт предприятия-изготовителя
Характеристика копра п молота:
Копер ----------------------------
Молот (тип)-----------------------
Общий вес молота т
Вес ударной части молота-------- т
Паспортная энергия удара молота
----------- кг-м
Паспортное количество ударов п ми-
нуту —
Вес наголовника-----------------т
Прокладка в наголовнике ----------
Способ измерении перемещений сваи
(отказомером, линейкой н др.)
Глубина заонвнн, м Количество удпрои на 1 м млн 10 см погружении Высота подъем и ударноЛ части молота, см Среди и Л отказ, см Количество удароп. затраченное с начала забивки Примечание
(последняя страница журнала)
Положение сваи после забивки
Состояние головы сваи после забивки:
Абсолютные отметки:
а) верха сваи------------------ м
б) поверхности грунта у сваи
------------------------------- м
в) низа сваи ------------------ м
Глубина забивки сваи ---------- м
Температура воды (при испытаниях
на акватории)------------------°C
Температура воздуха
265
Добивка
Дата Время «ОТДЫХА», мин Количество ударов Отказ, см Средн и Л отказ от одного удара, см
5
Способ измерения перемещений сваи
(откаэомером, линейкой или др.) -------------------------------
Температура воздуха -------- °C Температура волы (при испытаниях на
акватории) ----------------- °C
Ответственный исполнитель за испы-
тание (начальник полевого подразде-
ления) —
Представитель организации, забива-
ющей сваи ------------------------------
Сваю и сваю-оболочку следует погружать до получения про-
ектного отказа, достижения проектной отметки или слоя грунта,
в который должны быть погружены их нижние концы. Шпунт
должен погружаться до проектной отметки.
Ориентировочную величину несущей способности железобе-
тонных свай длиной от 5 до 20 м сечениями от 25x25 до 40Х
Х40 см в зависимости от остаточных отказов и типа молота
можно определять по табл. 83.
♦ В чем сущность метода испытания свай статическими осе-
выми вдавливающими нагрузками?
Задачей таких испытаний свай является установление несу-
щей способности последних. Схемы установок для испытания
свай статической вдавливающей нагрузкой показаны на рис. 87.
Глубина погружения анкерных свай ие должна превышать глу-
бину погружения испытываемой сваи. Количество анкерных
свай назначается в зависимости от заданной максимальной на-
грузки при испытании и определяется величиной надежного
предельного сопротивления анкерных свай выдергиванию. Рас-
стояние в осях от испытываемой сваи до анкерной пли до бли-
жайшей опоры грузовой платформы, а также до опор реперной
установки должно быть ие менее пяти наибольших размеров
поперечного сечения сван диаметром до 800 мм.
Измерение перемещения свай производится индикаторами,
прогибомерамн н другими приборами, которые имеют точность
не менее 0,1 мм, устанавливаемыми симметрично, ио не более
чем в 2 м от испытываемой сваи. Для прогибомеров использу-
ется стальная проволока диаметром 0,3 мм, которая должна
266
быть подвергнута предварительному растяжению 4-кнлограм-
мовым грузом в течение 2 сут. При испытании величина груза
на проволоке должна составлять 1,0... 1,5 кг.
Приборы, применяемые для измерения перемещения свай,
а также манометры должны быть препарированы.
Испытание статической вдавливающей нагрузкой забивных
свай начинают после отдыха, а набивных (буронабивных)
свай — после достижения бетоном проектной прочности.
Загружсние испытываемой сваи нагрузкой производится
ступенями, величина которых должна быть не более 1/10 за-
данной наибольшей нагрузки на сваю. На каждой ступени за-
гружения первый отсчет сразу после приложения нагрузки, за-
тем через каждые 15 мип делают последовательно 4 отсчета,
после этого 2 отсчета через 30 мин и далее — через каждый час
до затухания осадки (перемещения), именуемой условно ста-
билизированной. Эта осадка принимается не более 0,1 мм за
последний час наблюдения, если под нижним концом залегают
песчаные грунты илн глинистые грунты тугопластичной кон-
систенции; не более 0,1 мм за последние два часа наблюдения,
если под нижиим концом сваи залегают глинистые грунты от
мягкопластичной до текучей консистенции.
Нагрузку доводят до величины, вызывающей осадку ие ме-
нее 40 мм, кроме случаев заглубления иижиим концом в круп-
иообломочные грунты: плотные пески, а также глинистые
грунты твердой консистенции (в этих случаях нагрузка дово-
дится до полуторной величины несущей способности сваи). Раз-
грузку производят после достижения наибольшей нагрузки
также ступенями, равными удвоенным величинам ступеней за-
гружения. На каждой ступени разгрузки следует вести наблю-
дения через каждые 15 мин: после полной разгрузки отсчеты
снимают в течение 30 мин в песчаных грунтах п 60 мин —
в глинистых грунтах.
В процессе испытаний свай статическими осевыми вдавли-
вающими нагрузками должен вестись журнал испытаний. Ре-
зультаты испытаний оформляются (рис. 86, а, б) в виде графи-
ков зависимости осадки (перемещения) от нагрузки S=f(P) н
изменения осадки во времени по ступеням нагружения
Масштаб графиков по вертикали: в 1 см — 1 мм перемещения.
Если нагрузка при статическом испытании доведена до ве-
личины, при которой идет непрерывное возрастание осадки $,
то эта нагрузка принимается за частное значение предельного
сопротивления Fu испытываемой сваи. Для фундаментов зда-
ний н сооружений за Fu берут нагрузку, при которой свая по-
лучает осадку S=pSu, где Su предельное значение средней
осадки фундамента проектируемого здания или сооружения.
Коэффициент р принимают равным 0,2 для свай, под нижним
концом которых залегают песчаные или пылевато-глинистые
267
Тип молота X ~i X я Сечение гасчетная допускаемая нагрузка на сваю, кН, при остаточном отказе от одного удара СМ
и масса ударной части §8 сваи, см 0,2 0.3 | 0.4 0,5 0.6 0.7 0,8 0.9 1 1,1 1.2 1.3 1.4 1.Б
Дизельный С-996, 5 25X25 656 530 456 404 366 336 312 293 275 262 250 240 230 221
масса 1,8 т (трубча- 30X30 759 612 524 463 419 384 353 334 315 298 284 272 260 250
тый) 6 25X25 648 528 444 398 361 332 308 292 272 258 246 234 224 2)6
30X30 745 600 513 454 411 377 349 327 308 292 278 266 254 245
7 25X25 640 517 443 393 355 326 302 284 268 255 243 233 223 214
30X30 732 580 504 446 403 370 342 321 302 286 272 260 250 240
8 30X30 721 581 497 439 396 364 338 315 297 281 268 255 245 236
35X35 796 638 544 480 432 397 367 343 323 307 292 279 266 256
9 30X30 704 574 487 429 390 359 333 311 293 277 264 252 241 231
35X35 780 630 538 472 426 391 363 338 318 301 286 272 261 250
10 30X30 699 564 482 425 385 353 328 307 289 273 260 248 237 228
35X35 767 616 527 466 420 384 356 332 312 295 280 267 256 245
II 30X30 690 555 474 420 381 348 324 303 285 269 260 244 234 226
35X35 754 606 517 458 413 377 350 327 307 290 276 263 251 240
12 30X30 685 549 466 415 375 345 319 298 282 266 253 241 232 222
Дизельный С-1048, 6 30X30 1148 926 795 705 640 590 546 515 488 463 442 420 404 389
масса 3,5 т (трубча- 7 зохзо 1129 916 786 699 634 584 544 508 482 456 434 417 400 385
тый) 8 зохзо 1122 908 780 693 628 578 538 505 477 452 431 412 396 381
35X35 1270 1025 880 781 707 650 604 567 531 506 481 458 442 426
9 зохзо 1110 898 771 685 622 572 533 499 471 448 432 408 393 377
35X35 1254 1013 869 771 699 642 597 560 520 500 477 456 436 421
10 зохзо 1103 892 766 681 617 568 529 496 468 444 424 406 389 375
35X35 1239 1000 858 761 689 634 589 552 521 494 471 449 432 414
II зохзо 1093 884 760 675 612 563 524 492 464 44) 4)9 402 386 371
35X35 1227, 991 849 754 683 628 583 546 516 488 465 445 426 410
12 зохзо 1083 876 753 668 606 558 519 487 467 436 4)7 399 388 368
35X35 1216 981 842 746 676 621 577 541 510 484 462 440 424 408
13 35X35 1205 975 845 740 659 615 572 536 506 481 458 430 419 404
14 35X35 1192 965 836 734 656 610 566 530 501 474 453 433 415 400
15 35X35 1185 955 816 724 656 605 561 526 496 468 447 427 410 394
16 35x35 1170 949 811 720 651 598 556 520 491 466 445 424 406’ 391
Паровоздушный н ме-
ханический, масса
3,25 т
Паровоздушный и ме-
ханический, масса
4,25 т
6 30X30 933 п, 644 571 518 478 442 416 392 372 354 339 325 312
7 30X30 915 737 631 560 509 469 434 407 385 365 348 332 3)4 306
8 зохзо 900 725 622 552 498 460 426 399 376 357 341 326 312 300
35X35 996 803 685 606 550 504 468 440 413 392 372 356 340 328
9 30X30 885 7)5 614 542 492 453 419 394 37) 352 336 32) 308 296
35X35 980 790 674 598 540 496 462 43) 406 386 366 349 335 321
10 зохзо 873 705 605 536 486 446 414 387 365 343 330 3)5 303 291
35X35 965 775 664 588 531 487 453 424 398 378 358 342 328 315
1) зохзо 869 692 595 527 477 439 407 381 359 343 324 312 298 286
35X35 940 761 650 578 523 479 445 416 391 371 352 337 323 310
12 зохзо 851 687 589 520 448 433 403 377 356 337 321 307 295 283
35X35 936 750 644 569 514 472 437 4)0 392 366 348 332 318 305
13 35X35 920 740 632 560 507 462 432 404 379 360 342 326 3)2 299
)4 35X35 908 730 626 552 500 456 424 397 374 353 337 322 308 295
15 35X35 895 721 616 542 494 453 420 388 369 350 332 317 304 291
16 35X35 889 714 610 540 488 446 4)4 383 365 345 328 306 299 288
6 30X30 1143 885 761 674 613 564 522 492 464 440 421 403 386 371
7 30X30 1080 873 750 666 605 556 519 486 458 435 4)6 397 382 367
8 зохзо 1075 864 740 655 595 548 5)0 477 448 430 406 391 376 361
35X35 1190 962 825 732 663 607 564 530 496 473 452 430 414 398
9 30X30 1050 850 732 648 589 540 503 463 443 423 403 385 371 357
35X35 1175 950 811 720 653 599 556 520 490 466 445 425 406 392
10 30X30 1048 839 723 641 581 535 498 466 442 418 398 381 365 351
35X35 1158 935 800 709 643 590 548 513 484 455 436 417 401 384
11 30X30 1030 831 714 624 575 526 492 459 434 4)3 392 374 362 349
35X35 1139 918 787 700 626 581 539 506 476 452 430 411 395 366
12 зохзо 1016 820 703 625 567 522 485 456 430 408 394 372 357 343
35X35 1131 909 778 692 623 573 534 500 466 446 424 401 389 373
13 30X30 1005 811 694 618 559 515 478 450 424 403 383 367 351 339
35X35 1112 895 767 679 616 565 525 492 465 440 418 400 383 369
40X40 1225 963 820 728 659 606 560 524 493 467 444 424 406 389
14 30X30 1005 804 690 611 575 510 473 444 420 399 380 364 348 335
35X35 1098 885 760 672 608 557 520 486 456 435 4)3 395 378 364
15 30X30 995 799 709 607 550 506 470 441 4)6 396 376 360 345 333
35X35 1085 875 751 657 600 551 5)2 480 453 428 408 390 373 35R
16 35X35 10)5 865 74) 656 594 545 506 474 448 423 403 386 368 355
Рис. 87. Принципиальная схема установок статического испытания свай
а — с гидравлическим домкратом, снстемоВ балок и анкерных сваЛ: б — с грузовой
платформой, служащей упором для гидравлического домкрата; в — с тарированным
грузом: г — с самозахватывающнм устройством для крепления к анкерным сааям
/ — испытываемая свая; 2 — анкерные сваи; 3 — реперная система; 4 — домкрат с ма-
нометром; S — система упоров, балок; 6 — грузовая платформа; 7 — опора; 8 — груз;
9 — тарированный груз; /О — полубугель; II — разъемные захват; 12 — винтовая тяга
Организация ----------------------
Пункт --------------------------
Объект--------------------------
Сооружение----------------------
ЖУРНАЛ ПОЛЕВОГО ИСПЫТАНИЯ СВАИ СТАТИЧЕСКОЙ
ВДАВЛИВАЮЩЕЙ.
ВЫДЕРГИВАЮЩЕЙ И ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ НАГРУЗКАМИ
Свая № ----------------------------
Вид сван --------------------------
Материал сваи ---------------------
Сечение (диаметр) сваи на верхнем и
нижнем концах-------------------см
Длина сваи (без острия или ушире-
ния) ----------------------------м
Длина острия или уширения ------ м
Глубина погружения или заложения
соан---------------------------- м
Ближайшая геологическая выработка
№---------------------------------
шурф или скважина, пройденная в
-------------- месяце 19---- г.
Расстояние от сваи до геологической
выработки----------------------- м
Краткпя характеристика грунта под
ннжннм концом ---------------------
Состояние головы сваи после забивки
Дата погружения или окончания из-
готовления сван
Дата испытания:
а) начато -------------------------
б) окончено -----------------------
Схема испытательной установки и
расположения приборов для измерения
перемещений
Абсолютные отметки:
а) головы сваи после забивки---м
б) головы сван перед испытанием
---------------------------------м
в) нижнего конца --------------- м
г) поверхности грунта у сваи---- м
Тип приборов для измерения переме-
щений сван
Примсчиние. n — количество приборов.
(последняя страница журнала)
т. Манометр №----------- на---------атм
см2, I т =-------------------- атмосфер
Домкрат №------------на
Площадь плунжера ----
Цена деления манометра .
атм.
Номер
ступени нагрузки
Величина
ступени нагрузки, т
Общая
нагрузка, т
Показании
манометра
I
2
3
4
5
6
7
8
9
10
II
12
13
14
15
16
17
18
Ответственный исполнитель за испытание
(начальник полевого подразделения)---------------(----------------)
Наблюдатели------------------------- (-----------------------)
грунты с консистенцией от твердой до тугонластичпой (услов-
ная стабилизация 0,1 мм за 1 ч) и в пылевато-глинистых грун-
тах от мягкопластичной до текучей консистенции (при услов-
ной стабилизации за 2 ч).
Если осадка, вычисленная по формуле, оказывается более
40 мм, то за предельное сопротивление сваи FK принимают на-
272
грузку, соответствующую S=40 мм, а для мостов и гидротех-
нических сооружений за предельное сопротивление сваи Fu на-
грузку на одну ступень меньше нагрузки, при которой вызы-
ваются:
приращение осадки за одну ступень загружения, превышаю-
щее в 5 раз и более приращение осадки, полученное за пред-
шествующую ступень загружения;
осадка, не затухающая в течение суток и более; если при
максимальной нагрузке, которая окажется равной или более
1,5 F,t (где F(i — несущая способность сваи, подсчитанная по
формулам), осадка сваи S при испытаниях окажется меньше
значения, определяемого по формуле (для мостов и гидротех-
нических сооружений — менее 40 мм), то в этом случае за
частное значение предельного сопротивления сваи Fu допуска-
ется принимать максимально достигнутую при испытании на-
грузку.
Расчетную нагрузку на сваю получают путем деления пре-
дельной Р на коэффициент К, назначаемый при использовании
результатов статических испытаний свай равным 1,2, по дан-
ным статического зондирования—1,25, при расчете по
СНиПу — 1,4.
ф Какие меры следует принимать для обеспечения целостности
сааи-оболочки при наличии воды и грунта внутри ее полости
во время вибропогружения?
При вибропогруженни свай-оболочек (и открытых снизу по-
лых круглых свай) следует принимать меры по защите их же-
лезобетонных стенок от образования продольных трещин, ко-
торые могут появиться в результате воздействия гидродинами-
ческого давления, возникающего в их полости при погружении
через воду илп в слабый разжиженный грунт.
Эффективным средством защиты свай-оболочек в этом слу-
чае является применение специальных конусных саморазрушаю-
щнхея наконечников, закрывающих полость свап-оболочкп сни-
зу от проникновения в нее воды п разжиженных грунтов. На-
конечник. нс затрудняя вибропогружепие в верхние слабые
грунты, ломается при внедрении сваи-оболочки в плотный грунт,
когда возможность поступления воды в полость существенно
ограничивается, и ие препятствует дальнейшему погружению
на требуемую глубину.
Другим способом снижения гидродинамического давления
являемся удаление воды из полости сваи-оболочки посредством
откачки глубинным насосом или вычерпыванием.
При малых глубинах воды и отсутствии разжиженных грун-
тов снижение гидродинамического давления достигается поста-
новкой над грунтовой пробкой пневматического амортизатора
273
или подачей в нижнюю часть водяного столба в полости сваи-
оболочки с помощью шлангов сжатого воздуха под давлением
0,6... 0,8 МПа от компрессора производительностью 4...
6 м3/мин.
♦ Как осуществляется погружение свай, свай-оболочек и
шпунта способами подмыва и подмыва в сочетании с вибра-
ционным или ударным воздействием?
Комплект технических средств для подмыва состоит из цент-
робежного многоступенчатого насоса, напорно-распределитель-
ной и всасывающей линий и подмывных труб диаметром 38...
62 мм. Длина и диаметр подмывных труб обусловлены глуби-
ной забивки, сечением свай и грунтовыми условиями. При погру-
жении железобетонных свай применяют как центральный под-
мыв, так и подмыв по периметру свай. Подмывные трубки надо
располагать равномерно по внешнему периметру из расчета
одна трубка на 1... 1,5 м периметра (но не менее 2 шт.).
Подмывные трубки прикрепляют к боковой поверхности
свайного элемента удерживающим хомутом, который крепится
у верхнего конца свайного элемента и препятствует смещению
подмывных трубок в продольном направлении, и направляю-
щими хомутами, предотвращающими уход трубок в сторону от
свайного элемента. Конструкция направляющих и удерживаю-
щих хомутов не должна препятствовать извлечению подмывных
трубок из грунта после погружения.
Для контроля положения подмывных трубок по высоте они
должны быть размечены на дециметры по длине несмываемой
краской начиная от сопла наконечника.
Подмывные трубки снабжают коническими наконечниками
(угол конусности не более 10°), диаметр выходных отверстий
которых составляет 0,4.. .0,45 внутреннего диаметра трубки.
Для увеличения зоны размыва в наконечнике, кроме цент-
рального отверстия, просверливают боковые отверстия диамет-
ром 6—10 мм, наклоненные под углом 30...45° к вертикали и
расположенные на расстоянии 40... 50 мм от края центрального
отверстия. При погружении шпунта подмывные трубки распо-
лагают симметрично относительно продольной оси шпунтового
ряда, ближе к пазу, для более плотного прижатия шпунтин друг
к другу. На рис. 88 показана полмывная труба и конструкция
ее наконечника.
Для уменьшения наплыва грунта внутрь полых свай и свай-
оболочек в процессе их вибропогружения с подмывом нижние
концы подмывных труб должны быть выше нижнего конца свай
и свай-оболочек на 0,5... 1,5 м в зависимости от их диаметра и
подвижности грунта. Диаметр и количество подмывных труб
определяются исходя из требуемого расхода q и напора Н воды,
ориентировочные значения которых приведены в табл. 76 (при
274
Рис. 88. Подмыоная труба
/ — свая; 2 — иодмыипаи труба; 3 — резнновиП шланг; 4 — наконечник
отношении диаметров выходного и входного отверстий, рав-
ном 0,45).
Суммарная площадь проходного отверстия подмывных
труб со, см2, определяется по формуле
со = (Ц'/йПТ,
где Q — расход воды, мэ/ч: Q — qSI 1000; q— расход воды на 1000 см’ лобо-
вой поверхности свайного элемента. м’./ч: S — площадь лобовой поверхности
свайного элемента. см2; Н — необходимый избыточный напор у наконечни-
ков, МПа.
Пример. Железобетонная свая-оболочка диаметром 0=1,6 м с толщи-
ной стенки 1= 12 см погружается на глубину 28 м в крупнозернистый песок
средней плотности. Требуется определить напор волы, диаметр и количество
подмывных труб.
I. Необходимый напор воды при погружении свайного элемента в круп-
нозернистый песок средней плотности на глубину 28 м (по табл. 84):
Н ж 2МПа (20 кгс/см1).
2. Площадь лобовой поверхности сваи-оболочкн:
S = л (D— /)/= 3,14(160 — 12) 12 = 5580 см* = 0,56 ма.
3. Необходимый расход воды при 9=85 м3/ч (по табл. 84):
Q =-. 9S/1000 - 85-5580/1000 = 474,3 м2/ч.
4. Суммарная площадь проходного отверстия подмывных труб:
ш = Q/VlOW = 474.3/V20 = 106 см*.
5. Из условия равномерного распределения труб по всему периметру
сваи-оболочки через 2,5.. .2 м принимаем три трубы диаметром 80 мм.
276
ТАБЛИЦА 84
Грунты Прн глубине погружения в грунт, м
S. . . 15 15. . . 25 26. . 36
Н 9 н 9 Н 9
Насыпной рыхлый несле- жавшнйся грунт 0,4 . . 0,6 20 . . 25 0,6 . . 0,8 25. . . 30 0,8 . . 1,0 30 . . 35
Песчаные пылеватые грунты средней плотности 0,4 . .0,8 25. . 35 0,6 . . 0,8 30. . . 40 0,8. . . 1,0 35 . . 45
Песчаные мелкозернистые грунты средней плотности 0,6 . . 0.8 35 . . 45 0,8 . . 1,2 45 . . . 55 1,2 . . 1,5 55 . . 65
Песчаные грунты средней плотности, средней крупно- сти 0,8 ..1.0 40.. 50 1,0 . . 1,4 50 . . . 60 1,4 . . 1,6 60 . . 70
Глинистые грунты мягко- пластичные 0,8 . . 1,0 45. . 55 1.0 . . 1,4 55. . . 65 1,4 . . 1,8 65. . . 75
Песчаные крупнозернистые грунты средней плотности 0,8 ..1.2 45.. 60 1.2 . . 1,6 60 . . . 75 1,6. . . 2,0 75. . . 85
Глинистые грунты тугопла- стичные 1.0 . . 1,4 55 . . 70 1.4 . . 1,8 70 . . . 85 1,8. . . 2,2 80. . . 95
Песчано-гравелистые грун- ты средней плотности 1.0 . . 1,4 60. . .80 1.4 . . 1,8 80. . . 95 1,8 . . 2,2 90. . . 105
Глинистые грунты полу- твердые 1,2 . . 1,6 65. . 85 1.6 . . 2,0 80. . . 100 2,0 . . 2,5 100. . . 120
ТАБЛИЦА 86
Внутренний диаметр нодмыоноП трубы d, мм Площадь проходного отверстия подмывной трубы <|);. см’ Диаметр выходного отверстия наконечники d*, мм Площадь выходного отверстия наконечника <0. мм* Длина наконечника, мм
37 10,7 17 2,3 114
50 19,6 22 3,8 160
68 36,2 30 7,1 218
80 50,3 36 10,0 252
106 88,0 48 18,1 332
131 135,0 59 27,4 412
Примечание. Отношение диаметров выходного н входного отвер-
стия для всех наконечников принято рапным 0.45.
С. Руководствуясь найденным значением ш. а также значениями диа-
метра н площадей проходного отверстия стандартных труб, приведенными
в табл. 85, проверяем выполнимость условия win^ot (где шг — площадь про-
ходного отверстия выбранной трубы по табл. 85): 50,3-3>106. Следова-
тельно, условие выполняется.
Центробежные насосы выбирают в зависимости от требуе-
мой производительности и напора. Их техническая характери-
стика приведена в табл. 86.
Напорные рукава служат для подачи воды под напором
кнодмывным устройствам. Диаметр и допускаемое рабочее дав-
ление в рукаве должны соответствовать заданной производи-
тельности и напору насосной установки. Техническая характе-
ристика резинотканевых напорных рукавов дана в табл. 87.
Применение подмыва вблизи существующих сооружений,
если он может вызвать их просадку, или на расстоянии от них
менее 20 м не допускается. В гравийно-галечниковых грунтах
подмыв малоэффективен. В плотных и твердых глинах этот
способ ие рекомендуется.
Погружение шпунта или свай в песчаные или гравелистые
грунты подмывом без последующей добивки молотами пли
вибропогружателями разрешается в том случае, если шпунт и
сваи воспринимают в основном горизонтальные силы, а осевые
силы незначительны.
ф Какое оборудование применяется для разработки грунтов
в полости сваи-оболочки гидравлическим способом?
Для гидравлического рыхления грунта внутри сваи-оболочки
применяется то же самое оборудование, что и для подмыва.
Производительность и тип насосов должны обеспечивать подачу
воды в подмывную трубу 0,7... 1,0 мэ/мин с давлением воды
па выходе из подмывных труб для мелких к среднезернистых
277
ТАБЛИЦА 86
Производи- « = U X Электродвигатель
Марка Напор.
насоса ма/ч м вод. ст. и и £ ТИП МОЩНОСТЬ. кВт
30 62 АО62-2 17
ЗК-6 46 54 2900 101 KO2I-2 15
60 50 П42-М 13
65 98 АО2-82-2 55
4 К-6 90 87 2900 122 A2-8I-2 55
115 81 КО-42-2 50
65 72 А72-2 40
4К-6а 85 76 2900 122 AO2-8I-2 40
105 70 КО-41-2 40
70 59 A7I-2 28
4К-8 90 55 2900 104 АО73-2 28
109 48 КО-31-2 25
ЗКМ-6 30... 70 62 . . . 445 2900 213 А62-2ТГ-80 20
6НДС 300 ... 330 70 ... 64 2950 250 А 2-91-2 100
216 .. . 300 80. . .66 2950 250 А2-82-2 75
80 ... 108 24 ... 22 1450 190 А62-4 14
Фгшои 126 .. . 180 104 .. . 84 2950 190 А2-82-2 75
ЗВ-200Х2 250 ... 540 120 .. . 64 1450 1550 А103-4 125 .. . 175
ЗВ-200Х4 250... 540 240 .. . 128 1450 2920 AII2-4 250 ... 350
песков 0,4 МПа (4 кгс/ем2), суглинков и глин—1,0 МПа
(10 кгс/см2). Для удаления песчаных и гравелисто-галечни-
ковых грунтов применяют эрлифты с диаметром стояка 150...
250 мм. Рекомендуется опускать эрлифты на глубину бо-
лее 8 м.
Производительность компрессора определяется необходимым
расходом воздуха, м3/мин: для одного эрлифта с диаметром
всасывающего отверстия 150 мм — 9... 12, 200 мм—15... 18,
250 мм — 23... 26; для воздушных трубок, расположенных рядом
с подмывными,— 2... 3 м3/мин на каждую трубу.
Для удаления указанных грунтов из свай-оболочек можно
также использовать гндроэлеваторы с кольцевой насадкой.
ф Какое оборудование применяется при механическом способе
разработки грунта в полости свай-оболочек?
Механический способ разработки грунта в полости свай-
оболочек применяют при плотных грунтах. При механической
278
ТАБЛИЦА 87
Внутренний диаметр, мм Рабочее давление, МПа Внутренний диаметр, мм Рабочее давление. МПа
номи- нальный размер допускаемые отклонения номи- нальный размер допускаемые отклонения
9 ±0,5 0,15. . . 2,50 32 ±1.5 0.15. . . 2,00
12 ±0,5 0,15. .. 2,50 38 ±1.5 0,15. . . 2,00
16 ±1.0 0,15. . . 2,50 50 ±1.5 0.15. . . 2,00
18 ±1.0 0,15. . . 2,50 65 ±2.0 0,15. . . 1.50
25 ±1,0 0,15. . . 2,50
Примечания: 1. Длину рукавов заказчик согласовывает с заводом-изготови-
телем. 2. Допускаемое отклонение для рукавов длиной до 10 м — ±100 мм, длиной более
Юм — ±200 мм.
разработке грунта используют грейферы с ковшом емкостью
до 1 м3. Наибольший размер грейфера в плане (в раскрытом
состоянии) должен быть на 0,3 м меньше диаметра полости
сваи-оболочки. В последнее время для разработки грунта в по-
лости сван-оболочки стали применять внброгрейферы ПВ-500
(мощностью 22 кВт).
Во избежание образования грунтовых пробок при работе с.
грейферами сваю-оболочку погружают ступенями 20...80 см,
величина которых устанавливается в зависимости от грунтовых
условий и диаметра сваи-оболочки.
Для разработки и удаления уплотненных грунтовых пробок
из полости свай-оболочек, а также скальных прослоек под но-
жом применяют бурение. Работы по бурению грунтов могут вы-
полняться станками ударно-канатного (табл. 88) или враща-
тельного (табл. 89) бурения.
ф Как предотвратить натекание несвязного грунта в скважину
в процессе бурения при неплотном опирании ножа сваи-оболоч-
ки на скалу?
Чтобы исключить попадание в скважину несвязного грунта
из-под иожа во время бурения при неплотном опирании его на
скалу в начальный период бурения, а также при разбуривании
препятствий для забоя необходимо выровнять поверхность. По-
верхности выравниваются тампонажным слоем из глины или
бетона.
Глиняный тампонаж рекомендуется применять для вырав-
нивания забоя при неровностях его в пределах до 20 см. Там-
понаж заключается в заброске на забой комковой коллоидной
глины слоем 0,3...0,5 м и укладке поверх нее слоя камня тол-
щиной 0,2...0,3 м из отдельных камней размером 10...20 см.
279
ТАБЛИЦА 88
Показатель УКС-22М УКС-ЗОМ БС-1М
Максимальная глубина бурения, м 300 500 300
Максимальный диаметр бурения, мм 600 900 300
Грузоподъемность барабана, т:
инструментального 2 3 5
желоночного 1.3 2 1
талевого 1.5 3 —
Число ударов бурового станка в 1 мни 40, 45, — —
50, 52
Высота подъема бурового снаряда над
забоем, мм:
наибольшая 1000 1000 1000
наименьшая 350 500 500
Грузоподъемность мачты, т 12 25 —
Способ передвижения станка Колесный — Гусеничный
ход ход
Габаритные размеры, м:
длина 5,80 6,20 7,07
шнрпяа 2.28 2,64 3,46
высота 12,70 16,30 15,05
Высота мачты (в рабочем положении)
от устья скоажнны до центра осн, м:
инструментального ролика 12,25 16,00 —
желоночного ролика 12,25 16,00 —
Тип электродвигателя АО-73-6 АО-93-8 —
Мощность электродвигателя, кВт 20 49 55
Масса станка, т 7,6 12,7 24,0
При неровностях забоя больше 20 см и возможности нате-
кания в оболочку несвязного грунта, а также для разбуривания
препятствий следует применять тампонаж бетоном, укладывае-
мым в сваю-оболочку подводным способом — способом «верти-
кально перемещающейся трубы». Толщину тампонажного слоя
из бетона принимают не менее 1 м, марку бетона — не ниже 100.
Бурение следует начинать при прочности тампонажного слоя
бетона 3... 4 МПа (30... 40 кге/см2).
ф Чем вызвано морозное разрушение железобетонных висячих
свай?
Разрушение висячих железобетонных спай может быть вы-
звано:
применением нсфракционированных крупных заполнителей
и песка, не соответствующего требованиям ГОСТ, что обуслов-
ливает повышение расхода цемента и приводит к образованию
в бетоне усадочных трещин;
использованием свай длиной более 10 м, при транспорти-
ровке и установке которых раскрываются микротрещины;
280
ТАБЛИЦА НО
Показатель СБУ-ЗОО-ЗИВ УРБ-ЗАМ ТБС-500 БТС-2 АВБ-1М
Глубина буре- ния. м 300 20 8 25 70
Диаметр буре- ния. М 0,35 . . . 0,40 0,35. . 0,40 0,3 .. . 0.5 0.15; 0,23; 0,35 0,5
Частота враще- ния инструмен- та, мин’ 1 Осевая нагрузка на забои, т 109,6; 189,7; 313,7 109,6; 189,7; 313,7 — 44; 60; 120 44; 166; 270
— 5 . . . 10 — 9 —
Базовая машина МАЗ-200 МАЗ-200 Т-100М Т-100М T-I00M
Тнн привода От вала отбора мощ- ности дви- гателя Д-38 От генера- тора с дви- гателем ДТ-54 От гене- ратора От вал. мощ двнг 1 отбора гости ателя
Масса маши ни. кг 1250 1693 — 1760 1480
формовкой свай с неравномерным уплотнением бетона глу-
бинными (ручными) вибраторами и при повышенном водоце-
ментном отношении, следствием чего является недопустимо вы-
сокая отпускная влажность бетона свай W=7...8 %; при поро-
говой 4,5... 5 %; в этих условиях свободная вода, полностью
заполняющая все поры и микропоры бетона свай при переходе
в твердую фазу, увеличиваясь в объеме, создает разрушающее
бетон внутрппоровое гидростатическое давление, повышающееся
по мере понижения температуры.
Для уменьшения сил морозного пучения рекомендуется
в пучинистом слое грунта устраивать прерыватель в виде по-
лотнища из нетканого синтетического материала.
ф Каковы основные причины, преждевременного интенсивного
разрушения свайных фундаментов, эксплуатируемых в условиях
Севера?
Основными причинами разрушения свайных фундаментов
являются:
увлажнение бетона фундаментов под воздействием пере-
увлажненных грунтов слоя сезонного промерзания-оттаивания
(влажность их в осенне-зимний период достигает 36...40 %);
развитие в грунтовой влаге при смыкании фронтов промер-
зания в осенне-зимний период порового давления, доходящего
до 60 кПа (0,6 кгс/см2) и способствующего дополнительному
насыщению бетона фундаментов влагой;
агрессивность грунтовой влаги в зоне повышенного увлаж-
нения бетона свайных фундаментов;
281
ТАБЛИЦА 90
Грунты
Сечение сваи.
слабопучииистые
тк = 60 кПа
(0,6 кгс/сы*>
средней учииистые
тк = 80 кПа
(0.8 кгс/см*)
сильиопучинистые
тк а (00 кПа
(I кгс/см1)
0.20X0,20
0,25X0,25
0,30X0,30
0,35X0,35
0,40X0,40
52,2
66,0
79,2
92,4
105,6
70,4
88,0
105,6
123,2
140,8
88,0
110,0
132,0
154,0
176,0
многократное (до 5 раз в год) промерзание-оттаивание
влаги, заполняющей поры бетона фундаментов;
колебание отрицательной температуры грунта на контакте
с бетоном, достигающее в зоне интенсивных разрушений фунда-
ментов —32 °C.
ф Какой величины достигает сила морозного выпучивания по-
груженных свай?
Под воздействием касательных сил морозного выпучивания
забитые сваи при определенных глубине промерзания, степени
пучинистости грунта, размерах свай и других факторах могут
подвергаться деформациям — выталкиваться из грунта илн
даже разрываться. В табл. 90 приведены значения касательных
сил морозного выпучивания (тк, кН), действующих на I м
длины сваи различного поперечного сечения, в зависимости от
степени морозной пучинистости грунтов, в табл. 91 — величины
сопротивления свай в грунте в результате сил трения.
При глубине промерзания более 1,5 м многие марки свай
при длине 6...8 м не способны воспринимать разрывающие
усилия за счет действия касательных енл морозного пучения
даже в слабопучинистых грунтах. Ниже приведены допустимые
ТАБЛИЦА 91
Сечемме сопи, м Показатели текучести грунта /д
0.S 0.7
При величине эааккернваиия сваи в грунте, м
2 4 6 2 * 6 8 10
0,20X0.20 0,25X0,25 0,30X0,30 0,35X0,35 0,40X0,40 27,2 34,0 40,8 47,6 54,4 70.4 88,0 105,6 123,2 140,8 120 150 180 210 240 1 1 1 £-= о ю 111 48 60 72 84 96 64 80 96 112 128 80 100 120 140 160
282
величины растягивающих усилий по прочности для свай сече-
нием 30X30 см:
Марка свай СЦ-30 С6-30 СНпрб-20 СЦ8-30
Допустимая нагрузка, кН 79 88 | 82 102
Продолжение
Марка свай СЦЮ-30 CI0-30 СНпр 10-30
Допустимая нагрузка, кН | 160 167 165
При транспортировании и погружении (особенно зимой)
сваи могут получать деформации в виде поперечных трещин,
сколов, приводящих к значительному снижению их прочности
по сравнению с расчетными значениями.
ф Почему возникла необходимость в статическом вдавливании
свай?
При погружении свай машинами ударного пли ударно-виб-
рационного действия в грунте на десятки метров распрострапя-
Рнс. 89. Самоходная сваевдавлн-
II а юта я машина УСВ-120 и утя-
желенный сваевдаплипаюшнн
агрегат с гидравлическим дом-
кратом
а — машина УСВ-120: / — экскаватор
ЭО-6122; 2 — свайная рама: 3 — аад-
иий аутригер с гидравлическим дом-
кратом; 4 — мачта с подвижной ка-
реткой: S — опора поворотная, меха-
низм зажима к вдавливания свай; 6 —
откидной аутригер: 6 — сваевдавлидд-
юшнй агрегат: / — гидравлические
домкраты: 2—платформа: 3 — стойки;
4 — поршневой шток: 5 — домкраты:
6 — иасос с электродвигателем
283
ются упругие волны. Наличие этих волн приводит к деформа-
циям строительных конструкций и фундаментов, особенно
вблизи существующих зданий и сооружений.
В связи с этим при строительстве фундаментов начали при-
менять метод вдавливания с использованием прессов и гидрав-
лических домкратов, при помощи которых производится как
вдавливание, так и извлечение из грунта свай, свай-оболочек,
шпунта и обсадных труб. Такой метод имеет определенные до-
стоинства: отсутствие динамических нагрузок, что дает возмож-
ность обеспечить сохранность рядом стоящих конструкций и
сооружений, уменьшить расход металла и цемента на изготовле-
ние железобетонных свай; точность погружения свай и постоян-
ный контроль за нх несущей способностью в процессе погруже-
ния.
Основными недостатками метода являются большие ме-
таллоемкость н габариты вдавливающего оборудования, а так-
же его пониженная маневренность (как следствие, низкая про-
изводительность) .
В последние годы появились конкурентоспособные сваевдав-
лнвающне машины. На рис. 89, а показана самоходная свас-
вдавлнвающая машина УСВ-120 (табл. 92), разработанная на
базе экскаватора ЭО-6122 Воронежского экскаваторного завода.
Машина обслуживается машинистом-оператором и стропальщи-
ком. Машинист-оператор должен иметь квалификацию экскава-
торщика, а также специальную подготовку по эксплуатации
сваевдавливающего оборудования.
Другая конструкция сваевдавливающего агрегата, который
был применен на ряде строительных объектов, показана на
рис. 89, б. В таком агрегате гидравлические домкраты закреп-
ляются на утяжеленной платформе.
Перед погружением свай (шпунта) платформа крепится
к Пим монтажными стойками, которые служат также для под-
держания в исходном положении пезабитых свай или шпунтии.
Каждая свая присоединяется к поршневому штоку при помощи
захватного устройства. Домкраты подключаются к насосам,
размещенным в камерах. Насосы приводятся в действие элект-
родвигателем.
Вдавливание свай может производиться двумя способами.
На рис. 89, б показана установка, работающая по первому спо-
собу— погружение производится под давлением, передающимся
на две средние сваи. Эффективность погружения существенно
зависит от величины противодавления.
При втором способе — «погружение тягой» — домкраты иа
сваях, подлежащих погружению, закрыты, а домкраты осталь-
ных свай «тянут» внпз платформу. Противодавление в послед-
нем случае создают незабитые сваи.
284
ТАБЛИЦА 92
Показатели УСВ-120
Наибольшее усилие вдавливания (с передней при- ставкой пригрузочиой тележки), кН Усилие вдавливания при погружении сваи в 1 м от стоящего здания, кН Установленная мощность, кВт Подача насосных установок, л/мнк Рабочее давление в гидроцилпндре, МПа Наибольшая скорость погружения сваи в грунт, м/мнн Удельное давление гусениц на грунт, Па Скорость передвижения установки, км/ч Масса, т Размеры погружаемых свай: 1200 1200 150, 75 600 16 6 15 0,5 180
длина, м сечение, см 16 30X30; 35X35; 40X40
+ Какие допускаются отклонения при погружении свай от про-
ектного положения о плане и по высоте?
Наклон (отклонение от вертикальной осн) забивных свай
нс должен превышать 2 %, а буронабивных — 1 %.
Допускаемые отклонения в плане осей свай н свай-оболочек:
диаметром до 0,5 м:
поперек осп свайного ряда ......................... 0,2 d
вдоль » » » .................... 0,3 d
одиночных свай ..................................... 5 см
свай-колонн ........................................ 3 см
Для полых круглый свай диаметром от 0,5 до 0,8 м и буро-
набивных свай диаметром более 0,5 м при ленточном располо-
жении свай поперек ряда допускается отклонение 10 см, вдоль
ряда п кустовом расположении свай— 15 см.
Для одиночных полых круглых свай под колонны допуска-
ется отклонение 8 см.
Для свай и свай-оболочек, погружаемых через кондукторы
па акватории, верх кондуктора смещается не более 0,025 Н
(где И — глубина воды) и ±25 мм на суходолах.
По вертикали наибольшие допускаемые отклонения уровня
головы сваи от проектной отметки следующие, см:
для фундаментов с монолитным ростверком................ ±3
» > с сборным плитным ростверком ... ±1
» безростверкового фундамента с сборным оголовком ±5
» сван-колоипы .....................................О .. . ±3
285
ф Какое допускается отклонение шпунтового ряда от задан-
ного проектного положения в плане?
Допускаемые отклонения для шпунта приведены ниже:
деревянные шпунтовые ряды:
плотин, шлюзов............................1,3 толщины шпунта
набережных, однорядных перемычек с под-
косами п двухрядных перемычек .... толщина шпунта
перемычек без подкосов ............... 300 мм
деревянные шпунты прочих сооружений на
уровне отметки верха шпунта ...............толщина шпунта
железобетонный шпунт па отметке поверхности
грунта ..................................100 мм
стальной шпунт прн погружении плавучим коп-
ром па отметке:
верха шпунта.............................не более 300 мм
поверхности грунта ................... не более 150 мм
стальной шпунт прн погружении с суши на от-
метке верха шпунта ......................не более 150 мм
Прогиб замков в плоскости стенки шпунта не должен превы-
шать 3 мм на I м ее длины.
ф Как облегчить выдергивание стального шпунта?
Прн выдергивании стального шпунта следует использовать
короткую шпунтину в виде подбабка и осадить ею шпунтпны
через одну. Тем самым нарушается связь в замках и облегча-
ется выдергивание шпунта. При извлечении шпунта с примене-
нием вибрирования скорость подъема крюка не должна превы-
шать 3 м/мин в песчаных и 1,6 м/мин в глинистых грунтах. При
извлечении шпунта вибропогружателями, не имеющими специ-
ального устройства для гашения колебаний, передающихся на
стрелу крана, необходимо применять виброгасящий аморти-
затор.
ф Для чего применяются фасонные шпунтовые сваи?
Фасонные шпунтовые сваи необходимы для соединения шпун-
товых стенок под различными углами. При устройстве
сложных по очертанию в плане швунтовых ограждений работы
следует начинать с погружения фасонных шпунтовых свай.
ф Какие вспомогательные работы выполняются перед погру-
жением металлического шпунта?
Перед забивкой шпунта проверяют его прямолинейность и
сохранность замков, срубают заусенцы н наплывы в торцах
шпунта, а также смазывают замки солидолом для облегчения
286
погружения и извлечения. Шаблоном длиной не менее 2 м про-
веряют замки шпунтины путем протаскивания его вдоль зам-
кового паза и фиксируют деформированные участки. После
проверки состояния шпунта каждая нз шпунтин маркируется
несмываемой краской: на расстоянии 0,7... 1 м от головы сван
проставляется ее порядковый номер. Для того, чтобы прн за-
бивке не создавать лишнего трения в замках, лучше забивать
шпунт кулачком вперед по направлению забивки.
Для предотвращения закупоривания замка, обращенного по
направлению забивки, уплотненным грунтом его следует снизу
закрывать деревянной или лучше металлической пробкой.
ф В чем причины отклонения стального шпунта от проектного
положения в плоскости створа?
В процессе погружения стальные шпунтины могут откло-
няться от проектного положения в результате:
возникновения трения, зависящего от грунтовых условий п
формы замков (в крупнозернистых песках трение больше, чем
в мелкозернистых или глинах);
внецеитренного приложения силы от погружающего меха-
низма, создающего дополнительное сопротивление в замках п
люфт;
наличия в грунте валунов и других препятствий.
ф Как обеспечить проектное положение шпунтовых стенок?
Для правильной забивки шпунтовой стенки рекомендуется:
первые четыре шпунтины установить в направляющие с про-
веркой по отвесу их положения в двух плоскостях;
забивку шпунта до проектной отметки производить в два
приема. Сначала на участке 15...20 м установленный в направ-
ляющие краном шпунт погружают в грунт на глубину 2...3 м,
затем шпунт, набранный и закрепленный в грунте, добивают до
проектной отметки;
при небольших веерных отклонениях применить оттяжку
шпунтин в направлении, противоположном отклонению, исполь-
зуя лебедки или тяговое усилие трактора. Тяговое усилие ка-
ната прилагается к верху забитого ряда шпунтин. Низ шпунта
надо срезать, для того чтобы давлением грунта на скошенный
конец отжать низ шпунтовой сваи.
Сохранить вертикальность металлического шпунта при его
забивке в грунт трудно из-за возникновения сил, которые стре-
мятся наклонить шпунтину по ходу ее забивки. Сила трения Т
и сила удара свайного молота Q образуют в вертикальной
плоскости сваи пару сил, которая стремится вращать сваю, на-
клоняя ее вперед (рис. 90). При срезанном под углом нижнем
конце шпунтины реакция грунта раскладывается на две состав-
287
ляющнс: нормальную силу N и касательную Т (рис. 90), кото-
рая противодействует вращающей парс сил.
Трение развивается в замках шпунта при забивке не одина-
ково и зависит как от грунтовых условий, так и формы шпунта,
поэтому угол среза не может быть постоянным. Вертикальность
шпунтии в плоскости забивки стенки сохраняется в результате
скоса низа шпуптины пол углом 20... 45° в зависимости от
свойств грунта и формы шпунта.
При невозможности выправить веерное отклонение указан-
ным выше способом используют клиновидные шпунтииы, кото-
рые изготавливают из двух продольных половин шпунтин
(рис. 91) п соединяют на сварке внахлестку, используя листо-
вую сталь, выкроенную по шаблону. Прн выполнении свароч-
ных работ следует- предусмотреть меры, исключающие короб-
Рис. 91. Клиновидная iimyiiTinui
лепне профиля. Продольная
газовая резка выполняется
пунктирной линией (размером
0,3... 0,5 м с промежутком
0,3...0,2 м) от середины
шпуитины в* противоположные
стороны в жестком кондук-
торе с периодическим охлаж-
дением в течение 5...10 мин.
Клиновидных шпунтин в сооружении может быть несколько
штук, но не более 1... 2 % от общего числа забитых шпунтин.
Продольную резку плоского шпунта осуществляют, скрепляя
две шпунтииы вместе в жестком кондукторе.
288
ф Как обеспечивается грунтонепроницаемость железобетонной
шпунтовой стенки?
Железобетонные шпунтовые стенки отличаются отсутствием
плотных замков, что требует принятия мер для обеспечения нх
грунтонеироницаемости. Для более плотного стыка в шпунте
имеются пазы и гребни. Уменьшение зазоров между забивае-
мыми шпунтинами достигается за счет применения прижимной
тележки. Стыки шпунтовых стенок перекрывают также дере-
вянными коробами и щитами, заполненными фильтром из грун-
та мелкой и крупной фракций. Короба н щиты устанавливают
водолазы, погружая нх с подмывом на глубину не менее 1 м
ниже проектной отметки дна. Устраивают также каменные
призмы с обратным фильтром. Применяют синтетические маты
из нетканого материала (табл. 93).
Рассматриваемые синтетические маты, представляют собой
нетканые текстильные полотна из синтетических волокон, скреп-
ленные механическим, физическим (термическим) или химиче-
ским (клеевым) способами. Такие полотна могут быть использо-
ваны самостоятельно или в комплексе с поддерживающей
металлической решеткой. В качестве материалов рекоменду-
ется использовать иглопробивной нетканый материал типа
«Дорнит», изготавливаемый из смеси штапельных волокон или
швейного лоскута; иглопробивной нетканый материал из сплава
поликапроамида; материал из расплава полиэтилена, а также
холстопрошивное стекловолокно.
ф Что влияет на долговечность металлического шпунта в мор-
ской воде?
Долговечность шпунта в морской воде зависит от интенсив-
ности коррозии, которая определяется химическим составом
воды, наличием в ней органических и прочих примесей, степе-
нью однородности состава стали, климатическими условиями
местности, где находится сооружение из металлического шпунта,
защищенностью его от волнения, характером грунта, в который
забит шпунт.
По высоте забитого шпунта выделяются три характерные
зоны: подводно-грунтовая, зона переменного уровня воды и над-
водная.
Коррозия происходит в верхних частях металлического шпун-
та, находящегося в зоне переменных горизонтов моря, подвер-
женных действию всплесков н брызг, образующихся при волне-
нии моря и более насыщенных кислородом. Наибольшей корро-
зии подвергаются металлические части, находящиеся выше
ординара примерно на I м, поскольку они постоянно покрыты
тонкой пленкой влаги и испытывают неограниченный приток
289
ТАБЛИЦА 63
Марка геотек- стиля, стран а-изготови- тель Исходный полимер, способ упрочения Ширина рулона, м 2 2 К К а 5 Масса, г/м1 Разрывная на- грузка, Н/см Относительное удлинение при разрыве, %
Дорннт Ф-1, СССР Смесь отходов синтетического волокна 1,70 4 600 120/60 70/150
Дорннт Ф-2, СССР То же 2,50 4 600 90/50 70/130
Армодор-1, СССР Отходы текстиль- ных волокон 1,60 4 900 40/70 40/60
Армодор-2, СССР Поливинилхло- ридные отходы 1,00 1 1500 30/50 6/15
ММВ, СССР Расплав полиак- риламида 1,70 4. . .5 500/600 100/70 70
BIDIM, Фран- ция Полиэфир игло- пробивной 5,30 2,4 270 146/76 60/80
TERFIL, Вен- Полипропилен иглопробивкой Термоскреплен- ный полиэфир 2,40 3,5 400 70/50 50/80
HEIDEBLER GER VILLES, ФРГ’ 5,15 0.8 200 97/94 50/36
PROPEX, ФРГ Полипропилен 5,20 1.0 325 560 18
LTK, Япония Полиэфирное во- локно иглопро- бивное 1,75 2,0 750 286/366 23/39
POLYFELT, Австрия Полипропилен иглопробивной 2,50 3.2 300 130 80
ТУPAR, США Полипропилен 2,50 5,20 0,48 136 60/64 33/45
TERRATEX, ЧССР Иглопробивной 3,50 3,3.. . 3.8 400 52 210
Примечание: Дробный показатель отражает анизотропные свойства материала:
числитель — вдоль волокон, знаменатель — перпендикулярно их ориентации.
кислорода. Образование рыхлого слоя продуктов коррозии
в этой зоне может ускорить процесс дальнейшей коррозии стали
более чем в 4 раза.
Коррозия металла в надводной зоне происходит в тонких
пленках электролита, образованных водой, конденсирующейся
на поверхности, в результате насыщения ее углекислотой и аг-
рессивными ионами хлора и серы. Скорость протекания корро-
зии в этом случае зависит от температуры и влажности воздуха,
степени его загрязненности промышленными газами. Чем
глубже от поверхности воды находится шпунтовая свая, тем
медленнее идет процесс коррозии на ее поверхности, обращен-
ной к акватории. Часть шпунта, забитая в грунт, а также его
поверхность, обращенная к засыпке, подвергаются незначитель-
но
ТАБЛИЦА 94
Бассейн Скорость коррозии металлоконструк- ций в морской среде, мы/год
в эоне перемен- ного уровня в подводной зоне
Баренцево море 0,05 . . 0,10 0,05. . . 0,10
Каспийский 0,20 . . 0,40 0,10 . . . 0,25
Тихоокеанский 0,20 . . 0,35 0,10. . . 0,30
Азово-Черноморский 0,15 . . 0,50 0,08 . . . 0,20
Балтийский 0,10. . 0,16 0,07 . . . 0,10
ному ржавлению только в первые годы своей службы. В даль-
нейшем ржавчина, соприкасаясь с кремниевой кислотой, содер-
жащейся в грунте, образует плотную корку, препятствующую
доступу воздуха к здоровому металлу и предохраняющую его от
дальнейшей коррозии. Интенсивность коррозии шпунта в сред-
них условиях в морской воде определяется толщиной разрушае-
мой части металла около 0,1 мм в год и с течением времени
уменьшается (табл. 94).
К сказанному следует добавить, что в процессе коррозии
в толще грунта или под водой в шпунте возникают электриче-
ские токи. Поэтому предотвратить ржавление можно, возбуж-
дая искусственно электрический ток большей интеисивиости и
противоположно направленный по отношению к токам, вызы-
вающим коррозию. Этот способ именуется катодной защитой.
При ржавлении происходит как разложение, так и образо-
вание воды, что было недавно обнаружено с помощью меченых
атомов:
2Fe + О2 + 4Н20‘ = 2Fe (О*Н)2 + 2Н2О.
ф Как осуществляется защита от коррозии металлического
шпунта?
Есть три способа защиты металлического шпунта от корро-
зии: пассивный (нанесение лакокрасочных и металлнзационных
покрытий), активный (электрохимическая защита) и смешан-
ный (сочетание двух первых). В надводной зоне используются,
как правило, лакокрасочные и металлизационные покрытия,
в подводной зоне — электрохимическая защита (катодная или
протекторная). Для защиты от обрастания применяются лако-
красочные покрытия.
Лакокрасочные покрытия, выполненные из битуминозных,
дегтевых и асфальтовых лаков, состоят из двух слоев — грун-
тового и защитного. Грунтовку из праймера или железного су-
рика наносят ровными слоями на сухую металлическую поверх-
ность, очищенную от окалины и ржавчины. Такое покрытие
291
ТАБЛИЦА 95
Условия эксплуатации Грунтовое покрытие Защитное покрытие Общая толщина покрытий, ики мривнтировоч- иый срок служ- бы, годы
материал количество 1 слоев материал количество слоев
Периодическое Алюминий 150
воздействие Грунтовка ВЛ-02 1 Эмали: ХВ-1100, 3 70 15 . . . 20
пресной воды ХВ-124
(вода — воздух) Грунтовки ХС-068, ХС-059 2 То же 5 120 8 . . . 10
Длительное Алюминии — 150
воздействие Шпатлевка 1 Шпатлевка 1 70 15 . . . 20
пресной воды ЭП-00-10 ЭП-00-10
Краска ЭКА-15 1 Краска ЭКА-15 2 90 15
Шпатлевка 1 Шпатлевка 2 120 8 . . . 10
ЭП-00-10 ЭП-00-10
Краска ЭКА-15 1 Краска ЭКА-15 3 120 4
Краска ЭКК-25 1 Краска ЭКК-25 2 250 10 . . . 12
или ЭК К-50 или ЭК К-50
Постоянное воз- Г рунтовка 2 Эмали ХВ-1100, 3 90 8
действие прес- ХС-068, ХС-059 ХВ-124, ХВ-110
пой воды Грунтовка ВЛ-02 1 Эмали ХВ-1100, 2 70 8
с 5 % алюмини- евой пудры ХВ-124, ХВ-110
То же 1 Эмаль ПФ-115 2 60 4 . . . 5
нестойкое. Для эксплуатации в районах с холодным климатом
при температуре воздуха от +40 до —60 °C рекомендуются
различные лаки, эмали и краски (табл. 95).
Металлизация производится ручными электродуговыми
(ЭМ-10, ЭМ-14) или газопламенными (МГИ-2-65А, МГИ-2-65П)
мсталлнзаторами. Для нанесения металлизационных покрытий
рекомендуется применять алюминиевую проволоку диаметром
1,5—2 мм марок АД-1, АМН, АВОО, А5, АГ.
Лакокрасочное покрытие наносится путем пневматического
и безвоздушного распыления. Пневматический способ заклю-
чается в распылении лакокрасочного материала сжатым возду-
хом и нанесении его на окрашиваемую поверхность с помощью
краскораспылителя (КРУ-1, КРП-3, СО-21) и окрасочных агре-
гатов (CO-74, СО-5А). Безвоздушный способ распыления за-
ключается в подаче лакокрасочного материала к соплу распы-
лителя под высоким давлением (до 20 МПа) и распылении за
счет падения давления до атмосферного при выходе лакокра-
292
ii'iiioro материала из сопла распылителя. Окраска безвоздуш-
ным распылителем осуществляется установками типа «Раду-
i.i 063 П», «Факел», УБРХ-1-М.
Качество подготовки поверхности в значительной степени
определяет срок службы покрытия. Для очистки метал-
.шчсской поверхности от окислов применяют ручной и механи-
зированный способы, а также дробеструйные и дробеметные
установки. Допускается использовать преобразователи ржавчи-
ны для подготовки поверхности под лакокрасочные покрытия.
В качестве грунтовок-преобразователей применяют грунтовки
•)ВЛ-0112, ЭВА-01, ГИСИ, Э-1, МС-0152. Этинолевыс
краски под водой в зависимости от условий высыхают
а 18...24 ч.
В основе электрохимической защиты металла от коррозии
лежит выравнивание микро- и макрогальваиических неоднород-
ностей путем наложения тока от внешнего источника (катодная
«.нцита) или током гальванических анодов путем присоедине-
ния к защищаемой конструкции протектора из металла с более
отрицательным потенциалом, чем потенциал металла основной,
конструкции (протекторная защита). Применять электрохими-
ческую защиту целесообразно в акватории с удельным электри-
ческим сопротивлением воды не более 2 Ом м.
ф Какие защитные покрытия рекомендуются для металлокон-
струкций при работе их в условиях отрицательных температур
и п агрессивных средах?
Для защитного покрытия металлоконструкций, работающих
и агрессивных средах, можно использовать противокоррозион-
ные эмали на основе кубовых остатков ректификации стирола
(>мали КОРС). Компонентами эмалей КОРС являются лак
КОРС, тоикодисперсные наполнители и модификаторы. Лак
КОРС представляет собой 35...40 %-ный раствор смолы КОРС
н органическом растворе (ксилол, бензол, нефтяной сольвент).
В качестве наполнителей используются андезитовая мука, мо-
лотый динасовый кирпич или шлак от плавки никелевых руд,
и качестве модификаторов — бутадиенстирольиые латексы.
Эмали приготавливаются в смесителях лопастного типа или
ручную путем тщательного перемешивания компонентов. Эмаль
наносится на очищенную поверхность в 3...4 слоя пневмати-
ческим и безвоздушным распылением, а также вручную (кис-
тями и валиками) при положительной и отрицательной
(ди —30 °C) температурах среды.
Покрытия из эмалей КОРС обладают высокими эксплуата-
||||<Н1ными свойствами: хорошей адгезией к металлу, прочностью
при ударе и изгибе, твердостью, химической стойкостью.
Перспективным направлением в антикоррозийной защите
мпаллоконструкций является применение пенополиуретановых
293
покрытий, которые одновременно могут выполнять теплоизоля-
ционную функцию.
Пенополиуретановые покрытия имеют ряд преимуществ перед
лакокрасочными: отсутствие летучего растворителя; малый рас-
ход полимера; высокая механизация нанесения; получение по-
крытия желаемой толщины (30...40 мм); высокая химическая
стойкость покрытия и весьма низкая проницаемость; возмож-
ность нанесения покрытия при нормальной и пониженной тем-
пературе (—25 °C) с высокой скоростью отверждения (15...
30 мин).
ф Какова последовательность засыпки грунта за шпунтовые
ограждения?
К засыпке следует приступить немедленно после окончатель-
ной регулировки натяжения анкерных тяг. Ее производят по-
слойно и равномерно по всему фронту законченного шпунтового
ограждения.
Предпочтительно вести засыпку с небольшим уклоном от
анкерной стенки, чтобы обеспечить устойчивость последней.
Нельзя допускать выгрузку из транспортных средств грунта и
особенно камня непосредственно иа анкерные тяги, так как
они могут прогнуться. Заполнение пазух набережных, стенки
которых выполнены из металлического шпунта в виде ячеистых
конструкций, допускается только после заполнения грунтом
ячеек. Для выпуска воды в нескольких местах шпунтовой стен-
ки устраиваются дренажные отверстия. Засыпка пазух за шпун-
товыми стенками набережных и каналов производится песком
или гравием; с целью уменьшения распора засыпки на шпун-
товую стенку в нижней внутренней части последней предусмат-
ривается отсыпка каменной призмы.
ф Как уплотнить песчаные грунты обратных засыпок?
Для уплотнения песчаных грунтов обратных засыпок пазух
берегоукрепительных стенок применяются установки типа
ЗС-825.5С-825, ЗС-826, 5С-826, технические характеристики ко-
торых приведены ниже:
ЗС-825 5С-825 ЗС-826 5С-826
Число вибраторов 3 5 3 5
Частота вибрации, Гц Суммарная мощность двигателя, 97 97 97 97
кВт 1.8 3,0 3,3 5.5
Амплитуда колебвииА, мм 0,4 0,9 0,9 0,9
Масса установки, кг 100 150 140 200
Они представляют собой комплект из трех — пяти вибрато-
ров, объединенных штангами, верхней пластиной и амортиза-
ционными связями внизу. Установки подвешиваются к крану.
294
Под водой уплотнение грунтов осуществляется внброустановка-
MU ВНИИГСа типа ВУУП-4, 5, 6 и 15.
Виброустановка ВУУП-6 состоит из высокочастотного вибро-
погружателя В-401 и погружаемого в грунт уплотнителя. По-
следний представляет собой металлическую пространственную
конструкцию в виде трубчатой штаиги диаметром 130 мм дли-
ной около 7 м с приваренными к ней через каждые 410...450мм
по высоте горизонтальными ребрами (по 4 в каждом
ярусе).
Применение виброустановки ВУУП-6 обеспечивает уплотне-
ние песчаных засыпок на глубину до 6 м, при этом значения
плотности сухого грунта достигают 17...18 т/м3 при относи-
тельной плотности 0,8. Скорость подъема уплотнителя виброуста-
новки 2,4... 3 см/с. В случае необходимости водонасыщения пес-
чаных грунтов в верхней части к трубчатой штаиге привари-
вают патрубок для присоединения шланга от насоса 4НДВ,
а в нижней — конус для выпуска напорной воды. При искусст-
венном водонасыщении песчаного грунта сначала подают воду
от насоса, затем включают вибропогружатель.
ф В чем особенности уплотнения грунтов в зимних условиях?
Уплотнение грунтов при отрицательной температуре воздуха
возможно, если засыпка ведется иепереувлажненными талыми
грунтами.
При прекращении работ по укладке грунта необходимо пре-
дупредить нарушение плотности и монолитности уложенного и
уплотненного грунта в связи с возможным его замерзанием,
а затем оттаиванием. Для этого необходимо в насыпь уклады-
вать последние два-три слоя грунта с влажностью, не превы-
шающей 0,8—0,9 границы раскатывания, после чего отсыпать
еще одни слой грунта, но без уплотнения.
ф Что такое пионерный способ забивки шпунта?
Пионерный способ забивки шпунта заключается в следую-
щем: кран или копер по ходу выставляет впереди себя на тре-
буемое расстояние сваю и забивает ее, затем двигается вперед
I забивает следующую; одновременно по ходу погружения свай
производятся дальнейшие работы по анкеровке и закреплению
конструкции. При таком способе отпадает иебходимость уст-
ройства подмостей и эстакад для хода крана-копра, а в каче-
стве последних используются шпунтовые стенки основного со-
оружения.
Пионерный способ устройства стенок из металлического
шпунта может быть успешно применен для строительства двух-
рядных перемычек, пирсов и молов. В этом случае использова-
295
нис плавучих средств сводится к минимуму и ставит работы по
устройству сооружения в меньшую зависимость от состояния
моря.
ф Каково назначение копров?
Копер является станиной и предназначается для размеще-
ния сваебойного агрегата. Основная работа при забивке свай
слагается из следующих операций: установка свай на место,
забивка свай, передвижка копра. Конструкция копра зависит
от материала свай и способа производства свайных работ. Если
забивка сваи производится на суше, для устройства свайных
оснований рекомендуются копры (табл. 96).
При гидротехнических работах по устройству современных
свайных сооружений, где масса и длина свай и свай-оболочек
достигают значительных величин, а забивка их требует боль-
шой точности, в конструкции копра должен быть предусмотрен
наклон стрел.
При забивке свай плавучим копром понтон должен обладать
достаточной устойчивостью, для этого его иногда снабжают
четырьмя закольными сваями, которые закрепляют в грунте.
Чтобы облегчить передвижение понтона, последний должен
быть снабжен на корме брашпилем для двух якорных цепей,
а на носу — лебедкой или шпилями для передвижения понтона
вправо, влево и вперед с помощью канатов, заложенных через
кипы. Передвижка понтона назад производится посредством
якорных цепей.
ф Как обеспечить долговечность свай, работающих в условиях
низких температур?
Прн использовании составных висячих свай из двух-трех
элементов, верхний элемент изготавливают длиной 8... 10 м,
средний и нижний — длиной 6... 14 м. Верхние элементы, испы-
тывающие наибольшие напряжения и агрессивное влияние тем-
пературно-влажностных условий грунта (сезоиио-оттаивающего
слоя), изготавливаются с заказными стыковочными деталями
в нижних торцах и усиленным армированием по всей длине.
При этом обязательно соблюдение следующих условий: бетон
М 300 с F 300 и более и водонепроницаемостью W6 приготав-
ливается из фракционированного щебня и гранулированного
шлака; формование свай должно производиться только на виб-
ростолах вертикального действия с соблюдением температурно-
влажностного режима. Средние и нижиие элементы свай можно
изготавливать по обычной технологии без особых требований
к морозостойкости и водонепроницаемости или выполнять моно-
литными (буронабивными); их устанавливают на 4 м ниже
верхней границы вечномерзлых грунтов.
296
ТАБЛИЦА 96
Длина погру- жаемых сввП, м Основные рабочие параметры я типоразмеры копров в копрового оборудования Марна яли индекс выпускаемой иля принятой к выпуску базовой машины И оборудовании
грузоподъем- ность, т типоразмер рабочие наклоны стрелы изменение выле- та стрелы, м угол поворота платформы. град
вперед {назад
1 2 3 4 5 6 7 8
3. . . 5. . . 7 КН-1-8 КН-П-8 КО-П-8 КО-П1-8 KO-IV-8 KM-IV-8 KC-IV-8 1 : 8 1 : 8 1 : 8 1 : 3 1 : 3 1 : 3 0.9 0,4 0.4 0.4 360 360 С-860 С-878; С-870; СА-8 УСА Навесные стрелы к экскаватору и кранам* То же, к тракторам и трубоукладчикам Мостовая установ- ка конструкции ЦНИИОМТП ВВПС-20/П; ВВПС-32/19
9. . . 12 10 КН-1-12 KH-II-I2 КО-ПЫ2 КМ-IV-12 KP-I-I2 КР-П-12 КР-Ш-12 1 : 8 1 : 8 1 : 8 1 : 8 1 :3 1 : 3 1 : 3 1 : 3 1,05 0,4 0,4 1,05 1,05 360 360 360 360 СП-50 СП-49 (СА-12) Навесные стрелы к экскаваторам н кра- нам* Мостовая установ- ка конструкции ЦНИИОМТП С-955 С-1006; С-532 (СП-46) ПМК-3-12
13 . . . 16 14 КН-1-16 KO-III-I6 КР-1-16 1 : 8 1 : 8 1 : 3 1 : 3 1.2 1.2 360 360 360 СП-51 Навесные стрелы к экскаваторам и кра- нам* С-908
17 . . . 20 20 KP-I-20 КР-П1-20 1 : 8 1 : 3 1,2 360 360 СП-56 КП-20
21 . . . 25 30 КР-Г-25 1 : 8 1 : 3 1.35 360 СП-55
Примечания: I. Звездочкой обозначено копровое оборудование (смсииыс
навесные н подвесные стрелы) к различным базовым машинам, выпускаемое строи-
тельными трестами дли собственных нужд. 2. В графе 3 цифрами 8 и 12 н т. д. обо-
шачепа максимальная длина сваи, а I. И, III п т. д.—исполнение конструкции коп-
p. 1 или копрового оборудования: 1 — универсальное. 11 —полуупппсрсальное без попо-
рота платформы; 111 — полууииверсальпое без рабочего наклона стрелы; IV—простое:
буквами обозначены: КН — копер новеспоП: КО — сменное копровое оборудование:
КМ — мостовая копровая установка: КР — копер рельсовый: КС — копры специальные,
т II графах 2. 4. 5 и 6 приведены номинальные рябочис параметры машки.
297
Щебеночные основания (подушки) под висячими сваями по-
вышают их несущую способность по грунту до 40 %.
Применение деревянных свай целесообразно прн строитель-
стве 1... 2-этажных зданий н опор трубопроводов с расчетными
сроками эксплуатации до 40 лет и нагрузками до 50 т.
4. Буронабивные, песчаные и илоцементные сваи
ф Какова технология изготовления буронабивных свай?
В зависимости от грунтовых условий и имеющегося буро-
вого оборудования, определяющих технологию изготовления
свай, последние подразделяются на несколько типов. Типораз-
меры буронабивных свай и наиболее распространенные марки
бурового оборудования приведены в табл. 97 и 98.
Буронабивные сваи изготавливаются в грунте. В пробурен-
ную скважину устанавливают арматурный каркас и уклады-
вают бетонную смесь (рис. 92). После достижения бетоном про-
ектной прочности свая может воспринимать проектные
нагрузки (осевые, вдавливающие, выдергивающие, горизонталь-
ные).
Бурение скважины осуществляют вращательным или удар-
ным способом. Глинистый раствор противодействует обрушению
грунта в скважине. В отдельных случаях стенки скважин удер-
живают от обрушения избыточным давлением столба воды,
залитой в иее выше уровня грунтовых вод. Избыточное давле-
ние воды создает гидродинамический поток из скважины в ок-
ружающий грунт. При этом возникают силы, препятствующие
обрушению и оплыванию стенок скважины. Крепить стенки
скважин избыточным напором можно при устройстве свай, если
уровень грунтовых вод расположен ниже 3 м от поверхности
грунта.
После производства буровых работ и зачистки забоя в сква-
жине устанавливают арматурный каркас и методом ВПТ бе-
тонируют стенки литыми бетонными смесями с осадкой конуса
16...20 см. При бетоиироваиии под водой применяют секцион-
ные бетонолитные трубы с быстроразъемиыми стыками.
По описанной технологии изготавливают сваи диаметром от
600 до 1700 мм с уширением до 3500 мм и длиной до 30 м.
Крепление стенок скважин от обрушения обсадными труба-
ми используют практически в любых геологических и гидрогео-
логических условиях при изготовлении буронабивных свай. Об-
садные трубы для удержания стенок скважин могут быть
оставлены в грунте и при бетонировании сваи, однако наиболее
рациональны инвентарные обсадные трубы, которые извлекаются
в процессе изготовления свай. Отдельные секции обсадных
труб соединяют при помощи стыков специальной конструкции
298
Тип сван Грунтовые условия Оборудование Диаметр сван* мм Марка бетона Длина сван» м Диаметр арматуры» мм t число про- дольных стержней» шт.
БСС В устойчивых глинистых грунтах без закрепления стенок скважины Станок СО-2 500/1200 500/1400 500/1600 600/1600 200 .. . 300 10 . . 30 12, 14 14, 16 18 6 6,8 10
Станок СО-1200 800/1800 1000 1200 200 .. . 200 200 300 10 . . 30 16, 18, 20 16, 18, 20 16, 18, 20 22, 25 8, 10 10, 12, 14 12, 14, 16
БСВГ В неустойчивых грунтах с закреплением стенок сква- жины глинистым раствором Станок УРБ-ЗАМ 600/1600 200 .. . 300 10 . . 20 14, 16, 18 6, 8, 10
БСВо В неустойчивых грунтах с закреплением стенок сква- жины ненэвлекаемымн тру- бами Станки УРБ-ЗАМ УКС 600/1600 800/1800 200 .. . 300 10 . . 30 14, 16, 18 16, 18, 20 6, 8, 10 8, 10
Б СИ То же, инвентарными из- влекаемыми трубами Установка СП-45 и станки зару- бежных фирм 880 980 1080 1180 10 .. 50 16, 18, 20 16, 18, 20, 221- • 16, 18, 20, 22, 25 8, 10, 12 10, 12 12, 14, 16
БССм В сухих глинистых грун- тах без закрепления сте- нок скважин Ямобур 400 500 200 2. . 4 12, 14 6
Примечании, 1. Способ изготовления свей — вращательное бурение. Свен типа БСВ0 изготавливаются вращательным или удар-
но-канатным бурением. 2. В числителе приведен диаметр ствола, в знаменателе — диаметр уширепня в нижней части свая.
Тип сваи Диаметр
сван, мм 10 12 14 116
БСС 500 1,96 2,36 2,75 3,14
600 2,83 3,39 3,96 4,52
500/1200 2,39 2,79 3,17 3,57
500/1400 2,51 2,91 3,30 3,69
500/1600 2,66 3.05 3.44 3.83
600/1600 3,67 4,24 4.80 5,37
800/1800 5,37 7.39 8.38 9.39
1000 7,86 9,42 10.99 12,66
1200 11,30 13,56 15,82 18,08
БСВГ 600/1600 3.51 4.08 4,54 5,21
БСВо 600/1600 3,51 4,08 4,54 5,21
800/1800 6,12 6,12 8,12 9,12
Б СИ 880
980
1080
1180
Примечание. См. примечание 2 табл. 97.
Объем бетона, м’, при длине сваП. м
J8 20 22 2-1 36 28 30
3,53 3,93 — — —_
5,09 5,55 — — — — —
3,96 4,35 4,74 5,14 5,59 5,92 6,91
4.06 4,48 4.87 5,26 5,66 6.05 6,44
4,23 4,62 5,01 5,41 5.80 6,19 6.58
5,93 6,50 7,07 7,63 8.20 8,77 9.33
10,39 11.39 12,40 13,4 14,4 15,4 16.4
14.13 15,70 17,24 18,84 20,4 21,38 23,55
20,34 22,60 24,86 27,12 29,3 31,64 23,90
5,77 6,34 — — —— —
5,77 6,34 6,91 7,47 8,04 8,60 9,17
10,13 11,14 12,14 13,14 14,15 15,21 16,16
12,16 13,37 14,59 15,8 17,0 18,2
15,08 16,59 18,10 19,60 21,11 22,12
18,31 20,14 21,97 23,81 25,64 27,47
21,85 24,05 25,23 28,42 30,60 32,79
Рис. 92 Пос
Рис. 93. Схема погружения свай вблизи эксплуатируемых сооружений
а — устройство лидерной скважины; 6 — погружение обсадной рааъемпой трубы; в —
погружение свай и выдергивание обсадной трубы; г — поперечное сечепие инвентарной
обсадной трубы (предложение авторов)
(как, например, в станках «Беното», «Като» и некоторых дру-
гих), а также с помощью сварки.
Бурить скважины для свай под защитой обсадных труб це-
лесообразно при большой глубине воды, наличии значительных
гравийно-галечниковых прослоек, набухающих глин, карстовых
полостей и при выполнении работ рядом с существующим со-
оружением (рис. 93).
ф Каков порядок изготовления буронабивных свай в грунтах,
насыщенных водой?
Бурение скважин в таких грунтах при расстояниях между
ними в свету (с учетом уширений) менее 1,5 м следует произ-
водить через одну; бурение скважин, расположенных смежно
с забетонированными, должно осуществляться после окончания
схватывания бетонной смеси в последних, но не ранее, чем
через 8 ч.
302
Отклонения фактических размеров скважины и уширения от
проектных не должны превышать следующих значений:
глубина скважины и место расположения уширения, см ±10
диаметр скважины, см ................................ ±5
диаметр уширения, см .............................. ±10
высота цилиндрической части уширения, см............. ±5
наклон от вертикали ............................. 1 : 100
отклонение от осн наклонной скважины............. I : 50
расположение оси скважины в плайе сооружения поперек/
вдоль, см ....................................... 10/15
+ Как должна доставляться бетонная смесь для изготовления
набивных свай?
Доставка бетонной смеси осуществляется преимущественно
автобетоновозами или автобетономешалками. Укладываемая
в набивные сваи смесь должна иметь осадку конуса 18... 20 см.
Бетонную смесь надо укладывать в скважину через бетоно-
литную трубу (диаметром нс менее 250 мм), имеющую прием-
ный вибробункер. Бетонолитные трубы, предназначенные для
бетонирования скважии под водой или под глинистым раство-
ром, должны иметь приемный бункер вместимостью нс менее
объема бетонолитной трубы и клапан, закрывающий доступ
бетона в трубу в период загрузки бункера. Загрузка бункера
бетоном должна производиться непосредственно с транспортных
средств без перегрузки. При подъеме бетонолитной трубы в про-
цессе бетонирования нижний конец ее должен быть всегда за-
глублен в бетонную смесь нс менее чем на 1 м.
При бетонировании свай в зимних условиях бетонную смесь
следует подавать в бункер подогретой до температуры, гаран-
тирующей температуру бетона в скважине в момент укладки
ие менее +5 °C. При температуре воздуха —20 °C и ниже реко-
мендуется обогревать приемный бункер и верхнюю часть трубы
при помощи электронагревателей или устраивать тепляк.
По окончании изготовления буронабивных свай с примене-
нием глинистого раствора верхний слой бетона надо удалить
на высоту загрязнения его грунтом и глинистым раствором.
Требования, предъявляемые к материалам для изготовления
свай, следующие: крупность гравия и щебия в смеси должна
быть не более 30 мм, прочность их не меиее 60 МПа; срок
начала схватывания цемента не меиее 2 ч. Подвижность и
связность бетонной смеси следует обеспечить подбором ее со-
става и введением поверхностно-активных пластифицирующих
добавок.
При устройстве буронабивных свай в мерзлых грунтах не-
обходима технология бетонных работ, обеспечивающая гидрата-
циоииос твердение цемента при минимальном нарушении
ЗОЭ
мерзлотного режима и засоленности прилегающих слоев вязко-
мерзлого грунта.
Специфика условий твердения бетона в контакте с вязко-
мерзлым грунтом состоит в том, что грунт, окружающий бетон,
на протяжении всего периода твердения имеет более или менее
постоянную отрицательную температуру в пределах от —2 до
—5 °C. Количество вводимых в бетон химических добавок
(CaCI2+NaNO2, NaNOs) составляет не более 0,5... 1 % от мас-
сы цемента при обеспечении термосного выдерживания бетона
ие меисе 3 суток при положительных температурах, что достига-
ется укладкой бетонной смеси с температурой не ниже +15 °C.
+ Как контролируется качество изготовления буронабивных
свай?
Качество изготовления буронабивных свай, т. е. укладки бе-
тонной смеси, может контролироваться с помощью радиоизото-
пов и ультразвука, позволяющих оценивать плотность укладкн
бетонной смеси в процессе бетонирования. После изготовления
свай следует рекомендовать метод отбора бетонных кернов из
тела сваи путем бурения ее ствола колонковым способом и по-
следующим испытанием кернов иа прочность.
+ Для чего нужна зачистка забоя скважины?
Зачистка забоя скважины влияет на несущую способность
буронабивной сваи. При наличии шлама в пяте или разрых-
ленного грунта искажается картина несущей способности буро-
набивной сваи, определяемой статическим испытанием. В не-
обходимых случаях для повышения несущей способности грунта
в пяте сваи в забой может быть втрамбован слой песка или
щебня, зачистку забоя следует производить уплотнением в ием
грунта ударным способом.
ф Какова необходимость в проведении статических испытаний
буронабивных свай?
Буронабивные сваи подвергают статическим испытаниям до
начала массового изготовления их на объекте. Целью испыта-
ний является определение несущей способности буронабивных
свай.
Подлежат испытанию до 1 % свай, но не меисе двух в оди-
наковых геологических условиях. Статические испытания за-
ключаются в загружеиии сваи нагрузкой и в измерении ее оса-
док от действия этой нагрузки. Опытная свая нагружается
ступенчато возрастающей нагрузкой—1/2,5.. .1/1,5 от ожидае-
мой предельной нагрузки в начало испытаний до 1/10... 1/15 на
последующих ступенях нагрузки.
304
Наблюдение за осадками сваи ведут после приложения оче-
редной ступени нагрузки до условной стабилизации осадок, ко-
торая характеризуется величиной не более 0,1 мм за последние
2 ч наблюдений. Осадки фиксируются с точностью до 0,1 мм
при помощи прогибомеров.
После доведения нагрузки до предельной сваю разгружают
также ступенями, равными удвоенным ступеням загрузки. Дан-
ные наблюдения за осадками записывают в журнал испытаний.
Предельная нагрузка соответствует точке перелома на графике
осадка — нагрузка и ее принимают на одну ступень меньше
максимальной нагрузки, при которой свая теряет устойчивость.
График зависимости осадки от времени, являющийся вспомо-
гательным, позволяет точнее зафиксировать момент потери
устойчивости и предельную нагрузку иа сваю. В момент потери
устойчивости скорость осадки свай резко возрастает.
Испытания опытных буронабивных свай должны прово-
диться после набора бетоном стволов прочности, равной 70 %
от расчетной, ио по истечении не менее 28 дней после их изго-
товления.
+ Какова технология устройства вибропесчаных свай для под-
готовки строительной площадки?
Для устройства вибропесчаных свай применяются инвентар-
ные металлические трубы диаметром 350...426 мм, длиной от 9
до 15 м, жестко соединенные верхним концом с вибропогружа-
телем. В верхней части трубы имеется отверстие с воронкой для
заполнения скважины песком. На нижнем конце трубы устанав-
ливается инвентарный раскрывающийся или теряемый башмак.
Технологический процесс изготовления вибропесчаной сваи
состоит из пяти операций: соединение лепестков инвентарного
раскрывающегося наконечника; поднятие краном конструкции
и установка ее на место погружения; погружение инвентарной
трубы; заполнение трубы чистым сухим песком крупностью
0,25...0,5 мм; постепенное извлечение трубы при включенном
вибраторе.
При применении вибропесчаных свай для уплотнения осно-
вания их следует располагать так, чтобы уплотненные цилин-
дрические зоны пересекались, образуя сплошной массив. Обыч-
но принимают расстояние между осями вибропесчаных свай
равным 1... 1,5 м при диаметре 0,35... 0,45 м.
Расстояние между осями вибропесчаных свай, расположен-
ных по квадратной сетке, определяют по формуле
L=* VrcB (1 ч- ₽о)/(ео — В1).
где Fen —объем песка в I м длины сваи (колеблется от 0,25 до 0.6 мэ/м);
Со и Bi — начальное и конечное значения коэффициента пористости, опреде-
ляемые по компрессионной кривой в зависимости от требуемой степени
уплотнения грунта.
305
При расположении свай в углах равностороннего треуголь-
ника расстояние между ними увеличивают на 10 %.
ф Что такое илоцементные сваи?
Применяются илоцементные сваи (только в зоне действия
вертикальных нагрузок) для отдельно стоящих малоэтажных
зданий, оснований дорог, оснований подкрановых путей, а так-
же при отсутствии динамической нагрузки и контакта с аква-
торией. Выше свай должен быть уложен распределительный
слой грунта с углом внутреннего трения не менее 30°.
Илоцементные сваи изготавливаются с помощью станков
вращательного движения без выемки грунта, с подачей цемент-
ного раствора через буровые трубы к специальному рабочему
органу, обеспечивающему надежное перемешивание его со сла-
быми глинистыми и илистыми грунтами.
Диаметр илоцемеитных свай принимается 0,6... 1 м, длина
их зависит от геологических условий площадки.
Раздел V
УСТРОЙСТВО ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИИ
В ВОДНОЙ СРЕДЕ
1. Перемычки и ограждение котлованов
ф Что такое перемычки?
Перемычка—это ограждение, предохраняющее гидротехни-
ческое сооружение или его котлован от затопления во время
строительства или ремонта и позволяющее производить строи-
тельные или ремонтные работы на гидротехническом сооруже-
нии насухо.
Основные признаки классификации перемычек, нх наимено-
вание и общая характеристика приведены в табл. 99.
Наиболее часто встречаются перемычки следующих типов:
грунтовые (земляные) насыпные и намывные: без экрана и без
дренажа; без экрана, но с дренажем; с экраном, ио без дрена-
жа; с экраном и дренажем (рис. 94); каменно-набросные; ря-
жевые перемычки из деревянных брусьев сквозной рубки с про-
тивофильтрациоипой стенкой из металлического шпунта; шпун-
товые однорядные и двухрядные перемычки из специального
металлического шпунта или деревянные с отсыпкой с одной
или с двух сторон; ячеистые перемычки из плоского металли-
ческого шпунта, тонкостенного листового металла цилиндриче-
ской формы, сегментной формы и цилиндрические со взаимно
пересекающимися диафрагмами.
+ Как устраиваются грунтовые перемычки?
Заложение откосов грунтовых перемычек высотой до 15 м
принимается в соответствии с данными табл. 100. Ширина грун-
товых перемычек поверху назначается от 2 до 6 м. При отсыпке
перемычек из гравия, гальки, валунов на верховом откосе уст-
раивают экраны из водонепроницаемых грунтов со стороны под-
пертой воды. Толщина экрана в верхней части принимается нс
менее 0,8 м, в нижней — ие менее 1 м. Верх противофильтраци-
оииого устройства делают выше нормального подпорного стати-
ческого уровня на 0,5 м.
При возведении перемычки насухо используют супеси, су-
глинки и гравийные грунты с песчаным и глинистым заполни-
телями. При возведении перемычек с отсыпкой в воду приме-
307
ТАБЛИЦА 09
Признаки классифи- кации Наименование перемычек Основная характеристика
Расположение по Продольные Направлены вдоль потока
отношению к оси во- Верховые попереч- Направлены поперек потоков
дотока ные Низовые попереч- ные в верхнем бьефе То же, в нижнем бьефе
Условия возведе- ния Возводимые насухо Возводимые в воде Расположены па пойме вне русла, возводятся в межень с подготовкой основания Расположены в русле
Условия пропуска Не затопляемые па- Не приспособлены для пере-
паводка водками Нс затопляемые на- водками Затопляемые па- водками лива воды через гребень Приспособлены для пропуска воды через гребень То же
Конструкции н ма- териалы Грунтовые Каменио-набросные Ряжевые Шпунтовые Тонкостенные обо- лочки Бетонные Выполняются из местных мате- риалов То же Выполняются из дерева Деревянные или металличе- ские, однорядные, двухрядные, ячеистые Ячеистые из топкого листо- вого металла Выполпяютси в виде стенки
няются различные песчаные грунты и супеси с небольшим со-
держанием глинистых частиц (до 10 %).
В качестве водонепроницаемого слоя может быть применен
глинисто-гравелистый грунт или глинобетон следующего соста-
ва: крупного гравия—1, мелкого гравия — 0,35, песка—0,15,
глины — 0,18...0,2 м3.
Для дренажей используют крупный песок, гравий, щебень и
сортированный камень.
Грунт в тело перемычки укладывается послойно, последо-
вательно на отдельных участках — картах. Каждый уложенный
слой уплотняют отдельно с соблюдением оптимальной влажно-
сти Wq. Необходимая плотность грунта угр, отнесеииая к макси-
мальной стандартной плотности утах. характеризует коэффи-
циент уплотнения k при допустимой относительной влажности
IF/UZO| значения которой приведены в табл. 101.
ф В каких случаях рекомендуется отсыпка каменно-набросных
перемычек?
Каменно-набросные перемычки устраивают в воде при ско-
рости течения более 0,5 м/с. По конструкции поперечного про-
308
ТАБЛИЦА 100
Наименование откосов Заложение откосов при расчетной высоте, м
до 5 б... 10 Ю... 15
Верховой: песчаный 2.50 3,00 3,00
глинистый 2,00 2.50 3,00
щебенистый и гравийный 1.50 1.75 2.00
песчано-гравийный 1,75 2,00 2,50
Низовой: песчаный с дренажем 2,00 2,00 2,00
» без дренажа 2,00 2,25 2.25
глинистый с дренажем 1,50 1,75 1,75
* без дренажа 1,75 2,00 2,25
щебенистый и гравийный 1,50 1,50 1.75
песчано-гравийный 1,50 1,75 2,00
филя каменно-набросные перемычки подразделяются на пере-
мычки с экраном из пегрунтовых (синтетических) материалов
и с экраном из грунта (рис. 95). Заложение откосов обычно
принимается равным естественному откосу насыпи, получаю-
щейся при свободной отсыпке камня. Заложение верхового от-
коса при устойчивом основании принимается в пределах 1 : 1,0...
... 1 : 1,2, низового откоса — 1 : 1,2... 1 : 1,4; при отсыпке на гли-
нистые грунты откосы уполаживаются до 1:2.
Для долговременных перемычек применяется камень с проч-
ностью после 24-кратного замораживания 50...60 МПа. Па-
броска камня в воду производится пионерным способом с бе-
рега сразу иа всю высоту перемычки, зимой со льда. Конст-
рукция и размеры экрана перемычки такие же, как и для
грунтовых перемычек.
ТАБЛИЦА >01
Г рукты Плотность Vrp. г/см‘ Оптимальная влажность Wo. Допустимая влажность W7W.
Л > 0.98 Л = 0,95
Песок 1,6 Не ограничивается
Песчаник гравелистый 1.7 . . . 2,0 Не ограипчиваетсн
Пески пылеватые, супеси 1.7 .. . 1,75 16 ... 18 1,35 1.6
легкие крупные
Супеси легкие и пылеватые 1,7 .. . 1,75 16... 18 1.25 1,35
Супеси тяжелые, суглинки 1.6 22 1,15 1.3
легкие
Суглинки тяжелые 1,5. . . 1,6 22 ... 24 1.1 1.2
Тяжелые пылеватые глины 1.45. . . 1,55 25 ... 29 1.1 1.2
309
Рнс. 94. Простейшие грунтовые перемычки
а — без дренажа и экрана; б — без экрана, ио с дренажей; в — с экраном, ио без
дренажа; е — с экраном н дренажем
Рис. 95. Перемычки камеино-иабросиыс (а, б) и комбинированные (а) с вер-
ховой и противофильтрациоипой призмой из грунта
а —с экраном иа негрунтовых (синтетических) материалов; б —с экраном из грунта;
1 — экран иа полиэтиленовое плевки; 2 — песчано-гравийная подготовка под экран
в виде обратного фильтра; 3 — песчано-гравийный защитный слой; 4 — суглинистый
экран; 5 — обратный фильтр; S — грунтовая призме; 7 — каменная наброска
Комбинированная перемычка устраивается в текущей воде
из каменной наброски и грунта, между которыми имеется
обратный фильтр.
Рис. 96. Однорядная (а) и двухрядная (б) шпунтовые перемычки
1_шпунт; 2 — песок, местный камень: 3 — маячные сваи
310
ф Что такое однорядные и двухрядные шпунтовые перемычки?
Однорядная перемычка представляет шпунтовую стенку, за-
битую в нескальное основание и обсыпанную для получения
достаточной водонепроницаемости песчаным или песчано-глини-
стым грунтом (рис. 96,а). Однорядная деревянная шпунтовая
стенка устраивается при глубине воды до 4 м, металлическая —
до 5...5,5 м. В случае необходимости шпунтовую стенку усили-
вают одним илн двумя рядами подкосов.
Двухрядные деревянные шпунтовые перемычки возводят при
глубине воды до 5...6 м (рис. 96,6). Двухрядные перемычки из
металлического шпунта выполняют при глубине воды от 6 до
10 м. Для заполнения используются любые грунты с содержа-
нием глинистых частиц не более 20 %.
Расстояние между рядами принимается от 0,6 до 1 свобод-
ной высоты шпунтов; ряды соединяются стальными стяжками
по высоте через 2,5... 3 м.
ф В каких случаях устраиваются ячеистые перемычки?
Ячеистые перемычки устраивают на глубинах более 10 м;
при экономическом обосновании возможно их устройство и па
меньших глубинах. Основным принципиальным отличном ячеи-
стой конструкции (при криволинейном очертании ячеек) от
двухрядной является работа плоского шпунта не иа изгиб, а на
растяжение.
В ячеистых перемычках применяется плоский металлический
шпунт или рулонированный металлический лист толщиной
8... 10 мм, позволяющий изготавливать конструкции па строи-
тельно-монтажной площадке. Использование рулоипрованного
материала позволяет увеличить производительность труда при
изготовлении перемычек.
Конструкция ячеистой перемычки из плоского шпунта по-
казана на рис. 97. Основными элементами этого сооружения
являются цилиндрические ячейки, к которым примыкают соеди-
нительные козырьки. В местах примыкания козырьков забива-
ются прокатанные, сварные узловые шпунты или металлические
полутрубы, стягиваемые по высоте анкерами, с последующим
заполнением грунтом. Чтобы предохранить заполнение от вы-
мывания, оно перекрывается бетонной плитой или крупными
камнями, укладываемыми на гравийио-каменном обратном
фильтре. Так как ячейки плохо сопротивляются сосредоточен-
ным и односторонним нагрузкам, предусмотрена железобетон-
ная кольцевая плита, укладываемая иа уровне воздействия ле-
довых нагрузок, что обеспечивает совместную работу всех свай
шпунтовой ячейки.
Устройство противоледовых бетонных вкладышей не требу-
ется в тех регионах, где скорость таяния и схода льда на аква-
3li
Рис. 97. Схема перемычки ячеистой конструкции
а — цилиндрическая; 6 — сегментная; в — цилиндрическая с пересекающимися диафраг-
мами; / — поперечные прямолинейные стенки диафрагмы; 2 — сегментные наружные
стенки; 3 — цилиндрические ячейки; # — соединительные «козырьки»
тории выше скорости оттаивания песчаной засыпки ячеистых
конструкций.
Ячеистые перемычки применяют в качестве продольных пе-
ремычек, так как они мало сужают русла реки, не боятся под-
мыва, допускают перелив воды, могут работать на иапор
Рис. 98. Общий Рид оболочки с раскрытым кондуктором перед заполнением
(а) и вид кондуктора сверху (б)
/ — оболочка; 2 — верхние подмости; 3 — кондуктор зонтнкового типа; 4 — шарнирная
штанга; 5 — упор
312
с обеих сторон (мол). Возведение и разборка их полностью ме-
ханизированы, технология изготовления поддастся индустриали-
зации, толщина листа для их изготовления принимается по рас-
чету (8... 12 мм).
ф Какие ячеистые конструкции применяются в гидротехниче-
ском строительстве?
В гидротехническом строительстве находят применение яче-
истые конструкции из стального шпунта и тонкостенной стали:
цилиндрические, состоящие из вертикальных цилиндрических
ячеек, соединяемых между собой козырьками; сегментные, пред-
ставляющие собой ряд сегментных ячеек, разделенных плос-
кими диафрагмами; цилиндрические со взаимно пересекающи-
мися диафрагмами, состоящие из ряда ячеек, образованных
четырьмя полуцилиндрическими поверхностями и днумя пере-
секающимися диафрагмами, соединенными между собой ко-
зырьками.
Цилиндрические перемычки из плоского шпунта следует при-
менять при глубинах воды 15...20 м в тех случаях, когда за-
грузка ячеек, обусловливающая работу замков шпунтов па раз-
рыв при соответствующей высоте перемычки, ие вызывает в зам-
ках перенапряжений.
Сегментные перемычки из плоского шпунта устраиваются
при глубине 18...22 м. Из-за уменьшенного расстояния между
диафрагмами в этих перемычках происходит снижение напря-
жений в узловых соединениях от действии загрузки ячеек.
Цилиндрические ячеистые перемычки со взаимно пересекаю-
щимися диафрагмами применяются при глубине воды больше
20 м.
Цилиндрическая ячеистая перемычка, изготавливаемая из
стального листа толщиной 8—11 мм с усилением внутренними
поперечными и продольными ребрами, применяется в любых ус-
ловиях (море, река, водоем) независимо от глубины.
Оболочки перемычек, выполняемые из плоского стального
шпунта типа ШП, ограничивают высоту цилиндрических пере-
мычек до 10... 15 м, так как длина шпунта для этих высот
должна быть 20...25 м; высота сегментных перемычек состав-
ляет 15... 20 м при длине шпунта до 30... 35 м.
Существуют две технологии индустриального изготовления
ячеистой конструкции:
на сборочной площадке (на стапеле, плавучей платформе
и т. д.) изготавливается кольцевая ячейка из шпунта или тонкой
листовой стали, затем она буксируется к месту строительства,
где устанавливается на подготовленное основание в прорези и
принудительным способом (гидромеханизированным, вибраци-
онным и др.) погружается на проектную глубину;
313
Рис. 99. Опускание тонкостенной яче-
истой оболочки с помощью внешнего
кондуктора (а) н способ соедине-
ния (6)
/—траверса; 2 — тонкостенная оболочка;
3 — кондуктор; 4 — подкладки; S — соеди-
нительная труба; 6 — заполненное песком
соединение
на сборочной площадке изготавливаются стальные ячеистые
конструкции, усиленные поперечными и продольными ребрами
с ножевым башмаком в нижней части, которые затем буксиру-
ются к месту строительства н плавучим краном устанавлива-
ются на подготовленное щебеночное или тщательно спланиро-
ванное скальное основание, где удерживаются за счет собствен-
ного веса и их положение фиксируется с помощью внутреннего
(рис. 98) или внешнего кондукторов (рис. 99) до заполнения
песком или гравием.
Внутренний кондуктор применяется для повышения жестко-
сти тонкостенных стальных оболочек и состоит из верхнего и
нижнего ярусов. После скрепления верхнего яруса кондуктора
с верхом оболочки в нижнюю часть полости этой оболочки за-
водят нижний ярус кондуктора, который в сжатом виде прохо-
дит через центральный проем в верхнем ярусе кондуктора
(рис. 98, б). Затем нижний ярус кондуктора разжимают, при-
давая низу оболочки правильную круглую форму и подвеши-
вают к верхнему ярусу кондуктора. В таком виде оболочку
транспортируют на место и устанавливают на дно. Нижняя
кромка оболочки врезается в грунт. Нижний кондуктор сжи-
314
мают, извлекают из оболочки и производят рефулирование внут-
ренней полости песком до верхнего яруса кондуктора, который
затем также снимают, после чего оболочки полностью запол-
няют песком.
Для соединения металлических обечаек применяется метал-
лическая упругая труба, деформируемая к центру с обеих сто-
рон на поперечной оси, с песчаным заполнением (рис. 99, б).
ф В какой последовательности осуществляется, засыпка ячеек
грунтом?
В зависимости от типа перемычки и воспрннятия ею усилия
производится ее заполнение песком, песчано-гравелистыми или
супесчаными грунтами. Камнем перемычки заполняют редко,
так как при этом можно повредить замки. Суглинистый грунт
дает большие усилия распора, а значит, и напряжения п эле-
ментах ячеек.
Поскольку каждая цилиндрическая ячейка работает само-
стоятельно на распор грунта, то ячейки заполняют на всю вы-
соту независимо друг от друга, что обусловливает минимальные
сроки возведения отдельных частей сооружения, устойчивость
против действия внешних нагрузок. Ячейки сегментного типа
заполняются группами таким образом, чтобы отставание но вы-
соте загрузки в смежных ячейках было не более 1 .. .2 м во из-
бежание изгиба поперечных диафрагм. При этом способе работ
сроки возведения сооружения увеличиваются. Для предохране-
ния заполнения от вымывания пространство перекрывается бе-
тонной плитой или крупными камнями, укладываемыми на гра-
вийно-каменном обратном фильтре.
ф Как устроить ледяную перемычку?
Ледяные перемычки просты в изготовлении и ие требуют
привлечения специализированных организаций для их устрой-
ства. В устьях сибирских рек используют ледяные дамбы
с целью защиты судов от весеннего ледохода или увеличения
поймы для сельскохозяйственных нужд.
Подготовку участка строительства начинают в летний сезон.
Ее ведут на береговой части участка: прокладывают дороги,
строят помещения для оборудования и материалов, топливохра-
иилище, линии электропередачи, оборудуют освещение, монти-
руют и опробуют передвижную дизельную электростанцию.
Все подготовительные работы должны быть закончены к на-
чалу ледостава.
Работы в зоне намораживаемого молодого припая начинают
сразу после приказа начальника станции, разрешающего выход
людей на припай. Первоначально устраивают удобный съезд на
315
него с берега. По контуру сооружения устраивают ограничи-
тельную майну шириной 1 м, по ее длине с шагом 30 м остав-
ляют ледовые перемычки шириной 1 м. По мере образования пе-
ремычки майну засыпают подвспененным полистиролом ПСБ
нли керамзитом слоем толщиной 0,5 м.
По контуру зоны намораживания устраивают барьер из ме-
телевого снега или снежных брусков, который промораживают,
поливая водой. Высота барьера 0,5 м, ширина 0,2 м. Со сто-
роны акватории по фронту перемычки с помощью арматуры
крепят щиты полутеплопроводящего покрытия. Высота каждого
ряда щитов 2 м. В процессе промораживания барьера арматура
и щиты образуют с ним монолит; в дальнейшем барьер по
фронту перемычки наращивают только при установке следую-
щего ряда щитов теплопроводящего покрытия.
По мере намораживания сооружения через каждый метр по
высоте в его тело по длине и ширине вмораживают армирую-
щие канаты. После посадки сооружения на грунт длину попе-
речных канатов увеличивают на 2 м по отношению к ширине
сооружения в данном месте и нх концы заделывают в сква-
жины, пробуренные в барьере, или крепят анкерами на корен-
ных породах.
По фронту перемычки после достижения ею 0,9 полной вы-
соты вмораживают бревна с рымами для крепления термоизо-
ляции. Рымы устанавливают на расстоянии 3 м один от другого.
Термоизоляцию устанавливают по окончании формирования со-
оружения. На внешний контур сооружения с помощью пере-
движного пеногенератора наносят теплоизоляционный слой во-
довоздушиой пены. Ширина слоя 2 м; он закрывает ограничи-
тельную майну. В результате по контуру перемычки образуется
полоса льда пониженной прочности, которая весной при под-
вижке припая разрушается в первую очередь.
2. Расчеты перемычек
ф Какие принципы положены в основу расчета гидротехниче-
ских сооружений?
Расчеты гидротехнических сооружений выполняются по двум
группам предельных состояний. По первой группе рассчитыва-
ется общая прочность и устойчивость сооружения; прочность и
устойчивость отдельных элементов сооружения (включая узлы
соединений); деформации отдельных элементов, от которых за-
висит прочность других несущих конструкций сооружения (на-
пример, анкерные опоры заанкероваииых шпунтовых стен). По
второй группе предельных состояний выполняются расчеты де-
формаций сооружений и отдельных элементов, в том числе тем-
пературные.
316
Расчеты производятся при расчетных нагрузках и характери-
стиках грунтов и материалов исходя из условий:
по первой группе предельных состояний
ЛсЛГр < Rmmn/KH;
по второй группе предельных состояний
NP^R,
где пе — коэффициент сочетания нагрузок: для основного сочетания нагрузок
ле=1, для особого — «с =0.9. в период строительства —ис=0.95; Nv и R —
расчетное значение обобщенного силового воздействия и сила предельного
сопротивления: т — коэффициент условий работы: т=1,15 (табл. 102);
тв— дополнительный коэффициент условий работы, учитывающий услов-
ность расчетной схемы; кп — коэффициент надежности по назначению конст-
рукции: для сооружении II класса Кп=1,2;1П класса—кп=1,15; IV класса—
К|1 = 1.1.
Осадка S и креп 0 набережной, вызванные сжатием грунта
внутри оболочки при Ео<4Ёзос определяются по формулам
S = ffiiSj; 0 = MiOi,
где mi — коэффициент услоппй работы: mi = (0,4—0.1 £о/Езпс: Si н fli—де-
формации сооружения как жесткого ленточного фундамента шириной В
с внецентренио приложенной нагрузкой.
ТАБЛИЦА 102
Вид расчета Значения т для грунтов Примечание
песчлпых ГЛИНИСТЫХ
Определение устойчиво- сти сооружений: при плоском сдвиге 1.15(1,25) 1.15(1.20) В скобках лапы зиаче-
при глубинном сдви- 1,40 1.40 ния тдля заглубленных сооружений
ГО при опрокидывании 1.15(1,00) 1.15(1,0) В скобках даны значения
(па скальпом основа- нии) Вычисление расчетного давления па основание при строительстве: насухо 1,00(0,80) 1,00 т для сооружений без днища В скобках даны значения
в воду 0,90 (0,70) 0,90 т для пылеватых песков
Учет уплотнения грунта основания и расчете проч* пости шпунтовых стенок прн коэффициенте пори- стости: п 0,6 (для песков) 1.10 1.Ю Для стального шпунта
л > 0,6 (для песков) п 0,7 (для глин) 1,15 1,20 1.15 1,20 Для железобетонного
п 0,7 (для глин) 1.25 1.25 шпунта
317
При проектировании надстройки в зависимости от ее кон-
струкции (по прочности, деформациям, образованию или рас-
крытию трещин в железобетоне) рассчитывают шапочную
балку, лицевые и фундаментные элементы, анкерные тяги и
плиты, тумбовые массивы, узлы соединений.
Расчет общей устойчивости сооружения производят по схеме
плоского сдвига, при этом рассматривается сдвиг сооружения
по контакту сооружение—грунт основания под воздействием
сползающей за сооружением призмы обрушения. При каменной
или щебеночной постели постоянной толщины не более 1 м рас-
чет устойчивости при сдвиге по контакту сооружение— постель
можно не производить, если tg <р грунта основания меньше 0,55.
За расчетную поверхность в пределах высоты сооружения
принимают поверхность, при которой значение RmtnK/Klt— ncNp
будет минимальным.
Рассматриваются следующие поверхности скольжения: для
шпунтовых ограждений — проходящие через низ шпунта; для
гравитационных сооружений — через боковую грань подошвы,
а при наличии постели — через тыловую грань постели; для
свайных оснований — через острие сваи переднего ряда и через
острие сваи крайнего тылового ряда.
ф Какие расчеты выполняют при проектировании грунтовых
перемычек?
Необходимо рассчитать фильтрацию через перемычку и ус-
тойчивость откосов.
Вода из верхнего бьефа в нижний фильтрует под воздейст-
вием напора, причем тело перемычки насыщается водой до оп-
ределенной поверхности, называемой депрессиониой. Линию пе-
ресечения этой поверхности с поперечным сечением перемычки
называют кривой депрессии. Грунт, расположенный ниже де-
прессионной поверхности, насыщен водой и оказывается взве-
шенным в ней, что снижает устойчивость перемычки.
Расчет фильтрации через грунтовую перемычку без дренажа
на водонепроницаемом основании при отсутствии воды в строи-
тельном котловане выполняется по формулам (рис. 100):
hi = (BImi) - ;
9 = Лф(№-й?)/(2£|):
В —
л| = я2(№-л?) £2/£i:
у2 = №(№ —ft?) */£,;
£2 = ХН -|- ftrm,
где fti —ордината кривой депресснн в месте выхода ее на ннзовом откосе, м;
В — ширина перемычки, м; m и mi—заложение верхового и низового отко-
318
Рис. 100. Расчетная схема фильтрации через грунтовую перемычку при от-
сутствии воды в строительном котловане
а — без дренажа; б — с дренажем на водонепроницаемом освоаеинн; 1 — раздельное
сечение; 2— кривая депрессии; 3 — дренаж
cod; /ii — превышение броски откоса над горизонтом воды; х—расстояние
от подошвы низового откоса до осн ординат ОУ, м; Я — напор, создаваемый
перемычкой, м; q— фильтрационный расход на I м длины перемычки, мэ/сут;
Аф — коэффициент фильтрации грунта перемычки, м/сут; Li — расстояние от
начала координат до выхода кривой депрессии на низовом откосе, м; Лг—
ордината кривой депрессии на лнннн верховой бровки гребня перемычки, м;
Lt— расстояние от оси ординвт ОУ до верховой бровки гребня перемычки, м;
X.— опытный коэффициент: Х“»п/(1+2 т).
Ось абсцисс ОХ совмещается с основанием перемычки, ось
ординат OY располагается на расстоянии кН от верхового от-
коса (считая по горизонту воды в верхнем бьефе) и образует
раздельное сечение.
Принимая различные значения х, находят соответствующие
значения у и по ним строят кривую депрессии в пределах А| и
/г2. Затем точку депрессионной кривой с ординатой h2 соеди-
няют с урезом воды плавной кривой, которая в точке пересече-
ния должна быть нормальна к линии откоса перемычки. Затем
определяют фильтрационный расход на 1 м перемычки и, на-
конец, путем суммирования всех q, получают общий суточный
фильтрационный расход через перемычку Q.
Расчет фильтрации через однородную грунтовую перемычку
с дренажем на водонепроницаемом основании при отсутствии
воды в нижнем бьефе начинается с определения точки пересе-
чения кривой депрессии с основанием перемычки, которая при-
нимается за начало координат (см. рис. 100, б). Дренаж в ниж-
нем бьефе устраивается в виде обратного фильтра из песчано-
гравийной смеси. При трубчатом дренаже начало координат
располагают в центре трубы.
С достаточной для практических расчетов точностью начало
координат 0 определяется по формуле /==0,08/7; величина / от-
кладывается от начала дренажа. Кривая депрессии строится по
формуле
а расход фильтрации
q ЛфН«/(2в).
При наличии воды в нижнем бьефе глубиной h0 начало ко-
ординат располагают в точке пересечения кривой депрессии
с уровнем нижнего бьефа. Для этого сначала строят кривую
депрессии без учета наличия воды в бьефе, затем ось абсцисс
направляют по уровню нижнего бьефа и точку пересечения ее
с кривой депрессии принимают за начало координат 0.
Кривую депрессии в этом случае строят по формуле
у-= (Н— h0)*xlB,
фильтрационный расход на 1 м перемычки соответственно опре-
деляют из уравнения
320
Рис. 101. Схема для определения минимального коэффициента устойчипости
откосен по метолу отсекоп
В случае водонепроницаемого основания с известной глуби-
ной до водоупорного слоя сначала определяют фильтрационный
расход <?! и строят кривую депрессии, условно считая, что осно-
вание перемычки водонепроницаемо. Фильтрационный расход
через водопроницаемое основание определяют но формуле
q., = кфП'П(пП),
где 'Г — глубина иодоиронпиаемого осиоиаипя. м; и — коэффициент, прини-
маемый и запнсимостн от отношения 11/Т:
в/т 20 5 4 3 2 1
п 1.15 1.18 1,23 1.30 1.44 1.87
ф Как рассчитывается устойчивость откоса ио кругяоцилиндри
ческой поверхности скольжения?
При проектировании используют приближенный расчет ус-
тойчивости откосов но методу отсекон в предположении кругло-
цилиндрической поверхности скольжения (рис. 101). Коэффи-
циент устойчивости откоса определяется по формуле
п п
к сL -|- tg cos G/ sin a;,
1 i
где L—длина дуги скольжения; n— число отсско»; г — удельное сцепление:
<р — угол внутреннего трепня грунтов; Си—сила тяжести i-ro отсека.
Положение вероятной поверхности скольжения отыскивают
методом попыток, повторяя аналогичный расчет для поверхно-
стей скольжения, проведенных из разных центров. Наиболее
опасной считается поверхность, для которой коэффициент ус-
тойчивости минимальный (пунктирная линия). Значение коэф-
фициента устойчивости принимается в зависимости от класса
321
ТАБЛИЦА 103
Крутизна откоса Поверхность скольжения проходит через ниж- нюю бровну откоса Поверхность скольжения проходит через основание на глубине е. равное
0,25 Н 0.SH н 1.6Я
А В А В А В А а А В
1 : 1 2,34 5,79 2,56 6.Ю 3,17 5,92 4,32 5,80 5,78 5,75
1 : 1,25 2,64 6,05 2,66 6,32 3,24 6,02 4,43 5,86 5,86 5,80
1 : 1,5 2,64 6,50 2,80 6,53 3,32 6,13 4,54 5,93 5,94 5,85
1 : 1,75 2,87 6,58 2,93 6,72 3.41 6,26 4,66 6,00 6,02 5,90
1 : 2 3,19 6,70 3,10 6,87 3,53 6,40 4,78 6,08 6,10 5,95
1 : 2,25 3,23 7,27 3,26 7,23 3,66 6,56 4,90 6,16 6,18 5,98
1 : 2,5 3,53 7,30 3,46 7,62 3,82 6,74 5,03 6,26 6,26 6,02
1 : 2,75 3,59 8,02 3,68 8,00 4,02 6,95 5.17 6,36 6,34 6,05
1 : 3 3,59 8,81 3,83 8,40 4,24 7,20 5,31 6,47 6,44 6,09
сооружения равным: II класса— 1,2; 111 класса — 1,15; IV клас-
са — 1,1.
При однородном грунте коэффициент устойчивости к или
безопасная высота откоса Н при заданном коэффициенте устой-
чивости определяется по формулам
к = A tg q> + сВ1(угН) или Н = сВ/[уг (к — A tg ф)],
где А и В — коэффициенты, приведенные в табл. 103.
Если грунт имеет ф<5°, то коэффициенты А н В принимают
для значения <р, соответствующего заданному положению
кровли пласта плотного грунта, которая в этом случае является
касательной к поверхности скольжения. При неоднородных
грунтах, пересекаемых поверхностью скольжения, откосы рас-
считывают по средневзвешенным значениям ф и с.
ф В чем заключается расчет шпунтовой стенки?
Расчетная схема для шпунтовой стенки и элементов внут-
реннего и анкерного креплений зависит от свойств грунта, сте-
пени его водонасыщеиия, нагрузки в зоне призмы обрушения
и уровней расположения распорок. При приближенных расче-
тах прочности шпунта и требуемой глубины его заделки в грунт
исходят из допущения абсолютной жесткости шпунтин.
При составлении расчетной схемы шпунтовой стенки надо
руководствоваться следующими соображениями:
ограждение котлованов из стального шпунта можно возво-
дить без анкерного крепления до глубины 2...3 м, а при одно-
322
анкерном закреплении — до глубины 6...8 м от поверхности
земли;
принимаемая в конструкциях длина шпунта должна отве-
чать сортаменту и не превышать 22 м; в табл. 76 и 77 приве-
дены сведения о выпускаемых в СССР типах стального шпунта;
глубина забивки шпунта ниже дна котлована предвари-
тельно принимается при анкерном креплении равной (0,42...
0,49)// и при свободно стоящей стенке — до 2/3 Н (где Н — глу-
бина котлована).
Глубину забивки шпунта в грунт исходя из устойчивости
грунта на вымывание из-под шпунта назначают из условий:
—для однорядного н />Я/(5£)—для двухрядного,
где Н — высота от горизонта до дна котлована; i — выходной
градиент фильтрационной воды, равный для глин 0,75... 1,0,для
суглинков 0,5—0,75, для песков 0,4... 0,5.
Целесообразно крепление анкерных тяг устраивать на
(0,3...0,4) Н ниже верха стенки; при этом получается наимень-
ший изгибающий момент, но увеличивается анкерное усилие.
Глубину заделки t при наличии верхних распорок рассчиты-
вают из условия предельного равновесия активного давления
грунта и воды на единицу ширины шпунтовой стены иа высоте
(Н+/) и пассивного давления грунта на глубине I:
£.’/з(//-Н)<£п(Н + */э0.
Из условий предотвращения выпирания грунта из-под стенок
принимают
1,5 ~ 2tg«(45 4 <р/2)-1 ’
где р— напряжение в грунте.
Максимальное растягивающее усилие N в шпунтовом ог-
раждении на уровне дна реки определяется по формуле
N = 0.5D [у/1 + 4G/(nD«)J tg2 (45 — ф/2).
где D — диаметр ограждения; h — высота засыпки в ограждение над дном
реки; С — масса первой секции колодца.
Разрывное усилие N для плоского шпунта типа ШП нс
должно превышать расчетного сопротивления замков иа раз-
рыв, которое ориентировочно принимается равным 1 МПа.
ф Как рассчитывается двухрядная шпунтовая перемычка
с грунтовым заполнением?
При расчете двухрядной перемычки следует различать две
схемы нагрузок.
В первой схеме иа наружную и внутреннюю стеики до водо-
отлива действует давление грунта засыпки во взвешенном
и*
323
состоянии. Давление воды с наружной и внутренней сторон
каждого шпунтового ряда взаимно уравновешивается. Эта
схема нагрузок является расчетной для наружного шпунтового
ряда. Рассчитывают его как обычный шпунт с одним (двумя)
ярусом анкеров.
Во второй схеме (рис. 96, б) при полном водоотливе из кот-
лована ввиду некоторой проницаемости стенок внутри засыпки
устанавливается депрессионная кривая. Принимают, что внут-
ренняя стенка испытывает со стороны засыпки полное давление
грунта, а давление воды в половинном размере. Внутренняя
стенка работает в значительно более тяжелых условиях, чем
наружная. Обычно для снан внешнего шпунтового ряда прини-
маются тс же поперечные сечения, что и для внутреннего ряда,
что дает некоторый запас прочности перемычки.
П р II м е р. Ои|>елсЛ11 и. глубину лабинки и рассчитать усилие и двухряд-
ной перемычке при Н—Л.Ь м. Грунт—песок, qi=30”, пжлнгк'ть сухого песка
уг|1=16 кН/м3. Засыпка выполнена мелкозернистым песком фг|.=24о. плотность
недонасыщенного песка у'Г|, = 18 кН/м’, ширина перемычки В=3,5 м.
Из условия устойчивости наименьшая глубина забники шпунта опреде-
ляется но формуле
t = H/[tg* (45 + <р/2) — I) = 4,5/[tg® (45 -J- 30/2) - I] = 2,25 м.
Глубина забники по условию устойчивости грунта при действия гидро-
динамического давления. создаваемого фильтрационным потоком, при ко-
эффициенте запаса zn=3 и ширине перемычки 3,5 м определяется но фор-
муле
t = •/, (/п//уи/угр — В) = */2 (3-4,5-10/16 — 3,5) ••= 2,47 м « 2.5 м.
Расчет на прочность обоих шпунтовых рядов ведется из условия их сов-
местной работы при заделке по плоскости АВ на глубине Лп. расположенной
ниже плоскости грунтового основания на /«= (0.5.. .1.0 м). Принимаем йп=
=4.5+ 0,75= 5.25 м.
Удельное давление на стенку па глубине /«:
от воды р„=у„/1„= 10-5.25=52.5 кПа.
от грунта Pi|,=y'l-|Iftolgz(45—ф/2)= 18-5.25-ig2(45—24/2) =39,8 кПа.
Результирующее удельное давление па глубине в первом lunyuionoM
ряду, на который действует вода и грунт. р'=рв—Рп>=52.5—39.8=12.7 кПа:
во втором рлду. на который действует 0.5 давления поды н грунта. pu =
=0.&.P»+₽rtv=0.5-52,5+ 39.8= 66.05 кПа.
На I м длины перемычки усилие в схватке, скрепляющей первый п вто-
рой шпунтовые ряды, и максимальные изгибающие моменты в этих рядах
Л4( н А42 п плоскости заделки А В определяются но формулам:
R 0.05Л0(р" р1) 0,05-5,25(66,05 — 12,7) = 14 кН;
М, 0,167р'й5 1 /?Л0 = 0,167-12,7-5,25--| 14-5,25 = 132 кП-м;
М2 -- 0,l67pu/ijj —К/|о - - 0,167-66,05-5,25®- -14-5,25 - 230,5 кН-м.
♦ Как определить глубину заделки шпунта в грунт I и расчет-
ный момент шпунтовой стенки, пользуясь графиками?
Минимальная пелпчипа заглубления /Ппп п максимальный из-
гибающий момент Мщах для различных гидрогеологических ус-
324
ловнй определяют по графикам. На рис. 102 показаны шесть
расчетных схем. Подбор сечения и глубины заделки шпунтовых
стенок I типа — без распорок — выполняется по графикам
рис. 103, а II типа —с распоркой —по графикам рис. 104.
Для каждой расчетной схемы на графиках даны значения
I, М, R от постоянной и I', М', R' от временной нагрузок, здесь
/, /' — необходимая глубина заделки Шпунта, м; М. М'— рас-
четные изгибающие моменты на I м стоики, кН-м; R, R' — рас-
четные усилия на 1 м обвязки, кН.
Временная нагрузка для всех схем принята равной 34 кПа.
Значения t, М, R, М', R' для каждого типа стенки определя-
ются кривыми /, 2, 3. 4, 5 и 6, соответствующими определенной
схеме, в зависимости от глубины котлована Н и угла внутрен-
него трения грунтов <р (от 20 до 45°).
Если временная нагрузка меньше принятой иа графиках, то
при определении значений I", М', R' необходимо вводить пони-
жающий поправочный коэффициент.
Пример. Найти /п.....Л1„1ПК шнуитоиой стоики при следующих данных:
глубина котлована //=5 м, <р--30°; расчетная схема 2, крепление II типа,
временная нагрузка 17 кН/м2 (что составляет 50 % от принятой п графиках).
Р с hi е и и е.
Глубина забнпкн шпунта согласно графикам, представленным на
ряс. 104:
от постоянной нагрузки
t - 0,55// = 0,55-5 = 2,75 м;
от ирсменной нагрузки
0.5/' = 0,5(0,8//) = 0,5(0,8-5) = 2 м.
Суммарная глубина забивки шпунта
t + 0,5/' = 2,75 + 2 = 4,75 м.
Расчетный изгибающий момент:
от постоянной нагрузки
М = 0,82//® = 0,82-5®= 103 кН-м;
от временной нагрузки
0,5/И'=0,5 (1,6/7-; 3,6/7®) = 0,5 (1,6-5-|-3,6-5®) = 49 кН-м.
Суммарный изгибающий момент
М -! 0,5/И' = 103 1- 49 = 152 кН-м.
Расчетное усилие на I м обвязки:
от постоянной нагрузки
R- , 1,7/7® = 1,7 5*=42,5 кН;
от временной нагрузки
0,5/?' - 0,5 (1,2 -1-9,6-5) = 24,6 кН.
Суммарное расчетное усилие на I м обнизки
R -I 0,5/?' = 42,5 + 24,6 = 671 кЦ.
325
Схема 1
Схема 2
Схема 3
ттттг
Г-77
Z ттптптп.
и Г-77
g-ПнН/м3
ттттттг
Г-/7
тттгтттттт
у-7*
Y’10
ТТ7ТТТТТ7ТГ
Г И
4-19
uw»)>.
Рис. ЮЗ. Графики для подбора сечения и глубины заделки шпунтовой стеикн
без распорок (анкеров)
Рис. 103 (продолжение)
Ряс. 104. Графики для под-
бора сечения н глубины за-
делки шпупгопой стенки с
одной распоркой (анкером)
От бременной нагрузки
Рис. 105. Расчетная схема графоаналитического расчета шпунтовой белаи-
ксрной стенки
ф Как выполняется графоаналитический расчет шпунтового ог-
раждения?
Расчетная схема и последовательность графоаналитического
расчета бсзанкерной стенки для ограждения котлована пока-
зана на рис. 105.
На расчетную схему шпунтовой стенки наносят проектные
отметки дна котлована, действующие временные нагрузки, на-
пластования грунтов и их характеристики (рнс. 105, а). Затем
строят эпюры активного и пассивного давлений грунта. Эпюра
ниже дна котлована получается как разность ординат пассив-
ного и активного давлений грунта. Поскольку требуемая глу-
бина забивки стенки первоначально неизвестна, эпюры строят
до уровня, заведомо превосходящего се.
При определении пассивного давления грунта значения
принимаются по табл. 104 при 6=<р (но ие выше 30°) для ак-
тивного давления грунта принимается 6=0,5 ip.
Эпюра нагрузок (рнс. 105, б) делится на отдельные элементы
произвольной высоты (обычно 0,5 пли 1 м), которые заменяют
сосредоточенными силами, равными площади полосы (рис. 105,
в). По этпм силам строят силовой (рис. 105, д) и веревочный
(рис. 105, е) многоугольники. В выбранном масштабе силы от-
кладывают по порядку: сначала активные, затем пассивные
в обратном направлении. Для удобства построения полюс Одля
пассивных сил по вертикали смещают несколько вниз (или
вверх), не изменяя полюсного расстояния. Величину полюсного
расстояния т) нс следует выбирать чрезмерно большой, по-
скольку при этом уменьшается кривизна веревочного много-
угольника и в результате снижается конечная точность расчета.
Направление вектора, замыкающего веревочный многоуголь-
ник, определяется первым его лучом, который продлевается до
ТАБЛИЦА 104
<р. град 10 20 30 40
0. град 0 5 10 0 10 20 0 15 30 0 20 30
Ч 0.70 0,66 0,64 0.49 0.14 0,11 0,33 0.29 0.27 0,22 0,19 0.17
S 1 ,42 1,55 1.63 2.04 2.51 2.86 3.00 4.16 5.67 4.60 9.11 11.4
<Р. ' Рад 5 15 25 35
б. град 0 5 — 0 7.5 15 0 12.5 25 0 17.5 30
0.034 0,787 — 0,589 0.539 0,5 0,461 0,357 0,322 0,271 0,235 0.21
ХР 1.18 1.27 — 1.69 1.95 2.12 2,46 3.67 3.91 3,69 6,4 7.76
329
пересечения с последним лучом (пунктир на рис. 105, г). Полу-
ченная эпюра представляет в определенном масштабе эпюру из-
гибающего момента в стенке. Величина момента равна произ-
ведению полюсного расстояния в масштабе сил на соответ-
ствующие ординаты замкнутого веревочного многоугольника
в масштабе длин:
М = т)у-
Величину равнодействующей эпюры пассивного давления
Еп находят из многоугольника сил, проводя луч параллельно
замыкающей из полюса О. Нижняя граница действующей
эпюры пассивного давления грунта слева находится в месте
пересечения веревочного многоугольника с замыкающей на рас-
стоянии /о от поверхности грунта перед стенкой.
Расчет заанкерованных стенок для перемычек проводится
так же, как безанкерных (рис. 106). Строит суммарную эпюру
горизонтальных составляющих бокового давления грунта и воды
до глубины, несколько большей ожидаемого заглубления
шпунта. Ориентировочно принимается полная глубина забивки
не меньше 2,5 м, или 0,35 Нст- Полученную эпюру разбивают на
12...20 элементов, которые заменяют силами, приложенными
в центрах тяжести этих элементов (рис. 106, б—д'). От всех дей-
ствующих на шпунт сил строят силовой и веревочный много-
угольники (рис. 106, ж, е).
Рис. 106. Схема графоаналитического
расчета одиоаикерной шпуптоаой стенки
о —схема шпунтовой стенки: б —эпюры ак-
тивного оа и пассивного ®р давления грун-
та; в —суммарная эпюра бокового давле-
ния грунта п воды; г —система сил, действу-
ющих на шпунт; д — веревочный многоуголь-
ник: е — эпюра изгибающих моментов; ж —
силовой многоугольник
330
Отрезки веревочной линии между силами Pi и Л+i парал-
лельны лучам, соединяющим полюс О с концами сил А на си-
ловом многоугольнике. Первый луч в веревочном многоуголь-
нике (рис. 106, е), параллельный линии О—О силового много-
угольника (рис. 106, ж) доводят до уровня крепления анкерной
тяги (точка В). Затем через точку В проводят замыкающую BF
таким образом, чтобы обеспечивалось соотношение #Эащ<0,9
Ушах. Изгибающие моменты М определяют по формуле М=-цу
и Мтах=1]Утах, где т] — полюсное расстояние — в масштабе сил,
а ордината у веревочного многоугольника—в масштабе длин.
Горизонтальную реакцию Ra в месте крепления анкерной
тяги получают из силового многоугольника между нулевым лу-
чом и лучом, параллельным замыкающей.
Точка F пересечения замыкающей с веревочной линией оп-
ределяет глубину t0, считая от проектного дна, на которой при-
ложена равнодействующая эпюры обратного отпора Ер'.
Окончательно заглубление шпунта в грунт
tn =-10 -I- Л/,
где Af=O,l toy3aujyn-
При построении эпюры давлений горизонтальная составляю-
щая интенсивности давления грунта со стороны засыпки при
/гн<0,35 Н„ и жесткости приведенного сечения шпунта £/<
< 120 МН • м2 определяется по формулам
0а Op ~ Opfn^p»
где
°а = Ъ (X Vhi — 0 с/,К Ф;
\ 1 /
°р = vfa + <?) + (*»>— 0 с/,е ф.
Хо и —находят ио табл. 104: т»о=1 и при отсутствии ?mjn=0,7; тг,«1
и при отсутствии qm2f=-\A; — коэффициент условий работы, учитываю-
щий деформацию грунта и податливость апкеропки, определяется по форму-
лам:
h < у < 0,5 (H + h) 0.5 (H + h) < у < Н у>Н
/711 1 X Л *0 :) 7711 = 0,5 + , 0,5(Я-|-Л)-у 1 H-h «1 = 0,1 -|- 0,8 X (у—Л) (Я-Л) тг = = 0,9
где h=hn, ио ие меньше 0.15 Нет; Я= 1.15 НСт.
331
I асстояние LB от шпунта до анкерной плиты должно быть
не менее 1,5 НСт.
В качестве примера приведем расчет заанкерованной шпун-
товой стенки ограждения при глубине // = —5,80 м, считая от
пуля. Отметка кордона над ординаром +3,70 м. Засыпка вы-
полнена среднезернистым песком с углами внутреннего трения
<Г1=30° и ф2=28° и плотностью соответственно над водой 17,5:
пол водой 10 кН/м’. Ниже отметки —5.80 залегает мощный слой
суглинка средней плотности с <рз=20о, сцеплением сз=16 кН/м2,
плотностью 10 кН/м3. Анкерное крепление расположено на от-
метке + 1,0 м. На поверхности засыпки расположена нагрузка
<;=40 кН/м2.
Ориентировочная глубина забивки стенки /цР=0,7 Н=0,7х
X 9,5=6,65 м. Ординаты эпюры активного давления:
на уровне поверхности засыпки
ai = + £ ythi) = (45 — 30/2) 40 = 13.3 кН/м2;
на уровне воды в акватории
в2 =- tg2 (45 — 30/2) [40 + 17,5 (2,7 + 1)] = 34,9 кН/м2;
а' = = 34.91‘е2 (45 — 28/2)]/|tg2(45 — 30/2)) = 37,8 кН/м2;
на уровне проектного дна
Оз = ч [<7 4- (Л + 1) У. 4- (Я - Л - I) у2| = 0,361 [40 + (2,7 +
+ 1) 17,5+ (9,5 —2,7— 1) 10) = 58,8 кН/м2;
а'3 = а3ЧЧ — 2с tg (45 — <ря/2) — 58,8 [tg2 (45 —
— 20/2)]/[tg°- (45 — 28/2)] — 2-16 tg (45 — 20/2) «. 57,4 кН/м2;
на отметке приближенной глубины забивки стенки
а, = 1g2 (45 - 20/2) [40 -- (2,7 ]- 1) 17,5 4- (9,5 — 2,7 — 1) 10 |
•J 6,65-10]-2-16 tg (45 — 20/2) = 90 к11/м2.
Ординаты эпюры пассивного давления:
на уровне проектного дна
Р» = 2с8 tg (45 + ф3'2) = 2-16 1g (45 |- 20/2) = 45,7 кН/м2;
на уровне приближенной глубины забивки стенки
₽4 = 'прУзКзЧ! Рз = 6.65-10 1,6 20,4 | 45,7 = 262,8 кН/м2,
где Кз= 1.6 — коэффициент, учитывающий трепне грунта о стенку.
Построенную по этим данным суммарную эпюру давления
(рис. 107, б) делят на 12...20 полосок и вычисляют горизон-
тальные силы, приложенные в центре тяжести каждой полоски
(рис. 107, в). После этого строят многоугольник сил п веревоч-
ный многоугольник. На последнем проводят замыкающую лн-
332
пию так, чтобы изгибающие моменты п пролете и в заделке
были примерно равны. Точка пересечения замыкающей линии
с веревочной линией (точка В) определяет глубину 10, считая от
проектного дна, на который приложена равнодействующая
эпюры обратного отпора Ер'. По эпюре определяют следующие
величины:
изгибающий момент в пролете:
Мпр ” - !.5-|н0 = 270 кН м;
необходимая глубина забивки шпунта:
t„ 1,|/0= 1,15,8:-6,38 м;
расчетный момент:
Л1рас ’ Мир.'1,35 - 270/1,35 200 кН - м;
расчетное усилие в анкере при расстоянии между анке-
рами 2 м
Яа. рас = 2-1,40-222 = 621,6 кН.
ф Как рассчитывается ячеистая конструкция набережной из
оболочек большого диаметра?
Гасчет ячеистой конструкции из цилиндрических оболочек
начинается с предварительного назначения размеров ячейки, за-
глубления стены, высоты надстройки и толщины оболочки.
Заглубление оболочек I на нсскальиом основании принима-
ется не менее 1,5 м с последующей проверкой общей устойчи-
вости на плоский и глубинный сдвиг. Расчет выполняется в сле-
дующей последовательности (рис. 108).
1. Давление грунта внутренней засыпки определяется по
формуле
Or — Оа. г + Оа> I • Опои — г,
где <тп. r=a,Xo.r — горизонтальная составляющая интенсивности да плени и
грунта на вертикальную плоскость внутри ячейки на глубине z при равно-
мерно распрсделеинон нагрузке ц на уровне верха.
Для надводного участка ячейки высотой Н(
% ТАО — е-г,/л ) I qe~z'lA- ;
Для подводного участка ячейки высотой Нг
- Ъло(1 ) |- в„е-У-1Л-',
где zt и Z2 — ординаты.
Для ячеек круглой формы параметр
Ло ~ О/(4Л<г. г tg (ОДБфусл)],
где Ха. г-р/(1—р) — коэффициент горизонтальной составляющей давления
грунта в состоянии покоя, определяемый по графику (рнс. 109) в заниенмо-
CTU от значения <pyCfl”arcsin(l—2 р); р — коэффициент поперечного расши-
рения: крупнообломочных грунтов — 0,27; песков и супесей — 0,30; суглин-
ков — 0,33.. .0.37; глин твердых — 0,38.. .0.45 (меньшие значения коэффици-
ента относятся к более плотным грунтам).
333
д * 40 кН/м*
°)
+3.10
34ft
37,8
/
ЧМ-
ОМ
58.8
57.4
18
Эпюра в?
Рис. 107. Пример графоаналитического расчета
одноанкерной шпунтовой стенки
а — схема шпунта в эпюры активного в пассивного
давления грунта; 6 — суммарная эпюра бокового
давления грунта; в — веревочный многоугольник
г — силовой многоугольник
4 Эпюра ва
-580
45.7 3
180 кН
13,3 Песок фз.
?i=30' у=П,5кИ/м3
&
______13J
18.1
ггр
по
29.7
т
42ft
45,0
49ft
52ft
SB.4
34ft
37,8------
58.8
830
т.8
Суммарная эпюра
Li
35
fe=222,0
Рис. 108. Схема ячеистой набережной из цилиндрических оболочек большого
диаметра (а), схема нагрузок и усилий (б)
МА -0.025 0rD’; Mg—O.OI20rD’
Рис. 109. График для определения Х0.г
при горизонтальной поверхности за-
сыпки и вертикальной расчетной по-
верхности
1 — при в-0; 2 — при 0 = фусл = arcsln (I —
— 2ц); з — при в - — ф • 4 — при 6 =
«И/Эфусл! 5- ПР« в“2/3фуся
J7 J0 23,7 17,5 11,5 5Д о^усл
Для песчаной засыпки средней плотности X,,.,- принимается
равным 0,36 п 0,46 соответственно при ф=фУслб=0,75 фусл для
z<zKp и 6=—0,33 фУсл для z>zKp. Глубина, на которой осадка
грунта внутри ячейки равна осадке ячейки, гИр=/П2(Н + Лн) —
—Ли, где
I --0,4 при Е0/£аас<2,
ш2 - I — mta при 2 Ео/Езас ==? 4,
I при E0/E3ac>4;
а=1,5 или 1,25 (при отсутствии засыпки пазух); /У — высота
оболочки; Лн — высота надстройки; /П|= (0,4—0,1 £о/Езас; Ео и
Езас — соответственно модули деформации основания и грунта
внутри ячейки.
Горизонтальная нагрузка от фильтрационного давления воды
о„-, действующая вдоль подземного контура набережной, прини-
мается по эпюре интенсивности (рис. 108, б). Величина напора
Н„. определяется по графикам схода уровнен воды в акватории.
В случае установки оболочек непосредственно на глинистое ос-
нование при отсутствии специальных дренажных устройств уро-
вень воды н оболочках принимают не ниже их верха. Прослойки
из глинистого грунта менее 20 см или из суглинистого грунта
толщиной менее 40 м нс являются водоупором.
Волновое давление воды паол прн подходе ложбины волны
учитывается прн высоте волны более 1 м.
Учет сил трения т при подошве оболочек выполняется по ус-
ловной эпюре горизонтального давления от , имеющей вид тре-
угольника с нулевым значением на высоте zr=3 м от подошвы
и максимальным значением в основании:
Ох =- Gofl(Dzr),
где б,. — масса оболочки с учетом вертикальной нагрузки и взвешивающего
действия воды; /— коэффициент трения бетона по грунту, принимаемый ран-
ным 1g <р. ио ие более 0.55; <р — расчетный угол внутреннего трепня грунта
под подошвой оболочки.
Реактивное давление грунта оР. г на лицевую поверхность
оболочек определяется при коэффициенте бокового давления
=0,5 по формуле
оР. г — *'+ с/1е Ф- *• — I).
где определяется но табл. 104.
Суммарное горизонтальное давление грунта и воды ог осрсд-
няют в пределах наиболее нагруженного 3-метрового участка по
высоте оболочки.
2. Растягивающая и сжимающая силы |Л/| в сечении а—а
определяются с максимальным по абсолютной величине осрсд-
336
ТАБЛИЦА 105
Вид грунта Ниби иные сваи, сваи-столбы и спаи-оболочки Сван за бниные и шпунт
Глины и суглинки мягкопластичиые (0,5 С lL С 0,75) Супеси пластичные (0</t< 1) Пески пылеватые (0,6 е 0,8) 2000 . .4 000 2 500 . . . 5 000
Глины н суглинки тугопластпчпые и по- лутвердые (0 0,5), супеси твер- дые (/д. < 0), пески мелкие (0,6 ^0,75), пески средней крупности (0,55 0,7) 4 000. . 6 000 5 000 . . . 8 000
Глины и суглинки твердые (/д. < 0), пески крупные (0,55 С е С 0,7) 6 000 . . 10 000 8 000 . . . 13 000
Пески граиелнетые (0.55 0,7), гра- ций и галька с песчаным заполнителем 10 000 . . 20 000 —
Примечание. Для плотных носков эничсннс к' понышистся на 30 %.
псиным значением давления грунта и поды ог по формуле
|/V|=0,5 <jrD. При ог>0 суммарное давление направлено на-
ружу, при А/>0 сечснис растянуто, при N<0 — сжато.
3. Изгибающий момент М в точках А и В (рис. 108, б) на-
ходят для сечсиия А—А:
М
в точке А коэффициент а, =0,025, в точке В — и,=—0,012. при
М>0 растянуто внутреннее волокно.
4. Касательные напряжения в вертикальном направлении
вблизи продольной оси находят по формуле
т= 1,25Н^(/П),
где / — толщина оболочки.
ф Как определяется деформация незаанкерованной шпунтовой
стенки?
Неза анкерованные шпунтовые стенки обладают довольно
значительной податливостью, вследствие чего в ряде случаев
возникает необходимость в определении смещения их верха.
При трапецеидальной форме эпюры давления грунта с верхней
а, и нижней Пг (на уровне инза стенки) ординатами переме-
щение определяется по формуле
Д = Н* (2.75а, -I- а2)/(30Е/) + 24 [УИ ((„ + 1.5Я) -|- Ql„ (0,75(ст + Я)]/к'/’т,
где М и Q — изгибающий момент и перерезывающая сила п сечении стенки,
удаленном на величину Н от поверхности засыпки; к'— коэффициент постели
грунта основания на уровне низа стсикн, кН/м* (та<5.1. 105).
337
3. Анкерные крепления и их расчет
♦ Когда необходимо анкерное крепление грунтовых стенок?
При значительной высоте шпунтовых стенок появляется не-
обходимость их усиления анкерными креплениями. Лицевые эле-
менты набережной анкеруют в пределах верхней трети высоты
в зависимости от положения строительного уровня воды, а же-
лезобетонные шпунты прямоугольного сечения — за верх. При
переуглубленин дна по фронту анкерами укрепляют низ стенки.
Анкерные крепления состоят из продольных связей — поясов,
крепежа их к шпунтовой стенке, тяг, анкерных опор. Анкерные
опоры представляют собой вспомогательные шпунтовые метал-
лические, железобетонные, деревянные стенки, устраиваемые па-
раллельно основной шпунтовой стенке. В качестве анкеров ре-
комендуется применять вертикальные железобетонные плиты
прямоугольного сечения, их устанавливают с зазором не менее
5 см. Анкерные опоры из козловых свай устраивают в случае
близкого расположения шпунтовой стенки, а также тогда, когда
грунт перед анкерами не обеспечивает надежной призмы от-
пора.
Анкерные тяги следует выполнять из стали круглого или
прямоугольного сечения. Металлические анкерные тяги в рай-
онах с суровым климатом (расчетная температура ниже
—30 °C) изготавливают из низколегированной стали марок
09Г2С и 10Г2С1Д с ударной вязкостью не ниже 30 Н-см/м2
(3 кге- см/м2).
Длина отдельных звеньев анкерных тяг должна быть не
больше 12 м, количество звеньев в тяге— не более трех (соеди-
няются между собой с помощью натяжных муфт-талрепов).
Установка анкерных шпунтовых стенок производится с соб-
людением допусков (отклонение против проектных размеров):
вдоль шпунтового ряда, см ........................... ±10
вдоль анкерных тяг, см .............................. ±10
по высоте, см ....................................... ±10
наклон в обоих направлениях, не более................ 100 : I
поворот в плане, не более ............................ 2°
Металлические анкерные тяги должны иметь антикоррозион-
ную защиту. В качестве защитного покрытия используются би-
тумно-резиновая эмаль (наносится в 2 слоя общей толщиной не
менее 3 мм), полихлорвиниловая лента (наматывается с пере-
крытием предыдущего витка не менее чем на 3 см, последова-
тельно в 2 слоя) или лента бризола (в один слой без перекры-
тия предыдущих витков). Поверхность анкерной тяги предвари-
тельно тщательно очищается и грунтуется слоем 0,1...0,2 мм.
Узлы крепления заливаются битумно-резииовой эмалью.
338
Движение машин и механизмов над тягами разрешается
только после засыпки последних слоем грунта толщиной не
менее 1,5 м.
Стыковку металлических шпунтов при их наращивании ре-
комендуется выполнять с помощью двусторонних накладок ром-
бической формы с незаваренными углами. Ширина накладок
должна незначительно отличаться от ширины соединяемых эле-
ментов. При этом сварные швы не доводятся до стыка на 25 мм
с каждой стороны.
ф Как устанавливают анкерные крепления?
Установка анкерных креплений должна производиться вслед
за забивкой шпунта. Если анкерная стейка свайная, то заби-
вать ее следует одновременно с устройством основной шпунто-
вой стенки. Установка железобетонных плит должна осущест-
вляться на тщательно спланированное основание. По выровнен-
ной поверхности отсыпается слой щебня толщиной 0,1...0,15 м
и насухо втрамбовывается в грунт. Перед тем, как приступить
к установке анкерных тяг, их подбирают по длине н соединяют
талрепами на специальной монтажной площадке. С монтажной
площадки анкерные тяги в собранном виде подаются к месту
установки. Затем тяги просовывают одним концом в отверстие
лицевой стенки, другим — в отверстие анкерной стенки.
В местах крепления к анкерным плитам рекомендуется уста-
навливать пружинные или срезные компенсаторы).
Сохранение расчетных усилий в анкерных тягах достигается
при одинаковом их натяжении. Натяжение производится только
после того, как перед анкерной стенкой будет произведена от-
сыпка грунта, обеспечивающая расчетную призму отпора.
♦ Как рассчитывают вертикальные анкерные плиты?
Вертикальные анкерные плиты рассчитываются по устойчи-
вости, по деформациям и по прочности. Расчет ведется по пер-
вой группе предельных состояний.
Устойчивость вертикальных анкерных плит при угле наклона
анкерной тяги к горизонту не более 15° определяется исходя из
условий
лс (Тв. пл + 4^'а) «S 1|>£рття/кн;
Та. пл = — Узас^ср^-»^М.
где — горизонтальная реакция в месте крепления анкерной тяги к лице-
вому элементу; la— расстояние между анкерными тягами; узас — удельный
вес грунта засыпки выше анкерных тяг; йСр— средняя толщина слоя грунта
над анкерными тягами; La — длина анкерной тяги; d — диаметр или тол-
щина анкерной тягн; ф — коэффициент, принимаемый по графику (рис.
ПО, б); £а, £р—равнодействующие активного и пассивного давления грунта
иа участке от ииза плиты до поверхности засыпки.
339
Рис. 110. Схема к расчету анкерной опоры о пиле плиты
а —общая расчетная схема; б —график Ф«/(4П//1Л)
В случае расположения анкерной плиты в однородном
грунте расстояние до нлнты La, прн котором сопротивление вы-
пору реализуется в полной мерс, определяется графоаналитиче-
ским способом (см. рис. ПО, о):
Z-a = Wc tg (45 - ф/2) + /п tg (45 + ф/2),
где Нс. — расстояние от верха стейки ло точки с нулевым изгибающим момен-
том; /п —глубина заложении плиты.
При горизонтальной поверхности засыпки, равномерно рас-
пределенной временной нагрузке q за анкерной плитой (с=0)
и зазоре между анкерными плитами не более 0,2 1Я горизон-
тальная составляющая Ел вычисляется по формуле
£а ~ (Я "I 0>5Узяс0 ^-oj/Za + (<? + ТзасО I'
где лО1 и — коэффициенты горизонтальных составляющих актнпного
давления грунта, определяемые по е=0 соответственно при 6=ф.111С н б=
=0,75 фаОс (см. табл. 104).
При определении ординат эпюры о,, вертикального давления
от нагрузки q при с=£0 значение угла наклона <р поверхности
обрушения к вертикали определяют следующим образом. За-
даются величиной /| = 3с н вычисляют »] = С/0,5 ylt. Затем по
графику рис. 111 в зависимости от г] п ф находят значение акр
и вычисляют Zf = c (2 ctgaKP—4дф). Сравнивают полученное зна-
чение аНр с принятым для определения т). Расчет повторяют до
их совпадения.
340
Рис. III. График для опреде-
лении угла наклона . иа<|> по-
верхности обрушения к вер-
тикали
Горизонтальные со-
ставляющие пассивного
давления однородного
грунта Ер определяют по
формуле
£p = 0.5V^Ma-
где 7.р—коэффициент гори-
зонтальной составляющей пас-
еппиого давления грунта,
определяемый по табл. 104
lipil В = 0 II б = <Рэас.
Расчет по деформа-
циям производится из ус-
ловия U^.UKp,
где
и — IT а. пл "С ^^^ДЛплбпл^п)'
bun— ширина анкерной плиты;
АТ1 — коэффициент податливо-
сти; для песчаного грунта
средней плотности при h,ln^
>*/3/114 принимают A‘ii =
“8 МН/м3 (800 тс/м); икр — предельная величина горизонтального смешения
анкерной плиты определяется па уроппс апкеропки по табл. 133.
Прочность анкерных плит рассчитывается на усилия, кото-
рые возникают от действия реактивного давления грунта перед
плитой
°гпях (I ± йе/йцЛ) Та.
илЛ^нлЙпл)»
mln
где е — расстояние от середины высоты плиты до точки крепления анкерной
тяги.
Максимальный изгибающий момент в анкерной плите опре-
деляют из расчета ее как двухконсольной балки с опорой в ме-
сте крепления анкерной тяги:
М max —0,125Та пл^пл-
ф Как рассчитывают анкерную тягу?
Металлические анкерные тяги с шарнирным закреплением
концов рассчитывают на растяжение исходя из условия
д/ГHf /?уЯ1/Нд/К||в
341
где Т„ — максимальное растягивающее усилие в анкерной тяге: 71—RB/B/cos а;
и — угол наклона тяги к горизонту; /-'нт — площадь сечення тяги нетто; тл—
дополнительный коэффициент условий работы: для анкерных тяг из стали
ВСтЗлс2, ВСтЗсп2, 09Г2С и 10Г2С1Д принимается равным 0,85, а для сталей
других классов — 0,75; Rv — расчетное сопротивление материала тяги рас-
тяжению: для сталей ВСтЗпс2 и ВСтЗсп2 толщиной свыше 40 мм Ки=
—210 МПа (2100 кгс/см2).
ф Как рассчитать шарнирный узел крепления анкерной тяги
к металлическому шпунту и железобетонной анкерной плите?
Плоские металлические подкладки под гайки рассчитыва-
ются на изгиб из условия
rtcM/W'n < Rymm^Kft,
где М — изгибающий момент в подкладке; при наличии распределительного
пояса расчетный момент определяется, как для балкн на двух опорах:
М 0,25Та (/р — 0.25D) — (0.05D — 0,4Т|),
— расчетный пролет: lp=l+6; l=2(htgu+A)+rf; ft, б — соответственно
высота и толщина стеикн швеллера распределительного пояса, см; а —угол
наклона тяги к горизонту; А — конструктивный зазор (приинмается не менее
3 см); d— диаметр шпильки анкерной тягн; D — днаметр отверстия и под-
кладке: D=d-f-1,5; Pi — усилие, приходящееся на опорную площадь под
гайку: Pi=TaFc,„/[n(rti—0,25 О2)]; Fon — опорная площадь:
Fon ’ г?яф1/180 — 0,5D '\/r2- 0.25D2 ;
Г| — наружный радиус опорной площадки под гайку: п =<1 — 0,5;
ф = arccos (0,50/rj), UZn = (d2 -| 62ln) W6.
An и бшп — соответственно толщина подкладки о средней части н толщина
стеикн шпунта; б —расчетная ширина подкладки: b=2 D-, тв=0,85.
Длина плоской подкладки /п должна быть не менее (Z-I 6 +
+z), ширина bu=3D.
Металлическая подкладка, на которую опирается палец ан-
керной тяги при прикреплении к железобетонной анкерной
плите, рассчитывается иа нэгнб в вертикальном и горизонталь-
ном направлении:
в вертикальном направлении
М = 0, iT’a. пл/>п>
в горизонтальном направлении
м = о, 1Та. ПЬп,
где ha н Ьи — высота и ширина металлической подкладки.
ф Как рассчитывается анкерная козловая опора?
Расчет анкерных опор в виде свайных козел производится
путем разложения усилия в анкере Ra на направление свай:
в сжатой свае 1
Nf = Racos (Zj/sin (at + oQ,
342
в растянутой свае //
Nn = Ra cos cti/sin (a( + o^).
где <i| н at — углы наклона к вертикали соотиетствеиио сжатой н растянутой
сван.
Положение козел по отношению к стенке ничем не ограни-
чивается. и забивать их можно непосредственно за ней.
Значение допустимого трения по боковой поверхности сжа-
тых свай принимают с повышающим коэффициентом 1,15, учи-
тывающим одновременное действие в них поперечных сил, воз-
никающих прн осевых перемещениях. По боковой поверхности
растянутых свай принимают значение удельного треиня без по-
нижающего коэффициента.
ф Что такое инъекционный анкер?
Инъекционный анкер представляет собой предварительно на-
прягаемую конструкцию, которая имеет в призабойной части
скважины опрессованный цементный ствол, связывающий се
с окружающим грунтом (рис. 112).
Инъекционные анкеры с углом наклона от 4 до 90° можно
применять в различных грунтах, за исключением торфов, илов,
глин текучей консистенции, набухающих, просадочных и силь-
носжимаемых грунтов. Несущая способность инъекционных ан-
керов обеспечивается за счет грунта, закрепленного вокруг ра-
бочей части длиной 4...6 м. Для закрепления грунта в рабо-
чую часть анкера под давлением нагнетают цементный раствор.
Чтобы предотвратить попадание раствора в скважину, за пре-
делами рабочей части анкера ставят уплотнитель (пакер). В за-
висимости от типа уплотнителя существует несколько видов инъ-
екционных анкеров, а именно: с резиновым расширяющимся
уплотнителем с внутренним расположением тягн; с манжетной
трубой при наружном расположении тяги; с цементной проб-
кой; с камуфлетным уширением; с буровой головкой; с разбу-
ренным уширением.
ф Как устраивают инъекционные анкеры?
При устройстве инъекционных анкеров выполняют следую-
щие виды работ: проходку скважин, установку анкеров, цемен-
тацию зоны заделки (рис. 112).
Скважины длиной до 15 м устраивают пневмопробойником,
а длиной более 15 м выполняют буровыми станками вращатель-
ного бурения.
Для нагнетания раствора в скважину применяют насосы
с давлением 1...1.5 МПа. Опрессовку цементного раствора
в зоне заделки производят с помощью сжатого воздуха или рас-
творонасосом. Заданное давление опрессовки необходимо под-
343
Рис. 112. Схема технологических операций устройства временного крепления вертикальных откосов котлована
а— бурение скважины; б —натяжение анкеров; в — установка анкерного комплекта: г — первичное нагнетание цементного раствора:
д — вторичное нагнетание цементного раствора
ТАБЛИЦА 106
Добавка
Концентра-
ция раст-
яоров. и
Количество
добнокн, ?•
от массы
цемента
Сульфитно-спиртовая барда (ССБ)
Смола нейтрализованная воздухово-
влекающая (СНВ)
Абиетат натрия (воздухововлекаю-
щая)
Кремпийорганнческая жидкость
ГКЖ-94
10 ... 30
10
10
10
0,15. . . 0,25
0,01 .. . 0,025
0,01 .. . 0,025
0.05. . .0,15
держивать в эоне заделки до схватывания цементного раствора.
Для создания высококачественной зоны заделки в инъекцион-
ных анкерах рекомендуется применять цементный раствор, при-
готовленный из портландцемента .марки 400 и выше, воды н
пластифицирующих добавок. Применение пуццолаиовых порт-
ландцементов н шлакопортландцемептов не допускается.
Оптимальная вязкость раствора достигается для песчаных
грунтов нрн В/Ц=0,4...0,6, для глинистых грунтов при В/Ц=
=0.2...0,3. Прочность раствора должна быть не менее 20 МПа
и возрасте 7 суток и не менее 30 МПа в возрасте 28 суток. Для
повышения пластичности бетонной смеси с низким водоцемепт-
пым отношением в нее вводят воздухововлекающие и пластифи-
цирующие органические добавки (табл. 106).
Анкеры должны быть защищены от коррозии, поэтому по-
крываются различными лакокрасочными материалами па ос-
нове полиэтилена, полиизобутилена, поливинилхлорида, пер-
хлорвинила, эпоксидных смол и др.
ф Из какой арматурной стали выполняют анкеры?
Для анкеров рекомендуется использовать: высокопрочную
арматурную проволоку классов В-П, Вр-П и арматурные ка-
наты класса К-7 (табл. 107); термически упрочненную стержне-
вую арматуру классов Ат-Vl и At-V (табл. 107); горячекатаную
стержневую арматуру класса А-V. Допускается применять: го-
рячекатаную стержневую арматуру класса A-1V, термически уп-
рочненную стержневую арматуру класса Ат-IV. Для анкеров
разрешается использование и других видов арматуры, в том
числе арматуры, упрочненной вытяжкой, класса А-П1в, а также
новых видов арматуры: стержневой повышенной коррозионной
стойкости класса Атп-V, арматурных канатов класса К-19 и
многопрядных канатов классов К (табл. 108 и 109 и рнс. 113).
При проектировании анкеров под нагрузку до 700 кН слс-
345
ТАБЛИЦА 107
Номи- нальный диаметр, мм Расчетная площадь поперечного сечения, мм1 Услов- ный предел текуче- сти. МПа Временное сопротив- ление раарыву, МПа Расчетное сопро- тивление, МПа Предельная несущая способность стержня, кН Теорети- ческая масса 1 т врматуры, кг
Арматурная проволока класса Вр-Н
3.0 7,1 1440 1800 1160 8 0,055
4.0 12,6 1360 1700 1100 14 0.089
5.0 19,6 1280 1600 1030 20 0,154
6.0 28,3 1200 1500 980 27 0,283
7,0 38.5 1120 1400 900 35 0,385
8,0 50,3 1040 1300 840 42 0,503
Семипроволочные спиральные арматурные канаты (пряди)
класса К-1 (П-1)
4,5 12,7 1520 1900 1230 16 0,100
6,0 22,7 1480 1850 1190 27 0,178
7.5 35,4 1440 1800 1160 41 0,279
9,0 51.0 1400 1700 ИЗО 58 0.402
12,0 90,6 1360 1700 1100 100 0,714
15,0 141,6 1320 1650 1060 150 1,116
Девятнадцатипроволочные спиральные арматурные канаты
класса К-19
14,0 | 128,7 | 1440 | 1800 | 1160 | 150 | 1,020
Двухпрядные арматурные канаты класса К2Х7
18,0 1 101,9 I 1360 I 1700 | ИЗО I 115 I 1.019
25,0 | 181,2 1 1360 1700 1 1100 200 1,812
Трехпрядные арматурные канаты класса КЗХ7
10,0 38,0 1600 2000 1230 47 0.299
13,0 67,8 1520 1900 1190 81 0.583
16,5 106,2 1440 1800 1160 123 0,825
20,0 152,7 1440 1800 ИЗО 172 0,204
Трехпрядные арматурные канаты класса КЗХ19
16,5 103,1 1600 2000 1230 127 0,795
22,0 180,9 1520 1900 1190 215 1,419
дует применять стержневую арматуру классов A-11I, A-IV и
Ат-V с характеристиками, приведенными в табл. 109.
♦ Как рассчитать инъекционный анкер?
Прн расчете наклонных инъекционных анкеров определяют
их полную длину и угол наклона, обеспечивающие устойчивость
сооружения, а также длину зоны заделки, позволяющей за счет
346
Рнс. 113. Натяжение анкерной эатяжкн прядевого тнпа из высокопрочной
арматуры
сил трения передать грунту максимально возможное усилие
в анкере.
Положение анкера в грунте устанавливают из условия об-
щей устойчивости системы стена — грунт — анкер на опрокиды-
вание вокруг низа анкеруемой стенки. Принимается, что проч-
ность грунта на сдвиг преодолена и сдвиг происходит но плос-
кости, проходящей через точку поворота анкеруемой стенки и
середину эоны заделкн анкера. Горизонтальная проекция Nx
усилия, приводящего заштрихованную фигуру в состояние пре-
дельной устойчивости (рис. 114), определяется нз выражения
^ = в|С+б(£х-Ех1)1;
а= l/[ctg (ср — Р)+ tga];
ft = ctg(q>—Р) —tg6;
G = Vy -I- q,
где Ex — горизонтальная проекция активного давления грунта па стенку
ограждающей конструкции; £Х|—горизонтальная проекция активного давле-
ния грунта на фиктивную анкерную стенку; G — .масса грунта пая предель-
ной поверхностью сдвнга между стенкой ограждающей конструкции и фик-
тивной анкерной стенкой; а н р — углы наклона анкера н предельной поверх-
ности сдвнга; ф н А —углы внутреннего трения грунта и трепня грунта по
стенке; V — объем призмы АВСД; у— приведенная объемная масса грунта
(с учетом взвешивания водой); q— полезная нагрузка (при подсчете массы
грунта учитывается при Р>ф).
Устойчивость системы стена — грунт — анкер на опрокиды-
вание вокруг низа анкеруемой стенки определяют из соотно-
шения
347
«н — NxiRtXt
ТАБЛИЦА 108
Номниаль- ныП диаметр стержня, мм Площадь поперечного сечения, мм- Предельная несущая способность стержня. кН Теоретиче- ская масса 1 м стержня, кг
А-Ив A-III A-II1B A-IV Ат-IV АТП-V At-VI Ат-VII
6 28,3 10 13 - 0.222
7 38,5 —— — 13 17 —— — — — 0,302
8 50,3 —— — 17 29 — . — — 0.395
9 63,6 — -— 22 29 — — -— —. 0,499
10 78,5 21 31 27 35 39 39 50 63 75 0.617
12 113.1 31 45 38 51 57 57 72 90 109 0.888
14 154.0 42 62 52 69 17 17 100 123 148 0.210
16 201,0 54 80 68 9) 100 100 128 161 193 1.580
18 254.0 69 102 86 114 127 127 163 203 244 2.000
20 314.0 85 126 107 141 157 157 201 251 301 2.470
22 380.0 103 152 129 171 190 190 243 304 365 2.980
25 491.0 133 196 167 221 246 246 314 353 471 3.850
28 616,0 166 246 210 277 308 308 394 493 591 4.830
32 804,0 217 322 273 362 402 402 515 643 772 6.310
36 1018,0 275 407 346 458 -— 509 652 — 7.590
40 1257,0 339 503 427 566 — 629 805 9,870
45 1590.0 429 636 — —. — — 12,480
50 1963,0 530 785 — — WV 15,410
55 2376,0 642 950 — — — — 18.650
60 2827,0 763 1131 — —. — 22,190
70 3848,0 1039 1539 — — — —- 30,210
80 5027,0 1357 2011 — — — — 39,460
90 6362,0 1718 2545 — — — — — — — 49.940
где коэффициент надежности к» = 2 для постоянных анкеров и кп"1,5 для
временных.
Ориентировочная длина эоны заделки /3 определяется по
формуле
/3 ~ NxU(nD cos а-ктрр 1g <р),
ТАБЛИЦА 109
Класс арматур- ной стали Условный предел текучести °ол. МП« Временное сопротивле- ние ои, МПа Относитель- ное удлиненно 6.
А-11 300 500 19
А-11 в 450 500 8
Л-111 400 600 14
Л-1118 550 600 6
A-1V 600 900 6
Ат-IV 600 900 8
Лт-V 800 1000 7
At-VI 1000 1200 6
At-VH 1200 1400 5
348
Рис. 114. Определение запаса ус-
тойчивости по глубокой линии
скольжения для стенки с одним
анкером
t — опорная часть анкера; 2 — свобод-
ная часть анкера; 3 —эона заделки;
4 — фиктивная анкерная стенка; S —
глубоким линия скольжения
где L — расстояние между анкерами и плане: D—диаметр скважины: р —
избыточное давление п эоне заделки прн инъецировании; к—коэффициент
однородности, равный 0,7; тР — коэффициент, учитывающий напряженное со-
стояние окружающего грунта в зависимости от давления прн инъецирова-
нии:
Коэффициент
Пески ............................................... 0,5
Глины и суглинки:
TocpAiite........................................ 0,4
полутвердые и тугонластпчныс .................... 0,3
мягкопластичные ................................. 0,2
4. Гравитационные оградительные конструкции
ф Какие существуют гравитационные оградительные конструк-
ции?
В гидротехническом строительстве применяются: обыкновен-
ная масснвовая кладка горизонтальными рядами-курсами из
монолитного бетона, бутобетона; сооружения из циклопических
массивов; сооружения из массивов-гигантов; сооружения из ря-
жей, заполненных камнем и грунтом.
Обыкновенными массивами называются бетонные, бутобс-
тонные и бутовые прямоугольные монолитные параллелепипеды
массой от 25 до 100 т. Отношение наименьшего размера каж-
дого массива в плане к его высоте принимается не менее 1,
а наибольшего размера в плане к его высоте — не более 3. До-
пускается для некоторых массивов отношение наименьшего раз-
мера в плане к высоте до 0,8.
Масса бетонных массивов назначается в зависимости от при-
нятой в расчете высоты волны:
Высота волны, м 2,5.. . 3,5 3,5 .. . 4.5 4.5 ... 5,5
Масса бетонного мпссива. т 25 40 50
349
Продолжение
Высота волны, м 5,5.. . 6.0 6,0 .. . 6,5 6,5.. . 7,0
Масса бетонного массива, т 60 80 100
В кладке допускается использовать до 10 % массивов мснь*
шей массы для перевязки швов.
Циклопические массивы представляют собой монолитные
конструкции увеличенного объема с массой от 200 до 400 т.
Применение их позволяет значительно сократить длительность
строительных работ при увеличении прочности сооружения. Ис-
пользование их ограничивается необходимостью применения до-
рогостоящего кранового оборудования большой грузоподъемно-
сти и эффективно в случае большого объема работ.
Необходимость в использовании массивов-гигантов возни-
кает в связи с тем, что они в наибольшей степени удовлетво-
ряют требованиям монолитности, прочности. При их примене-
нии сокращаются сроки строительства сооружений. Массивы-
гиганты представляют собой, как правило, железобетонные
понтоны (плавучие ящики) с внутреииими продольными и по-
перечными переборками, заполняемые после установки бето-
ном, камнем, гравием или песком.
Основными достоинствами массивов-гигантов по сравнению
с другими типами перемычек является то, что они не требуют
мощных подъемных крапов, при их использовании резко умень-
шается объем водолазных работ, значительно сокращается
время возведения подводной стенки.
ф Какова необходимость применения в гидротехническом
строительстве наплавных и объемных элементов?
В последние годы в гидротехническом строительстве при воз-
ведении сооружений различного назначения находят примене-
ние наплавные конструкции. Они доставляются к месту выпол-
нения работ по воде. Конструкции могут обладать собственной
плавучестью, либо плавучесть их обеспечивается за счет пон-
тонов.
Наплавные конструкции применяются для строительства
причальных и оградительных сооружений, платформ, цилиндри-
ческих железобетонных массивов-гигантов диаметром 20,0 м
с толщиной стенок 0,5 м в подводной зоне и 1,0 м в зоне пере-
менного горизонта. Конструкции массой более 3000 т использу-
ются в качестве одиночных опор грузовых платформ, соедини-
тельных эстакад, отбойных и швартовых пал, двухрядных пере-
мычек балочных конструкций из металлического шпунта,
водопропускных сооружений. -Хорошо себя зарекомендовали
массивные наплавные конструкции для создания искусственных
350
Рис. 115. Схема искусственного острова с ограждением из свай-оболочек,
опускных колодцев, металлических оболочек
/ — каменная призма; 2 — верхнее строение; 3— заполнитель; 4 — объекты; 5 —свая-
оболочка, опускные колодцы, металлическая оболочка
островов, используемых для размещения промышленных и дру-
гих необходимых построек и сооружений.
При увеличении глубин в водной акватории более эконо-
мичны искусственные острова со шпунтовыми ограждениями
или ограждениями из свай-оболочек большого диаметра. Сваи-
оболочки заглубляются и грунт и заполняются камнем (рис.
115). Возможно применение стальных оболочек с оптимальными
размерами: диаметр 15,0 м, толщина стеиок 10,0 мм (с учетом
коррозии), максимальная высота оболочки 16,0 м.
В процессе установки оболочки на подготовленное основание
должна быть обеспечена неизменность ее формы путем прида-
ния оболочке временной жесткости. Устойчивость оболочек, нс
заполненных грунтом, обеспечена прн волнении до 3 баллов
(высота волны до 1 м).
Устойчивость оболочек заглубленных в грунт основания на
3 м под действием волн высотой 3 м обеспечивается при запол-
нении полости оболочки грунтом не меньше чем на 4 м от
уровня воды.
Оболочки устанавливаются на подготовленное основание
с расстоянием около 0,5 м и устройством соединительных дуго-
образных козырьков.
Использование наплавных и объемных элементов обеспечи-
вает значительное сокращение сроков строительства, особенно
Рис. 116. Деревянные ряжи
/ — банки ряжа; 2 — дощатый
экран: 3 — противофнльтрациои-
иая присыпка; / — пол ряжа;
* — протипосуффозиоипая при-
сыпка
351
п периоды благоприятных гидрометеорологических условий, поз-
воляет выполнять значительные объемы строительных работ
в малообжитых районах, не располагающих необходимой про-
мышленной базой.
При устройстве глубоководной перемычки в инженерных со-
оружениях по защите Ленинграда от наводнений использова-
лись оболочки диаметром 15,0 м и высотой 15,0 м. Они изготав-
ливались на береговом стенде из рулонированных заготовок
листовой стали толщиной 10 мм, доставляемых со специализи-
рованного предприятия железнодорожным и водным транс-
портом. Для развертывания сварочных работ по изготовлению
оболочек был оборудован стенд на береговом участке, примы-
кавшем к причальной глубоководной стенке, позволяющей под-
ходить плавкрану «Черноморец» грузоподъемностью 100 т,
транспортировавшему готовую оболочку па крюке к месту се
установки в створ сооружения.
♦ Что представляет собой ряжевая перемычка?
Ряжи служат опорными конструкциями для водонепроницае-
мого экрана. Ряжевые перемычки устраивают в случае, если
грунт водоема сложен скальными породами, не позволяющими
забить шпунт на требуемую глубину, а также при высоте пере-
мычки более 5 м, когда земляные и набросные перемычки,
имеющие широкий в основании профиль, нс вписываются иа
площади, занимаемой строительством, скоростях течения 5...
6 м/с, больших волновых и ледовых нагрузках. Ряж представ-
ляет собой деревянный сруб, заполненный камнем и песком, ши-
рина которого для устойчивости делается равной 0,8... 1,2 глу-
бины воды, внутренние отсеки имеют размеры 2...2,5 м. Раз-
личают ряжи сплошной рубки из бревен и ряжи сквозной рубки
из брусьев. Со стороны напорной воды ряж обшивают двумя
слоями досок с прокладкой толя между ними или устраивают
битумные маты. Для этой цели также крайние к напорной сто-
роне ряжа банки заполняют глинистым грунтом. По дну реки
для уменьшения фильтрации воды ряжи обсыпают песком пли
обкладывают мешками с глиной. Высота ряжевых перемычек
не превышает 12 м.
Ряжи сквозного типа (рис. 116) собирают из брусьев сече-
нием от 18X18 до 22X22 см, иногда применяют лес, опиленный
на два канта высотой до 20 см с шириной постели нс менее
14 см. В последнем случае при образовании внешних углов,
а также в местах пересечения поперечных стен с продольными
делают прирубки для образования плоскостей соприкосновения.
Для жесткости составляющие венцы соединяют вертикальными
сжимами из бревен.
Венцы в пересечениях прошивают нагелями диаметром 18...
22 мм, длиной не менее 2,5 высоты бруса венца. На уровне вто-
352
рого или третьего венца в банках устраивают пол из бревен.
Погружение ряжа производится путем заполнения его камнем,
грунтом и другим материалом расчетного веса.
В качестве материала для загрузки ряжей применяют суг-
линистые, супесчаные, песчаные и гравелистые грунты, а также
гравий и камень. При предполагаемом периодическом затопле-
нии водой верхний слой перемычки следует на высоту 1 м от-
сыпать крупным камнем. Высота ряжа должна быть на 10 %
выше высоты перемычки.
ф Как рассчитывается ряжевая конструкция?
При проектировании оградительных сооружений из ряжей
делается расчет на устойчивость применительно к двум возмож-
ным схемам их работы:
1 схема—котлован осушен, со стороны водоема действует
напор;
II схема — котлован затоплен.
Устойчивость ряжа против сдвига определяется по формуле
Кед = fQI(S + Т о),
где Q — объемная масса ряжа с засыпкой с учетом взвешивающего действия
воды; 5* — горизонтальная сила давления воды с напорной стороны: S=
=0,5 Н*у, То—горизонтальная сила давления отсыпки с напорной стороны;
J — коэффициент трения ряжа по основанию:
Ряж, заполненный камнем: 7
но мокрой глине ...................................0,20
по мокрой супеси ..................................0,40
по таким же ряжам .................................0,60
по скале ..........................................0,60
Ряж, заполненный супесью:
но мокрой глине ..................................0,20
по мокрому суглинку ...............................0,30
по мокрой супеси ................................. 0,40
Ряж с заполнением:
по мокрому песку..................................0,35
но сухому песку ...................................0,45
но каменной наброске ............................. 0,60
Дополнительно к расчетам на устойчивость необходимо про-
извести расчет иа прочность отдельных элементов и вертикаль-
ных связей ряжа, а также на сдвиг по швам между венцами (иа
перекос). Нагрузки на элементы стен п днища ряжа от засыпки
определяют, принимая угол трения камня по стенке ряжа
<рп= 26... 28°.
Элементы ряжа рассчитывают на давление засыпки как од-
поп ролетные балки с шарнирными опорами по концам. Если
размеры балок ряжа в плане не превышают 2... 2,25 м, а диа-
метр бревен составляет 22 см и более, то расчет поперечных
элементов на прочность не требуется.
353
ф Как определить ширину ряжевых перемычек?
Ширину ряжевых перемычек на практике принимают равной
(1,1... 1,2) лв, где Нв — максимальная глубина воды в период
строительства. Ширина ряжа В может назначаться также из
условия устойчивости иа сдвиг по подошве:
В = KKSf(aJ), Оо = Уп^в 4- Ун^и,
где кв — коэффициент надежности; S — равнодействующая горизонтальных
(сдвигающих) нормативных сил, действующих иа I м длины сооружения;
Оо — осредненная величина напряжений под подошвой; hB — высота надвод-
ной части ряжа; ув и уя— удельный вес подводной и иадиодной частей
ряжа:
Уп = Ум, в [тд + m3 (1 — ла)],
Ун = ШдУд + msys (1 — Ла);
тЛ и т3 — удельное содержание соответственно дерева и засыпки в 1 м
длины ряжевой стеики; уя и уа — плотность дерева и засыпки; лэ — пори-
стость грунта засыпки; ум. — плотность морской воды.
В расчетах можно принять:
плотность сухого дерева уя=0,65 т/м3; плотность камня
у/=2,60 т/м3; плотность песка уа"=1,60 т/м8; пористость камен-
ной засыпки Па=0,50.
ф Что такое главные и основные оси сооружения?
Главными осями здания или сооружения являются оси его
симметрии, основными — линии, определяющие контур здания
в плане.
Главные и основные разбивочные оси сооружения закреп-
ляют на местности постоянными и временными знаками (по два
с каждой стороны) из стальных труб со штырями.
Для изготовления постоянных знаков используют коротыши
металлических труб диаметром 50... 100 мм или рельсов дли-
ной 2...2,5 м, в нижней части которых приваривают анкеры.
В верхней части знака крепят металлическую квадратную пла-
стину размером 150X150X10 мм или 200 X 200X15 мм, иа кото-
рой кернуется разбивочная точка. Знак бетонируют в скважине
диаметром 250... 300 мм.
ф Как закрепляются главная и основная створные линии и ре-
перы?
Закрепление главной и основных створных линий и реперов
производят в надежных местах, где невозможны деформации
вследствие воздействия природных факторов. Основные линии
береговой разбивки причалов должны закрепляться с каждого
354
конца не менее чем в двух точках, а при закреплении основной
линии пирса с одного конца — не менее чем в трех точках.
Длина створа иа берегу между крайними точками закрепления
должна быть не меньше половины длины сооружаемого при-
чала. В качестве основных линий при разбивке набережных
принимают линии кордонов, при разбивке пирсов — продольные
осевые линии, при разбивке причалов островного типа — про-
дольные и поперечные оси.
ф Как определяются расстояния, которые нельзя измерить
лентой?
Горизонтальное расстояние между точками А и С, разде-
ленными водной преградой (рис. 117), начинают определять
с выбора базиса в удобном для измерения месте между точками
А и В. Длина базиса должна быть такой, чтобы угол р3 ока-
зался не менее 30°. Теодолитом измеряют углы Pi, р2, рз тре-
угольника АВС. Сумма измеренных углов не должна отличаться
от 180° более чем на 1,5/ -у/З, где t — точность верньера гори-
зонтального круга. Измеренные углы увязывают, т. с. получен-
ную навязку распределяют с обратным знаком поровну па каж-
дый угол. Кроме того измеряют при помощи вертикального
круга угол v наклона базиса к горизонту. Горизонтальное про-
ложение линии АВ определяют по формуле
d = Ьо sin pt/sin рз.
где Ьа — длина горизонтального проложения базиса В.
П р и м е р. Заданы: 6 = 165,24 м; v = 6°45', Pi = 78°24', Р2- -54’30',
рз = 48’08', /=1'.
Решение.
1. Ъо = Ь cos v = 165,24-cos 6’45' = 165,24-0,99307 = 164,09 м.
2. ЕР = 78°24' + 54’30' + 48°08' = 180’02'; /р = + 2'.
3- Ifp] = 1.5/Vn = 15-1-7з'= ± 2,6'.
4. Исправленные углы: Р»= 78’23,4', pt = 54°29,3', Р1 = 48°07,3'.
5. d = 164,09-sin 54’29,37s1n 48’07,3' = 164,09-0,81412 : 0.74457 = 179,42 м.
Рис. 117. Определение расстояния, недо-
ступного для непосредственного измере-
ния лентой
355
12*
Раздел VI
ПЛОТИННЫЙ ВОДОЗАБОР НА МАЛЫХ РЕКАХ
1. Общие сведения
ф Что такое плотина?
Плотина это водонапорное гидротехническое сооружение, пе-
регораживающее водоток и его долину для подъема уровня
воды. Проектирование и строительство плотин на малых реках
с целью водоснабжения береговых районов ведется по тем ее
принципам, что и проектирование крупных плотин, только с не-
сколько упрощенными расчетами сооружений. Малые плотины,
сооружаемые для создания водохранилищ, отличаются от круп-
ных гидротехнических сооружений меньшей капитальностью и
долговечностью и допускают применение на строительстве мест-
ных материалов и малых средств механизации.
ф Что такое плотинный водозабор?
Плотинный водозаборный гидроузел представляет собой
комплекс гидротехнических сооружений. Как правило, речные
водозаборные гидроузлы бывают иизконапорными (иапор до
10 м).
Компоновку и конструкции сооружений водозаборных гидро-
узлов на реках с небольшим содержанием наносов в потоке вы-
бирают из условия наилучшего удовлетворения требований экс-
плуатации без учета наносов. По конструктивным признакам
могут быть рассмотрены следующие основные типы водозабор-
ных гидроузлов: боковой, фронтальный, дойно-решетчатый и
бычковый.
Боковой водозабор обеспечивает отвод части расхода воды
из реки под углом к направлению течения. Односторонний бо-
ковой водозабор (с подачей воды иа один берег) следует распо-
лагать на вогнутом устойчивом берегу криволинейного участка
реки или на прямолинейном. Двусторонний боковой водозабор
рекомендуется располагать иа прямолинейном участке реки.
В состав сооружений гидроузла при боковом водозаборе вхо-
дят преграждающая водосбросная плотина, расположенная
фронтально к речному потоку, и береговые водоприемники
(рис. 118).
356
Рнс. 118. Бокопой водозаборный узел
с фронтальным промывом наносов
с глухим порогом (а) и водоподъем-
ная плотина (б)
а) 1 — головное сооружение; 2 — входной
порог; 3 — плотина; 4 — промывочные от-
верстия; S — канал
б) I — понур; 2 — водобойная часть; 3 —
сливная часть; 4 — шпунт
Водосбросная плотина может иметь несколько пролетов
с разными отметками порога в зависимости от их назначения.
Обязательным является устройство промывных пролетов, обо-
рудованных затворами и обеспечивающих транзит наносов
в нижний бьеф. На реках с большим количеством шуги и пла-
вающего сора необходимо устройство в водосбросной части
плотины специальных приспособлений для сброса их в нижиий
бьеф гидроузла.
В табл. НО приведена классификация плотинных водоза-
борных гидроузлов, показана модификация их типов по взаимо-
действию с потоком.
Рекомендации по применению различных типов водозабор-
ного гидроузла представлены в табл. 111.
357
ТАБЛИЦА ПО
Модификация типов гидроузла по взаимодействию
Тип водозабор- С потоком
кого гидроузла Послойные С поперечной циркуляцией
Боковой С карманом (индийский): с полком в кармане; с промыв- ными галереями (нзарскпй); с наносозащнтным козырьком п пороге водоприемника; с лон- ными стр yen ап равняющими по- С напосоперехватывающи- ми галереями: с козырьком в пороге водоприемника; по- следовательны н
Фронтальный Донно-решет- чатый Бычковый С карманом (эльсденопскнй); ковшовой (ИЭВХ): с решетча- тым полком: с паносозашитпым козырьком п пороге водоприем- ника: с промывными галереями Тиронский; тиромский с пано- соперехватывающей галереей и сепаратной камерой; с цирку- ляционной камерой С водоприемником иа лобовой части; с водоприемником ча бо- ковых гранях: с горизонталь- ным водоприемником и верхней части бычка; послойно-решет- чатый С наносоперехватывающнми галереями: стремчатый. ферганский; ферганский с открытым порогом — га- лереей. С наклонным водоприемни- ком; с комонаправленным циркуляционным порогом
ф Когда возникает необходимость в строительстве водоподъ-
емной плотины для водоснабжения?
В тех случаях, когда требуемые уровни воды в реке в естест-
венном состоянии не обеспечивают потребное количество воды,
а также в силу промерзания не могут быть использованы как
источник водоснабжения, возникает необходимость в строитель-
стве водоподъемной плотины и создания водохранилищ.
Откосы земляных плотин принимаются в зависимости от
типа плотины и ее высоты, рода грунта, из которого опа возво-
дится. Верховой откос пг, находящийся под воздействием волн
и льда, насыщенный водой почти на всю высоту, делают более
пологим, а низовой откос m.t — более крутым. Ориентировочные
значения заложений откосов земляных насыпных плотин из
глинистых и песчаных грунтов при наличии в основании грун-
тов с прочностью не меньше, чем в теле плотины, приведены
в табл. 112.
Крепление верхового откоса от разрушающего действия
волн, льда, начинают от гребня плотины и заканчивают на
0,5... 1 м ниже нижнего горизонта воды в верхнем бьефе. На
предварительных стадиях проектирования величину заложения
358
ТАБЛИЦА 111
Тип водозаборного гидроузла Участке реки Конфигурация подводящего русла Коэффициент водозабора К, не более Рекомендуемый расход водо- забора, MJC Примечание
Боковой:
односторонний Предгорные и рав- нинные Криволинейное 0,5 Без ограниче- ния При К = 70,5 необходи- мы аккумуляция влеко- мых наносов в верхнем
двусторонний То же Прямолинейное 0,5 То же бьефе и периодическая промывка
Фронтальный:
односторонний Преимущественно предгорные Криволинейное 0,8 —
двусторонний Преимущественно равнинные, допу- стимы предгорные Прямолинейное 0,7 > Не рекомендуется для рек с большим количе- ством корчей и плавника
Донно-решетчатый Горные То же 0,4 20 Максимальный расчет- ный расход реки до 300 м’/с
ТАБЛ ИЩА 112
Высота плотины, м Заложение откосов земляных насыпных плотин из глинистых и песчаных грунтов
верхового л| низового т.
Менее 5 2.0. . 2,5 1,5 ... 1,75
5—10 2,25 . . . 2,75 1,75. . . 2,25
10—15 2,5. . . 3,0 2,0 .. . 2,5
Более 15 3,0. . . 4,0 2,5. . . 1,0
Примечание. Первые значения т нт, заложения относов
плотни относятся к суглинкам, вторые — к супесям.
откосов земляных плотин принимают по таблице. Назначение
заложения откосов проверяют расчетами статической устойчи-
вости и в случае необходимости уточняют.
Для защиты верхового откоса его крепление может быть вы-
полнено: в виде каменной мостовой на подготовке толщиной
0,1...0,2 м из песка, гравия или щебня; каменной наброски из
несортированного камня; бетонных монолитных, железобетон-
ных сборных плит.
Низовой откос плотины в зоне волновых и ледовых воздей-
ствий со стороны нижнего бьефа крепится так же, как верхо-
вой. Остальную часть низового откоса чаще всего укрепляют,
высевая многолетние травы по слою растительного грунта тол-
щиной 20...30 см (сплошным или в клетках из дерна), или
одерновкой.
Для отвода поверхностных вод на низовом откосе следует
по линии сопряжения плотины с берегами размещать водопро-
водящие лотки и кюветы. Дренажи в теле и основании плотины
устраиваются со стороны низового откоса с целью понижения
положения кривой депрессии. Дренаж предупреждает размыв
низового откоса и отводит фильтрационную воду, проходящую
через тело плотины в нижний бьеф. Виды дренажных устройств
в низовом колене земляных плотин показаны на рис. 119.
При наличии на месте строительства камня устраивается
дренажная призма из каменной наброски, которая не только
отводит воду, но является упором низового откоса плотины.
С внутренней стороны дренажной призмы устраивается обрат-
ный фильтр из слоев песка и гравия, общая толщина фильтра
принимается 0,2...0,4 м.
В любом слое обратного фильтра коэффициент неоднород-
ности грунта Дво/dio должен быть меньше 5... 10, чтобы при
фильтрации воды в данном слое не происходило передвижение
мелких частиц грунта в порах крупных частиц. Индексы при
буквах D и d показывают, какая часть грунта в процентах имеет
частички диаметром меньше D или d. Это правило можно за-
писать следующим образом: Deo/dio< (15... 10).
360
Рис. 119. Виды грунтовых насыпных плетни
л—нэ однородного грунта: С —нз неоднородного грунта с центральной призмой: а —
с экраном нз негрунтового и грунтового материалов; г — с пластичным грунтовым
ядром: д— с диафрагмой; е—с жесткой внутренней преградой; ж — дренажная призма
из камня: I — крепление верхового откоса: 2 — тело плотины: 3 — дренажный банкет;
4 — переходная вона: 5—гребень; 6 — защитный слой: 7—экран; в —верховая призма;
9 — ядро: /О —низовая призма; // — диафрагма: 12 — подошва плотины; 13—песок; 14—
гравий нлн щебень; 15 — каменная насыиь
В двух смежных слоях обратного фильтра коэффициент не-
однородности D6o/diO< (8... 10).
Высоту дренажной призмы обычно принимают 1,5...2,0 м,
ширину по верху—1...2 м. Верх призмы устраивается с воз-
вышением над максимальным горизонтом воды в нижнем бьефе
на 0,5... 1 м.
Сопряжение земляной плотины с береговыми бетонными и
железобетонными сооружениями (устоями зданий гидроэлектро-
станций, водоприемников, водосбросов и пр.) осуществляют пу-
тем устройства противофильтрационных диафрагм, врезаю-
щихся в тело плотины и доведенных внизу до водоупора.
Для хорошего контакта грунта плотины с бетонным соору-
жением его примыкающей поверхности придают уклон не круче
10: 1. Грунт в контактной зоне уплотняют особенно тщательно
с помощью иневмотрамбовок или трамбующих плит. При этом
рекомендуется укладывать глинистые грунты с повышенной на
1.. .3 % влажностью.
ф Как устраиваются земляные плотины?
Земляные плотины — наиболее распространенный тип водо-
подпорных сооружений. Они входят в состав большинства гид-
роузлов различного назначения. Земляные плотины, как пра-
вило, проектируются глухими (через их гребень недопустим
перелив воды).
Тип земляной плотины принимается в зависимости от нали-
чия на месте строительства грунта для возведения тела плотины
и от рода грунта в основании. Однородные земляные плотины
(рис. 119, о) устраиваются из водонепроницаемого суглинистого
грунта, Плотины с пластичным экраном (рис.. 119, б, г, е)
удобны для осмотра и ремонта, поэтому получили распростра-
нение в местах залегания водопроницаемых грунтов.
Экран можно устраивать из суглинка, смесн глины и песка
(глины 40 %, песка 60%). Могут проектироваться торфяные
слоистые экраны, состоящие из 2... 3 слоев торфа, между кото-
рыми укладывается слой песка. Толщина каждого отдельного
слоя должна быть не менее 0,5 м. С верховой стороны для за-
щиты от промерзания экран покрывается защитным слоем из
песка, гравия или щебня.
В жестких экранах при осадке тела плотины могут появ-
ляться трещины, поэтому они применяются редко.
При проектировании и возведении земляных плотин, необ-
ходимо учитывать следующие основные требования:
заложения откосов должны обеспечивать устойчивость со-
оружения и его основания;
откосы н гребень плотины должны иметь покрытия, защи-
щающие их от волновых, ледовых и атмосферных воздействий;
362
дренажные устройства должны обеспечивать сбор и органи-
зованный отвод фильтрующейся воды и предотвращать фильт-
рационные деформации в теле и основании сооружений.
По способу возведения земляные плотины подразделяют на
насыпные, намывные н полунамывные, по высоте — на низкие
(напор менее 15 м) и средней высоты (напор 15...50 м).
Насыпные плотины возводят послойной отсыпкой грунтов
насухо с последующим уплотнением механическими средствами.
ф Как подразделяются грунтовые плотины по конструкции?
По конструкции и типу противофильтрационных устройств
принято различать пять основных типов плотин.
Однородные плотины (рис. 119, а) состоят из одного более
или менее однородного грунта и возводятся нз песчаных, супес-
чаных и суглинистых грунтов.
Разнородные плотины сооружаются из различных грунтов и
иногда включают призмы из каменной наброски. Малопрони-
цаемые грунты укладывают в центральной части, более водо-
проницаемые— в верховом п низовом отсеках плотин.
Плотины с экраном возводятся из водопроницаемых грун-
тов: гравия, песка, супеси. По типу экранов они разделяются
на плотины с пластичными экранами из глины, суглинка и пло-
тины с жесткими экранами (рис. 119,б,в).
Плотины с водонепроницаемой внутренней перегородкой —
с пластинным ядром (рис. 119, г) из глины илн суглинков,
а также с жесткой диафрагмой (рис. 119, <9, с) из бетона, ме-
талла. Для низконапорных плотин диафрагмы могут быть ме-
таллические нлн нз деревянного шпунта (шпунтовые ряды).
Плотины системного типа имеют верховую часть из мало-
проницаемого грунта, низовую — из каменной наброски.
ф Каковы основные размеры конструктивных элементов зем-
ляных плотин?
При назначении параметров тела низконапорной плотины
руководствуются накопленным опытом и в случае крепления
верхового и низового откосов, уклоны принимают в соответ-
ствии с табл. 112.
Для плотин, возводимых на слабых основаниях, уклоны от-
косов определяются статическими расчетами. Расстояние между
бровками верхового н низового откосов называют гребнем пло-
тины. Ширина гребня для малоответственных плотин 111—V
классов устанавливается 3...6 м. В местностях с суровым
климатом ширина гребня увеличивается на 1,5 м во избежание
промерзания тела плотины.
Расстояние между линиями пересечения откосов плотины
с основанием определяет ширину плотины по низу (основанию).
363
ТАБЛИЦА 113
»*и Коэффициент о9 при отношении hB/pH
0.00 0.05 0.10 0,15 0.20 0,30 0,40
0,05 1,05 0,84 0,74 0,68 0,64 0,58 0,54
0.15 1.05 0,96 0,90 0,86 0,82 0,77 0,74
0.25 1.05 1,00 0,96 0,92 0,90 0,86 0,82
0,35 1,05 1,01 0,98 0,96 0,94 0,90 0,88
0,45 1,05 1,02 1,00 0,98 0,96 0,94 0,92
0,55 1,05 1.03 1,01 1,00 0,98 0,96 0,95
0.65 1,05 1,04 1,02 1,01 1,00 0,98 0,97
0,70 1,05 1.04 1,02 1.01 1,00 0.99 0,98
Продолжение табл. 113
г/р„ Коэффициент о3 при отношеяин Лн/ри
0.50 0.60 0.70 0.80 0,90 1.00
0.05 0,52 0,62 0,48 0,47 0,46 0,46
0,15 0.71 0,69 0,67 0,66 0,65 0,64
0,25 0,80 0,78 0,77 0,75 0,75 0,74
0,35 0,86 0,84 0,83 0,82 0.81 0,80
0,45 0,90 0,89 0,87 0,87 0,86 0,85
0,55 0,93 0,92 0,91 0,90 0,90 0.89
0,65 0,96 0,95 0,94 0,93 0,93 0,92
0,70 0,96 0.96 0,95 0,94 0,94 0,94
Высота плотин низконапорных (расстояние между основанием
и гребнем) не превышает 15...20 м.
Отметка гребня плотины определяется в зависимости от
волновых условий, скорости ветра, крутизны и шероховатости
откоса с некоторым запасом (табл. 113). Допускается при-
нимать расчетную высоту наката волн на верховой откос рав-
ной при 1 %-ной вероятности 2йв (где /iD — высота волн), а при
5%-ной вероятности— 1,5йв.
На низовом откосе плотины через 5...7 м по высоте устраи-
вают бермы шириной 1... 2 м, что улучшает условия эксплуа-
тации земляных плотин. Для защиты верхового откоса от раз-
мыва выполняют противофильтрационное покрытие — экран, ко-
торый должен располагаться от гребня плотины до границы,
находящейся ниже самого низкого уровня воды в бьефе на Зйв.
В плотине устраивают противофильтрационные призмы
(ядра), преграды (зуб и замок). Зуб не доходит до водоупора,
а замок доводится до него. Экраны выполняют из глин и су-
глинков с шириной по верху 0,8... 1,0 м, с увеличением к низу
в соотношении 1:10 от высоты плотины.
364
В случае песчаного основания экран продолжают перед пло-
тиной в виде понура. Наименьшая толщина грунтового понура
принимается не менее 0,7 м. Длина назначается в соответствии
с фильтрационными расчетами и должна быть не меньше 4...5
максимальных напоров перед плотиной.
При толщине понуры 50 см для плотин с напором до 10,0 м
по направлению к телу плотины толщину понуры увеличивают
до толщины экрана. При укладке понура на грунты, обладаю-
щие значительной водопроницаемостью, под понур следует уст-
раивать обратный фильтр.
Ядра в земляных плотинах устраивают из глины или суг-
линка с целью уменьшения фильтрационных потерь и снижения
кривой депрессии. Ширину ядра по верху рекомендуется при-
нимать не менее 80 см и увеличивать к основанию не менее чем
на 0,111 (напора). Практически толщину ядер принимают рав-
ной 3... 4 м из условий укладки и уплотнения грунтов средст-
вами механизации.
Превышение гребня ядра, м, над расчетным горизонтом
воды в водохранилище рекомендуется устанавливать в зависи-
мости от класса сооружения: 1 класса--0,6 м; II класса — 0,5;
111 класса — 0,4; IV класса—0,3; V класса — 0,2 м.
Ядро размещают по оси плотины или несколько смещают
в сторону верхнего бьефа. Устройство ядер довольно трудоем-
кая работа, поэтому их применяют только в том случае, если
в месте строительства нет пригодных однородных малопрони-
цаемых грунтов. В последние годы стали шире применять не-
тканые синтетические материалы.
ф Что следует учитывать при работе земляных плотин?
Коэффициенты фильтрации грунтов, из которых возводятся
плотины, различны. В связи с этим в плотине возникает филь-
трационный поток воды, движущийся от верхового откоса к ни-
зовому. Этот поток оказывает гидродинамическое давление на
частицы грунта. Если грунтовые частицы недостаточно защем-
лены смежными частицами грунтового скелета, то они могут
быть вынесены из тела плотины. Процесс выноса грунтовых ча-
стиц фильтрационным потоком называется механической суф-
фозией, в отличие от выщелачивания, т. е. химической суффо-
зии (меловые отложения, каменные соли, гипс).
Фильтрационный поток, идущий через основание плотины,
может привести к выпаду грунтов основания. Наиболее опасна
фильтрация в местах контакта земляной плотины с трубами
водоспусков, с устоями водосбросов.
Выход фильтрационного потока на низовой откос плотины
приводит к его сползанию. Для борьбы с этим явлением устраи-
вают дренаж (рис. 119, а). Чем ниже депрессионная линия
365
в плотине, тем лучше условия устойчивости ее низового откоса.
Это достигается надлежащим расположением дренажа.
ф Какие конструкции дренажных устройств применяются
в земляных плотинах?
Дренажные устройства по конструкции разделяются на дре-
нажные призмы, трубчатые дренажи, дренажные тюфяки или
ленты и наслонные дренажи.
Дренажной призмой (рис. 119) называют банкет из камен-
ной наброски в виде трапеции с коэффициентами внутреннего
и наружного откосов tn= 1,5... 2,0.
Высоту дренажной призмы назначают на 0,5... 1,0 м выше
стояния воды в нижнем бьефе, ширину по верху для низких
земляных плотин — до 1,0 м.
Трубчатый дренаж устраивают из керамических, бетонных
и асбестоцементных труб, укладываемых с зазорами или без
них. Диаметр дренажных труб принимается в зависимости от
расхода воды, но не менее 150 мм.
Насланный наружный дренаж устраивают тогда, когда под-
топление нижнего бьефа происходит только в период пропуска
паводков. Ыаслонный дренаж не понижает уровень депрессион-
ной кривой в теле плотины, а только исключает оплывание
грунта низового откоса. Во всех случаях необходимо обеспе-
чивать отвод дренируемой воды из всех точек низового откоса
в русло реки, либо сооружать сборные дренажные колодцы, из
которых вода отводится в нижний бьеф. Следует защитить дре-
нажные колодцы от промерзания.
2. Расчет прочности и устойчивости плотин
ф Какие расчеты необходимо выполнить для определения
прочности и устойчивости плотины?
Для установления прочности и устойчивости плотин следует
выполнять проверочные расчеты: гидравлические, фильтрацион-
ные (гидротехнические) и статические.
Гидравлические расчеты дают возможность определить ве-
личины водосбросного пролета, предназначенного для пропуска
необходимого паводка, выявить картины сопряжения водослив-
ной струи с нижним бьефом, установить размеры водобойного
колодца и . т. п.
Фильтрационные расчеты позволяют выявить характер и ве-
личины фильтрационного потока под сооружением, найти взве-
шивающее противодавление воды на подземный контур соору-
жения.
366
Рис. 120. Определение крутизны верхового откоса песчаной плотины
/ — расчетный уровень воды; У —участок откоса прн К^-0.37; 3 — то же, при К^-0.17
Статические расчеты необходимы для определения напря-
жения в элементах сооружения, а также степени устойчивости.
Следует отметить, что первоначальные размеры задаются на
основании предварительных прикидок или по аналогии постро-
енных плотин.
ф Каким, следует принимать профиль плотины из песчаного
грунта с неукрепленными откосами при волновом воздействии?
Предварительная оценка устойчивости откоса может быть
произведена по формуле
m = m0 + Ях ^Х/(йс) hjdo,
где m — коэффициент откоса; mt — коэффициент естественного откоса грунта
тела плотины под водой; hedl—высота расчетной волны, и; X — длина рас-
четной полны, м; dt — средневзвешенный диаметр частиц грунта тела пло-
тины. м; cfo=S(dfP</100), dt — размер, м; р,- — доля фракций, % по массе,
Ях— коэффициент; Ях =0.37 для подводной части пляжного откоса от рас-
четного уровня воды в водохранилище (или п реке) до нижней границы
размывающего действия воли (hi), определяемой по формуле Л|=0,028Х
Х(ЛсХ/</о,/2)2/э. коэффициент Ях=0,17 для надводной части пляжного
откоса от расчетного уровня воды до верхней границы размывающего дейст-
вия поли (ht), зависящей от высоты иаката: в первом приближении можно
принять Ла=0,5 hc (рис. 120).
ф Как рассчитать длину подземного контура флютбета пло-
тины?
Напор, создаваемый плотиной, вызывает движение воды
п теле плотины и в грунте основания в сторону нижнего бьефа.
Двигаясь по порам грунта, вода воздействует на конструктив-
ные элементы плотины. Фильтрационные расчеты позволяют
установить требуемые размеры флютбета плотины, обеспечи-
вающие устойчивость грунтовых масс, прилегающих к соору-
жению.
Для расчета флютбета плотины принимается приведенная
длина подземного контура Lo> в которой 1 м вертикальных
367
участков контура эквивалентен 3 м горизонтальных участков,
причем участки с наклоном к горизонту более 45° считаются
вертикальными.
Минимально необходимая приведенная длина подземного
контура будет
£0 = ii + Со,|
где Li, Lt — длины соответственно вертикальных и горизонтальных путей;
Со — коэффициент: для сооружения III и IV классов принимаются следую-
щие значения Со:
III класс IV класс
очень мелкий песок, ил ................ 6,4; 3,1
мелкий песок .......................... 5.5; 4,2
песок средисзериистый.................. 4,8; 3,6
песок крупнозернистый ................. 4,0; 3,0
мелкий гравий ......................... 3,2; 2.4
гравий средней крупности .............. 2,8; 2.1
крупный гравий с галькой............... 2,4; 1,8
мягкая глина........................... 2,4; 1,8
валуны с галькой и гравием............. 2,0; 1,5
глина средней плотности................ 1,6; 1,2
глина плотная ........................... 1,4; 10,8
очень плотная глина ................... 1,3; 0,96
По предварительным соображениям намечается продольный
профиль флютбета, для которого приведенная длина его водо-
проницаемого подземного контура
inp = 1г Ч" Wlln,
где L — длина горизонтальных путей фильтрации; — длина фильтрацион-
ных путей фильтрации; т — коэффициент, учитывающий гашение напора на
вертикальных путях фильтрации: для одпо'чпунтовых плотин т = 1,5, для
двух"'пуптопых «“2,0.
По подсчитанной длине Lnp и заданному напору Н опреде-
ляют: средний гидравлический градиент (уклон)
Zo = HILnp;
градиент на выходном вертикальном контуре водопроницаемой
части флютбета
/в = mlo = mHILnv.
Суффозия грунта в основании плотины отсутствует, если
получен градиент меньше, чем критический, /кр, или вымы-
вающий.
Для песчаных грунтов критический градиент
/кР = (6-1)(1 -п)-:-0,5п,
где 6 — плотность грунта; п — пористость грунта.
Коэффициент запаса т)=/кр//в принимается меньше 10.
368
3. Конструктивные решения и способы строительства
ф Какое уплотнение грунта должно быть в теле плотины?
При назначении плотности грунта для возводимой плотины
следует учитывать, что влажность и плотность должны обеспе-
чивать величину коэффициентов трения и сцепления, которые
приняты при расчетах устойчивости плотины и коэффициентов
фильтрации. Расчетная величина плотности достигается, если
в период уплотнения грунта выдерживается необходимая его
влажность. Практически плотины, построенные нз суглинка,
имеют плотность у=1,60... 1,65 т/м3. Так, влажность легко оп-
ределяется через удельный вес грунта Дг и заданную плотность
грунта у по формуле:
W,o=(Ar-v)/(Av).
Основными способами уплотнения грунта земляных плотип
являются укатка катками и гусеничными тракторами, а также
интенсивное динамическое уплотнение тяжелыми трамбовками.
При вязких глинистых грунтах следует применять гладкие
каткн, при грунтах супесчаных и тощих суглинистых — зуб-
чатые.
Укладка грунта в теле плотины выполняется горизонталь-
ными слоями с надлежащим увлажнением и уплотнением. Тол-
щина слоя рыхлого грунта принимается 15...20 см. Выше под-
порного горизонта толщина слоя может быть 25...30 см.
Для уплотнения грунта в соответствии с требованием про-
екта количество проходок катка должно быть 4.. .6 в зависи-
мости от массы катка, характера грунта, степени его влажно-
сти. При этом каждый старый след катка перекрывается на
5... 10 см. Грунт считают влажным, если после сжатия в руке
он не рассыпается. При пользовании гладкими катками поверх-
ность укатанного слоя перед укладкой последующего слоя для
лучшего сцепления следует промочить на глубину 3... 5 см.
Тело плотины в местах сопряжения с берегом и деревянными
или бетонными сооружениями надо тщательно уплотнять тя-
желыми трамбовками. К тому же сопряжение земляной пло-
тины с берегами и сооружением из других материалов должно
осуществляться зубьями, врезаемыми вглубь берегового откоса,
с выполнением последнего в виде наклонных плоскостей.
ф Как осуществляется пропуск расходов воды в период строи-
тельства?
В процессе строительства плотин возникает необходимость
пропуска дополнительных расходов воды в реке. Подпорные
сооружения приходится возводить непосредственно в русле
реки. Возможны следующие варианты строительства:
369
Рис. 121. Возведение плотины
о —в русле реки; б — е одном кот-
ловане; / — верховен перемычка;
3 — низовая перемычка: S — котло-
ван; 4 — отводной канал; в — сек-
ционным способом: 1 — котлован
(секция первая); 2 — котлован
(секция вторая); 3 — переходная
перемычка
сооружение возво-
дится в русле реки полно-
стью в одном котловане,
ограждаемого низовой и
верховой перемычками
(рис. 121) при отводе
воды обходным каналом;
при постройке пло-
тины на небольшой реке,
не имеющей лесосплава,
при расходах реки в пе-
риод строительства не бо-
лее 6... 7 м8/с применяют
схему, аналогичную пре-
дыдущей, но с пропуском
строительных расходов
через огражденный пере-
мычками котлован по де-
ревянному лотку;
сооружение возво-
дится секциями, в виде
последовательно замкну-
тых перемычек (см. рис.
121); секционный способ
применяется в тех слу-
чаях, когда величина расхода в реке и топографические усло-
вия не позволяют сделать отвод русла;
на реках с лесосплавом и судоходством наиболее рацио-
нально пропускать строительные расходы воды по существую-
щему руслу, а сооружение возводить в стороне от него на-
сухо.
Уменьшение стоимости сооружения и сокращение срока
строительства можно достигнуть за счет применения послед-
него способа возведения плотин без перемычек, т. е. пропуск
малых расходов не более 3...3.5 м3/с. Работы должны вестись
с двух берегов. В поперечных шпунтовых рядах для пропуска
строительных расходов оставляют отверстия такой ширины, при
которой получающиеся скорости потока не вызывают размыва
дна. Обычно этому условию соответствует ширина 4... 5 м.
370
Вопрос о выборе способа пропуска строительных расходов,
а также назначении типа перемычек является серьезным и обу-
словливает успешность строительства плотины.
ф Как осуществляется эксплуатация низконапорных плотин
и пропуск через них паводковых вод и льда?
Гидротехнические сооружения осматривают ежедневно. Зем-
ляные плотины подлежат осмотру как с верховой, так и с низо-
вой стороны и по гребню. При наличии просадок грунта, мест-
ных оползней и размыва откосов принимают немедленные меры
к их ликвидации.
Перечисленные явления имеют место, как правило, в началь-
ный период эксплуатации плотины. На каждом сооружении
следует вести журнал, в котором ежедневно записываются гори-
зонты верхнего и нижнего бьефов, показания измерительных
приборов, количество открытых отверстий, состояние погоды,
состояние поверхности реки (лед, шуга), фамилии дежурных.
Ответственным моментом в эксплуатации плотины является
пропуск паводковых под и льда. Паводки по времени совпа-
дают с весенним ледоходом, причем пики паводка на террито-
рии Европейской части СССР несколько запаздывают по от-
ношению к кульминационному моменту ледохода. Подготовка
к пропуску паводка и ледохода заключается в выполнении
комплекса инженерных мероприятий по защите плотины от
воздействия льда, в том числе наличие прогнозов сроков на-
ступления ледохода и паводка.
В порядке подготовки к паводку на плотину завозят аварий-
ные материалы — камень, глину, хворост, солому, доски, бревна,
а также инструмент и такелаж.
Если плотина нс предназначена для поддержания напора во
время паводка, то водосбросное отверстие в ией должно быть
полностью открыто. Для обеспечения беззаторного пропуска
ледохода ледяное поле подрывают на расстоянии 200... 250 м
вверх от плотины.
ф Каковы основные причины аварий низконапорных плотин
(напор до 10 м)?
Наибольшая часть аварий земляных плотин — перелив воды че-
рез ее гребень, имеет место при значительных перепадах между
горизонтами верхнего и нижнего бьефов. Перелив воды может
произойти либо при недостаточной пропускной способности во-
досбросного отверстия, либо в результате несвоевременного
полного открытия щитов водосброса.
Другой причиной разрушений земляных плотин является об-
разование промоины вдоль сопряжения тела плотины с искус-
371
ственными сооружениями (трубы в теле плотины, устои и т. д.).
К менее распространенным причинам аварий относятся умень-
шение пропускной способности водосброса за счет захламления
льдоудерживающего устройства продуктами лесосплава, от-
сыпка тела плотины из мерзлого грунта, образование вслед-
ствие этого просадок и трещин в плотине. Причинами разру-
шений каменных плотин являются недоучет геологических фак-
торов, подмыв сооружения снизу, дефекты производства работ
и в частности отсос грунта из-под сооружения во время откачки
воды пз котлована.
ф Как возводить плотины без перемычек?
С целью уменьшения стоимости сооружения и сокращения
сроков строительства в определенных условиях возводят пло-
тины без перемычек. Этот способ может быть применен для
постройки земляных, каменных и свайных плотин. Необходи-
мыми условиями рациональности строительства рассматривае-
мым способом являются малые меженные расходы (менее
3 м3/с) и наличие устойчивых против размыва грунтов осно-
вания.
Процесс возведения земляной плотины без перемычек сво-
дится к выполнению следующих операций. Сначала поперек
реки устраивается каменная призма (банкет); она может быть
возведена пионерным способом, т. е. без эстакад, отсыпкой
камня с обоих или с одного берега. После того как гребень
каменной призмы выйдет из воды, на верховую грань ее укла-
дывают клин из супеси по слою щебня и в образовавшуюся ти-
ховодь отсыпают тело плотины. Во избежание разноса каменной
упорной призмы перепад в момент закрытия принимают 0,75...
1,0 м. В этих условиях уклон низового откоса набросной призмы
получается 1:3... 1:5 в зависимости от крупности камня и ско-
рости течения воды.
Порог водосброса плотины, по которому будет направлена
вода после закрытия русла банкетом и земляной плотиной, дол-
жен находиться на отметках, близких к горизонту перед бан-
кетом в конечный период закрытия русла.
ф Как устраивают плотину из мерзлого грунта?
Плотину пз мерзлого грунта (рис. 122) устраивают при от-
рицательных температурах воздуха с сохранением в мерзлом
состоянии грунтов основания и грунтов, укладываемых в тело
плотины. Омонолнчивание рыхлых комковатых мерзлых грун-
тов производится путем пролива нх водой, которая заполняет
все пустоты и поры в отсыпке.
Мерзлое ядро плотины создается при послойной укладке
мерзлого грунта толщиной 0,5... 1,0 м с проливкой водой и
372
Рис. 122. Виды мерзлых земляных
насыпных плотин
а —из однородного грунта: б —с цен-
тральной призмой; о—с ядром; / —
мерзлое основание: 2 — крепление от-
коса: Я — теплоизолирующий слой из
однородного грунта; 4 — заморажива-
ющая система: 5—верховая призма:
6 — низовая призма: 7 — центральная
пркзма; 8 — защитный бетой
промораживанием. Вода, замерзая, омоноличивает уложенный
грунт и образует плотное водонепроницаемое льдогрунтовое
ядро. Для предотвращения утечки воды в местах контакта бо-
ковых призм с укладываемым слоем прокладывают пленку,
а для предохранения пленки от разрывов устраивают тонкий бу-
ферный слой из сухих песчаных грунтов, торфа, снега.
Верховую и иизовую упорные призмы плотины отсыпают,
как и при строительстве в обычных условиях, любыми подхо-
дящими грунтами слоями толщиной 1,0... 2,0 м с некоторым
опережением. При этом в зоне ядра образуется котлован, в ко-
торый и укладывают материал будущего льдогрунтового ядра.
Верховой клин желательно укладывать из менее проницаемых
грунтов. Для надежности необходимо в льдогрунтовом ядре
устраивать дополнительную замораживающую систему (моро-
зильные колонки).
Для таких плотин требуется теплоизоляция откосов и
гребня. Кроме того, превышение гребня плотины над отметкой
НПУ в водохранилище должно быть больше, чем глубина се-
зонного оттаивания грунта на гребне.
ф Каковы назначение водоспусков и требования, предъявляе-
мые к водопропускным сооружениям?
Водоспуски используют для постоянных полезных пропусков
воды из водохранилища в нижний бьеф в соответствии с водо-
хозяйственными и санитарными требованиями, а также для
полного или частичного опорожнения водохранилища в задан-
ный срок с целью ремонта сооружений, расположенных в верх-
нем бьефе.
Входное отверстие водоспуска располагают обычно на от-
метках, обеспечивающих возможность сработки водохранилища
до заданного уровня. Скорость опорожнения водохранилища
373
Рис. 123. Открытый водоспуск
I — бсрсгоиоП устоЛ; 2 — контрфорс; 3 — бык; 4 — водобой; 5 — рисберма; 6 — мост;
7 — стойки н затворы; 3 — понур; 9 — лредпонурная подушка
назначают с учетом допустимой интенсивности понижения
уровня по условиям устойчивости склонов и верхового откоса
земляной плотины. Наиболее часто водохранилища срабаты-
вают за 2...3 месяца. Расход санитарного пропуска задают из
условия полного обеспечения потребности в воде населения и
промышленных предприятий, расположенных на реке ниже
гидроузла.
Водоспускные сооружения, предназначенные для полезных
пропусков, называются водозаборными. Типы и конструкции
водоспусков, применяемые в гидроузлах с плотинами из грун-
товых материалов, определяются топографическими и геологи-
ческими условиями, а также сбрасываемым расходом. По рас-
положению в узле сооружений водоспуски делят на два типа:
в теле грунтовой плотины и вне тела плотины (береговые).
К первым относятся трубчатые водоспуски, ко вторым — тун-
нельные и открытые.
Открытые береговые водоспуски (рис. 123, 124) устраива-
ются на гидроузлах малых напоров, при плотинах небольшой
высоты (до 6 м) и небольших паводковых расходах. Они могут
также устраиваться и в теле плотины. В конструктивном отно-
шении открытые водоспуски сходны с открытыми плотинами,
водосбросами с донными отверстиями.
Днище водоспуска — флютбет — располагается ниже нор-
мального подпорного горизонта воды на 2,0... 4,0 м. Необходи-
374
Рис. 124. Береговой устой с обратными стенками
а — продольный разрез; б — план
мый подпорный горизонт поддерживается затворами. Благо-
даря такому расположению флютбета н наличию затворов во-
доспуски одновременно служат для сброса паводковых расхо-
дов и для выпуска воды из водохранилища.
За водоспуском, особенно если он расположен иа берегу,
устраивается бьефосопрягающес сооружение — перепад, за ним
следует отводящий канал.
Открытые водоспуски лучше сооружать из камня, бетона
и железобетона.
Составными частями открытого водоспуска являются бере-
говые устои, днище-флютбет и промежуточные опоры — быки.
Форма береговых устоев может быть различная. Быки со
стороны верхнего бьефа имеют переднюю грань прямоуголь-
ную или полуциркульную с заострением. Составные части
флютбета — понур, водобой и рисберма (рис. 125). Понур и во-
добой являются водонепроницаемыми частями флютбета, вос-
принимающими ударную силу волны.
Одним из эффективных противофнльтрационных элементов
подземного контура плотин на нескальных основаниях явля-
ется понур. В плотинах с напором меньше 15 м понур устраи-
вается из глинистых грунтов с коэффициентом фильтрации
в 50 раз меньшим коэффициента Кф грунта основания. По кон-
структивным соображениям толщина грунтового понура в конце
его должна быть не менее 0,75 м, а в месте примыкания к пло-
тине— не менее 1...2 м. Грунт в поиур укладывают слоями
толщиной 15...20 см с обязательным уплотнением. Сверху
понур засыпают местным грунтом на высоту, близкую к расчет-
ной глубине промерзания. По засыпке устраивают крепление,
тип которого устанавливают в зависимости от скорости потока
при пропуске через плотину строительных и эксплуатационных
расходов.
37S
Рис. 125. Схема флютбета и сопряжение шпунта с водобоем
и — флютбет; б — прислонный шпунт: о — шпунт и массиве колобом: I — понур; 2 — паз
для балочного заграждения,- 3— затвор: 4 — водобой; б —рисберма; 6 —обратный
фильтр; 7 — королеаый шпунт; в — битумная шпонка; 9 — шпунт
Рис. 126. Типы крепления рисбермы
а — каменной наброской; б — каменной мостовой; о — бетонными плитами одинаковой
толщины; е — бетонными плитами разной толщины; / — каменная наброска; 2 — камень
средней крупности; 3 — гравий или Щебепь: 4 — песок; S — бетонные плиты; 6 — бетон-
ные плиты разной толщины
Понур служит для укрепления русла перед водоспуском от
размыва потоком. Благодаря своей водонепроницаемости он
удлиняет путь подземного потока под флютбетом, а также
уменьшает фильтрационный расход и скорость фильтрации.
Водобой представляет собой горизонтальную бетонную
плиту, предназначенную для интенсивного гашения избыточ-
ной энергии и восприятия динамического воздействия сбрасы-
ваемого потока. Для увеличения длины пути фильтрации и для
защиты флютбета от разрушения при размывах грунта заби-
вают шпунт в начале понура и в начале водобоя на глубину
6... 7 м. Шпунт может быть стальной плоский или деревянный
из брусьев толщиной 12... 18 см с прямоугольным гребнем и
пазом.
Для увеличения длины фильтрации под флютбетом перед
понуром можно устраивать предпоиурную подушку из глино-
бетона (см. рис. 125). Расстояние между понурным шпунтом и
шпунтом в массиве принимается не меиее двойной глубины
забивки шпунта.
Рисберма представляет собой участок за водобоем, предна-
значенный для предупреждения размыва грунта потоком воды.
По типу крепления рисберма может быть в виде каменной на-
броски, каменной мостовой (при средних скоростях течения от
2 до 3,5 м/с), бетонных плит одинаковой толщины (рис. 126).
Размеры бетонных плит рисбермы принимаются от 1,5X1,5 до
5,0X5,0, толщина 0,3... 1,0 м. Длину рисбермы устанавливают
модельными исследованиями, при этом следует иметь в виду,
что длина горизонтального участка рисбермы на существую-
щих плотинах составляет (1...2)Н, где Н— длина водобоя.
В конструктивном отношении рисберма должна быть гиб-
кой, способной приспособляться к возможным деформациям дна
без нарушения ее прочности. Под креплением рисбермы устраи-
вается обратный фильтр, который предупреждает вымывание
грунта из-под флютбета.
При больших скоростях течения для гашения энергии по-
тока за водобоем устраивают водобойные колодцы, стеикн
и др.
Длина флютбета, а также необходимость в устройстве пред-
понурной подушки и забивке шпунтов устанавливаются на ос-
новании гидротехнического расчета. Предварительно длину от-
дельных частей флютбета можно принимать исходя из напора
на пороге водоспуска И, м:
предпонуриая подушка ... (0.5 . . . 5) Н
понур .................... (1 . . . 5) Н
водобой .............................. (2 ... 3) Н
рисберма.............................. (5 ... 10) Н
Толщина предпонурной глинобетонной подушки принимается
0,5... 1,0 м.
377
ф Что такое водослив?
Водослив — это преграда в открытом потоке (порог, пло-
тина), через которую переливается вода.
По форме стенки (порога) различают водосливы с тонкой
стенкой (рис. 127,а), практического профиля (рис. 127,6),
с широким порогом (рис. 127,в).
Водослив с тонкой стенкой имеет заостренную кромку, через
которую переливается вода, поэтому струя соприкасается
только с входной кромкой. Толщина стенки, равная или меньше
0,67 И, не влияет на характер течения.
Водослив практического профиля имеет плавное криволи-
нейное или ломаное очертание. Криволинейные водосливы прак-
тического профиля подразделяют на безвакуумные, очерчен-
ные по контуру нижней поверхности падающей струи, и вакуум-
77777777^77/7/77777/
'£////(777/7/7/77/7///
PR
3
777777.
Рис. 127. Схема водослива
о —свободный перелив: / — верхний бьеф; 3 — нижний бьеф; б —схема водобойного
колодца: о — схема водобойной стенки; г — схема полослиаа трапецеидальной формы:
д— схема водослива с широким порогом
378
ные, очерченные в верхней части по эллипсу, а в нижней части
по прямой.
У водослива с широким порогом длина I должна быть до-
статочной, чтобы на нем происходило плавно изменяющееся
движение, что соблюдается, если 1>-2Н. К такого типа водо-
сливам относят водосливы, для которых выполняется условие
2... 3<Z//7<8... 10.
На рис. 128 показан поперечный профиль плотины практи-
ческого профиля, выполненный из бутового камня. Бетонные
и бутобетонные плотины получили широкое распространение
на Карельском перешейке, где повсеместно распространен ка-
мень, имеются скальные основания, поэтому такое решение наи-
более экономично для данного района.
ф Каковы терминология для определения элементов водослива
и их обозначения?
Терминология и обозначение элементов водослива
(рис. 127,а): Н— напор на водосливе, равный разности отме-
ток горизонта воды верхнего бьефа и гребня водослива, м; Ь —
ширина водослива, равная длине гребня водослива в свету, м;
В — ширина водного потока в верхнем бьефе, м; Рп, Рн — вы-
соты стеики соответственно со стороны верхнего и нижнего бье-
фа, м; Ли — глубина воды в нижнем бьефе, м; z — перепад воды
на водосливе, равный разности отметок горизонтов воды верх-
него и нижнего бьефов, м; и0— средняя скорость потока в верх-
нем бьефе в месте измерения напора, м; Q — расход воды водо-
слива, м3/с; g—ускорение тяжести 9,81 м/с’; Но—напор на
водосливе с учетом средней скорости потока: Яо=Н= vo2/(2g);
z0 —перепад на водосливе: zo=z+vo2/(2g).
Так как скорость v0 очень мала, то при расчете ею прене-
брегают, поэтому вместо Но принимают п, вместо го берут г.
ф Как определить расход через водослив с тонкой стенкой?
Истечение через водослив с тонкой стенкой в плотинах имеет
место при переливе струи поверх щитов. Расход в этом случае
определяется по формуле
при незатопленном водосливе:
<? = тб;72Г н3/2;
при затопленном водосливе:
Q=.c3mb jig Н3/2,
гле Оз — коэффициент затопления, величина которого берется из табл. 113;
m — коэффициент расхода: т= (0.405+0,003/Н)[1+0.55 Я2/(Я+Ря)2].
Водослив считается затопленным, когда горизонт воды
в нижнем бьефе выше гребня водослива и соблюдено условие
г.-Ри<0,75, иезатоплениым — когда горизонт воды в нижнем
бьефе ниже гребия водослива.
379
Рис. 128. Поперечный профиль плотины из бутовой кладки
1 — бутовая кладка; 2 — облицовка гранитом; 3 — глиняная забнвка; 4 — цементацион-
ная завеса; 5 — известняк
ф Как определить расход через еодослиеы практических про-
филей?
Водосливы практических профилей (рис. 127 и 128) имеют
большую пропускную способность. Расход через них определя-
ется по формуле
<2 = osm6c'V2g Я3/2.
где Оа — коэффициент затопления (табл. 113); m — коэффициент расхода
(т=0,45 для плавного водослива. т=0.40 для распластанного).
ТАБЛИЦА 114
Нейлон откоса Значение коэ4>4>ициеита расиода m при HIS
верхового clg<pB низового ctg фи >72 2... 1 1... 1/2
3 0 0,42 0.4 0,38
4 0 0,41 0,39 0.37
1... 2 5 0 0,40 0,38 0,36
10 0 0,38 0,36 0,35
0 3 0,39 0,37 0,35
0 5 0,37 0,35 0,34
0 10 0,36 0,34 0,33
Примечание. При H/S 1/2 трапецеидальный водослив становится водосливом
с широким порогом.
380
Для водосливов практических профилей при боковом сжа-
тии рабочая ширина струи
Ьс = Ь — п£Н,
где b — геометрическая длина гребня; п — число отдельных сжатий; £ — ко-
эффициент, учитывающий форму быка в плане: для удлиненного в сторону
верхнего бьефа, криволинейно заостренного в плане быка £=0.04. для быка
прямоугольного очертания 5=0.1.
Быки и устои плотин воспринимают давление волы, переда-
ваемое затворами, кроме того устои предназначаются для со-
пряжения с берегами или соседними участками земляной пло-
тины. Очертание быков в плане должно обеспечивать плавный
вход п выход воды в образуемое ими отверстие. Минимальная
толщина быка 1,25... 1,5 м.
ф Какие водосливы называются водосливами с широким по-
рогом?
Водослив с горизонтальным порогом значительной длины
S, называется водосливом с широким порогом, если выполня-
ется условно. S^3H, где Н- напор на пороге. В том случае,
когда йи<Аир (рис. 127, д), водослив называется незатоплеи-
ным. Здесь А,Ф — критическая глубина на пороге; h„ — превы-
шение горизонта нижнего бьефа над порогом.
Для затопления водослива с широким порогом необходимо,
чтобы Ап>А|ср-
Критическая глубина определяется по формуле
Акр = V<47s/g .
где <7 — удельный расход, приходящийся на каждый метр иолослипа. м’/с:
q=Qlbc-, а — коэффициент, учитывающий неравномерность распределении
скоростей по сечению потока: а=1,0.. .1.1.
Расход через иезатоплениый водослив с широким порогом
определяется по формуле
Q = m6cV2T Я372-
Расход через затопленный водослив с широким порогом
рассчитывается из выражения
Q = <рЬсЛг — ,
где <р — коэффициент скорости, зависящий от условий входа, т. е. величины
m (принимается по табл. 115).
Ниже приводится зависимость ср от т:
т 0,32 0,33 0,34 0,35 0,36 0,37 0,38
<р 0,85 0,87 0.89 0,92 0,94 0,96 0,98
381
ТАБЛИЦА 115
Характеристика порога Значение m при Рк/Н
>1.5 1.5 1 <0.5
С прямоугольным очертанием вход- 0.32 0,33 0,35 0,37
кого ребра С плавно закругленным входным реб- 0,34 0,35 0,37 0,38
ром С наклонной верховой стенной 0.37 0.38 0,38 0,38
ф Как определить длину водобойного колодца и высоту водо-
бойной стенки?
Для определения удельного расхода водобойного колодца
и водобойной стенкн следует пользоваться формулой
? = фйа (Я + Ри + d — Лс .
где d— глубина колодца (рис. 127,6); йс— высота водобойной стенки.
Глубина d может считаться достаточной, если
ft„ + d>’l,l . . .
Здесь
Л, =(V2)(Vi + &?2/(«z,c) -О-
Длина колодца принимается в зависимости от he.
£ = 5(ftj —ftc).
Высота отбойной стенки С (рис. 127, в) назначается из рас-
чета
С+Я(> 1,1. . . l,15fti,
где Я,—напор на водобойной стенке, определяется по формуле (подбором):
-^/[2g (Я, + С)2] ,
где /пр — коэффициент расхода, равный 0,41.
ф На какие основные типы и виды подразделяются бетонные
и железобетонные плотины?
Существуют следующие типы бетонных плотин: гравитаци-
онные, контрфорсные и арочные. Устойчивость гравитационной
плотины обеспечивается за счет сил сопротивления сдвигу, зна-
чительных из-за большой массы сооружения (рис. 129, а—д).
Глухие бетонные гравитационные плотины на скальном основа-
нии по сравнению с плотинами из грунтовых материалов более
экономичны. Глухие гравитационные плотины подразделяют
382
Рис. 129. Основные виды железобетонных плотин на скальных основаниях
(а—и) и иескальиых основаниях (о—р)
гравитационные: а — массивная; б — с расширенными швами; в — с продольной по-
лостью у основания; г — с экраном па напорной грани; д — с анкеровкой в основании;
контрфорсные: ж — массивно-контрфорсные; в — миогоарочпые; и — с плоским пере-
крытием; арочные: к —с защемленными пятами; л—с периметральным швом; м —
из трехшариириых попсов; н —с гравитационными устоями; о — водосливная: л —
с глубинными водосбросами; р — двухъярусная; / — расширенный нож: 2 —продольная
полость; 3 —экран; 4 — предварительно напряженный анкер; 5 — контрфорсы; б —мас-
сивные оголопкн; 7 — арочные перекрытия; в — плоское перекрытие; 9 — периметраль-
ный шов; /0 — «седло»; // — трехшаринрные пояса; /2 — шарниры; 13 — гравитацион-
ные устои
на: массивные (рис. 129, а, г, д) и облегченные (рис. 129, б, е).
В свою очередь, облегченные плотины бывают с расширенными
швами (рис. 129, б) и с полостями у основания (рис. 129, в).
На практике различают следующие виды контрфорсных
плотин па скальном основании (рис. 129, г—з): массивно-
контрфорсные (с массивными оголовками); плотины с плоским
перекрытием; плотины с арочным (сводчатым) перекрытием
(многоарочные).
Несколько условно арочные плотины подразделяют на два
типа:
тонкие арочные плотины — с В» (0,1...0,33) Н, где В —
ширина плотины по основанию; Н — высота плотины (рис. 129,
и—ж); такие плотины строились при ширине створа плотины
£<(1,5... 1,0)Я;
арочно-гравитациОнные плотины — с В « (0,33.. .-0,5) Я;
в этом случае большая часть гидростатического давления верх-
него бьефа передается на скальное основание плотины, ширина
створа плотины находилась в пределах (1,5... 2,0)Я<£<
<(3,0... 3,5) Я.
По технологическому назначению различают плотины:
глухие (рис. 129, а, б, г, д, ж, з), через которые не произво-
дится сброса воды в нижний бьеф; водосбросные с поверхност-
ными водосливами (рис. 129, в, о); с глубинными водосливами
(рис. 129,п); двухъярусные (рис. 129,р).
ф Чем руководствуются при выборе вида плотины?
Вид бетонной или железобетонной плотины рекомендуется
выбирать в зависимости от топографических, инженерно-геоло-
гических, гидрологических и климатических условий с учетом
компоновки гидроузла, наличия местных строительных материа-
лов, схемы организации производства работ и условий эксплуа-
тации плотины па основании сравнения технико-экономических
показателей разработанных вариантов.
На скальных основаниях для водосбросных участков напор-
ного фронта следует применять преимущественно бетонные
контрфорсные и железобетонные облегченные конструкции.
Арочные и арочно-гравитационные плотины рациональны
в условиях высоких и узких скальных ущелий.
Бетонные и железобетонные плотины на наскальных основа-
ниях следует предусматривать, как правило, в качестве водо-
сбросных.
ф Какие нагрузки учитывают при проектировании бетонных
и железобетонных плотин?
При проектировании бетонных и железобетонных плотин за
основное сочетание усилий н воздействий следует принимать
сумму постоянных и кратковременных нагрузок.
384
Постоянные нагрузки:
а) масса сооружения, включая массу постоянного техноло-
гического оборудования (затворов, подъемных механизмов
и пр.), место расположения которого на сооружении не меня-
ется в процессе эксплуатации;
б) гидростатическое давление со стороны верхнего бьефа
при нормальном подпорном уровне;
в) гидростатическое давление со стороны нижнего бьефа
при минимальном уровне и при уровне, соответствующем мак-
симальному сбросному расходу через плотину при нормальном
подпоре;
г) давление фильтрационной воды при нормальном подпор-
ном уровне и нормальной работе противофильтрационных и дре-
нажных устройств;
д) масса грунта, сдвигающегося вместе с плотиной и боко-
вое давление грунта со стороны верхнего и нижнего бьефов.
Временные длительные нагрузки:
е) давление наносов, отложившихся перед плотиной;
ж) температурные воздействия (только для бетонных пло-
тин), определяемые для года со средней амплитудой колеба-
ний среднемесячных температур.
Кратковременные нагрузки:
3) давление льда, определяемое при его средней многолет-
ней толщине;
и) давление волны, определяемое при средней многолетней
скорости ветра;
к) нагрузки от подъемных перегрузочных и транспортных
устройств и других конструкций и механизмов (мостовых и под-
весных кранов и т. п.);
л) нагрузки от плавающих тел;
м) динамические нагрузки, возникающие при пропуске па-
водка через водосбросную плотину при нормальном подпорном
уровне.
При проектировании бетонных и железобетонных плотин
па особое сочетание нагрузок и воздействий следует учитывать
нагрузки основного сочетания плюс одну из следующих на-
грузок:
н) гидростатическое давление со стороны верхнего и ниж-
него бьефов прн форсированном уровне верхнего бьефа (взамен
подпунктов бив);
о) давление фильтрационной воды, возникающее в резуль-
тате нарушения нормальной работы одного из противофильтра-
циоииых или одного из дренажных устройств (взамен под-
пункта г);
п) температурные воздействия, определяемые для года
с максимальной амплитудой колебаний среднемесячных тем-
ператур (взамен подпункта ж);
385
р) давление льда, определяемое при его максимальной мно-
голетней толщине (взамен подпункта а);
с) давление полны, определяемое при максимальной много-
летней скорости петра (взамен подпункта /д);
т) динамические нагрузки при пропуске паводка через водо-
сбросную плотину, определяемые при форсированном уровне
верхнего бьефа (взамен подпункта ж);
у) сейсмические воздействия.
ф Какие компоновочные и конструктивные требования
следует предъявлять к бетонным и железобетонным
плотинам?
Местоположение плотины в створе гидроузла надлежит
определять в зависимости от топографических, инженерно-гео-
логических и гидрологических условий, а также условий при-
мыкания плотины к берегам и другим сооружениям с обосно-
ванным сравнением технико-экономических показателей разра-
ботанных вариантов.
Превышение гребня глухой плотины с учетом парапета сле-
дует принимать для плотин IV класса равным 0,4 м.
Очертание быков в плане со стороны верхнего бьефа должно
обеспечивать плавный вход воды в водосбросное отверстие и
минимальное сжатие потока.
Основным профилем водосливных оголовков водосбросных
плотин всех классов с поверхностными водосбросами является
безвакуумный профиль криволинейного очертания; уклон водо-
сливной грани и ее протяженность следует назначать исходя из
конструктивных особенностей профиля плотины. Очертание ого-
ловков водослива водосбросных плотин IV класса допускается
принимать трапецеидальным или прямоугольным.
ф В чем выражается эффективность применения бетонных и
железобетонных плотин в зависимости от их конструкции?
Бетонные и железобетонные плотины могут возводиться
в любых климатических условиях на скальных и иескальных
основаниях. Из них гравитационные (глухие) и арочные пло-
тины сооружают только на скальных, а железобетонные и гра-
витационные водосливные как на скальных, так и на нескаль-
ных основаниях.
При скальном основании целесообразно устройство облег-
ченных гравитационных плотин, объем бетона которых при-
мерно на 15 % меньше, чем массивных гравитационных
(рис. 129,а). Применение контрфорсных плотин позволяет по-
лучить экономию бетона: до 40 % — при массивно-коитрфорсных
плотинах, до 45 % — при плотинах с плоскими напорными пере-
крытиями (рис. 129,<?,з),до 60 %—при многоарочных плоти-
нах (рис. 129, ж).
386
При пескальиом основании (экономия бетона до 45 % мо-
жет быть получена при загрузке полостей плотин балластом по
сравнению с устройством плотин массивной конструкции (рис.
129, а, б, в).
Массивные гравитационные плотины на скальном основании
(рис. 129,fl—д) получили большое распространение вследствие
своей простоты. Бетонные и железобетонные плотины, как пра-
вило, строят из монолитного бетона. Лишь в единичных слу-
чаях и при сравнительно небольших высотах такие плотины
выполняют полностью из сборных элементов.
ф Какие требования предъявляются к бетону для строительства
плотин?
Для строительства плотин используют бетон, марки кото-
рого назначают по следующим признакам: по прочности па осе-
вое сжатие (кубиковая прочность), на осевое растяжение, по
морозостойкости, по водонепроницаемости.
К бетону гидротехнических сооружений предъявляют и до-
полнительные требования:
стойкость против агрессивного воздействия воды;
отсутствие вредного взаимодействия щелочей цемента с за-
полнителем;
сопротивляемость истиранию потоком воды, содержащим
донные и взвешенные наносы;
минимальное тепловыделение;
стойкость против кавитации.
За проектную марку по прочности на осевое сжатие (куби-
ковую прочность) принимают сопротивление осевому сжатию
эталонного образца — куба размером 20x20X20 см, испытан-
ногр в возрасте 180 суток при нормальном твердении при 20+
±2 °C и относительной влажности, большей или равной 90%.
Марку по морозостойкости бетона в зоне переменного уровня
и бетона водослива назначают в зависимости от климатических
условий района и числа расчетных циклов попеременного за-
мораживания— оттаивания в течение года (по данным долго-
срочных наблюдений).
ф Как выполнить временную деревянную запруду (плотину)?
Временная деревянная плотина с затопленным водосливом
может быть выполнена из шпунтового ряда с насадкой
(рис. 130) или с заполнением по осп между шпунтовыми ря-
дами глинистым грунтом; предпочтительно, чтобы каменная от-
сыпь не возвышалась над диом. При значительном напоре
(2...3 м) междусвайное пространство заполняется.камнем; та-
кая конструкция удобна тем, что водопроницаемость ее посте-
пенно уменьшается благодаря наносам (рис. 131). Помимо ста-
тических условий — прочности и устойчивости — безопасность
387
Рис. 130. Деревянная запруда из шпун-
тового ряда
Рис. 131. Водосливная плотина с ка-
менным заполнением между сваями
обусловливается также гидравлическими условиями, т. е. уве-
личением коэффициента расхода и уничтожением вакуума под
струей.
Раздел VII
БЕРЕГОУКРЕПИТЕЛЬНЫЕ И ЗАЩИТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
1. Общие сведения о берегоукреплении
ф Какова необходимость в укреплении берегов водных
акваторий?
Берегоукрепительные работы проводятся для самых разно-
образных целей. Они важны для сохранения ценных береговых
земель и для защиты от разрушения возведенных на берегу
сооружений. Берегоукрепительные устройства входят в состав
сооружений, возводимых на водной акватории: земляных на-
сыпей, дамб, мостов, причалов, водозаборных сооружений.
ф Какие природные условия следует учитывать при укреплении
берегов?
Берегоукрепление должно учитывать очертание укрепляе-
мого берега в плане и по вертикали, а также гидрологический,
гидрогеологический и геологический характеры участка (тече-
ние, волнение, ледовые нагрузки, физико-механические харак-
теристики грунтов и характер грунтовых вод), высоту устраи-
ваемого укрепления, наличие местных материалов.
В случае, когда размыв берега происходит равномерно и
при этом сохраняется его правильное очертание, необходимо
только предохранить берег от дальнейшего размыва, закрепив
с помощью необходимых берегоукрепительных устройств.
Если же размыв сосредоточивается в одном месте, например
на участке с неоднородным качеством грунта или на крутой из-
вилине, берег принимает форму с резкими перегибами, впади-
нами и выступами. В таких случаях при укреплении берега
нужно восстановить его правильное очертание. Укрепление раз-
мываемого берега следует производить по обе стороны до мест,
не подверженных такому размыву.
Конструкция берегоукрепления зависит от причин разруше-
ния берега, назначения берегового укрепления, положения
укрепляемого места берега относительно уреза воды, гидроло-
гических, гидрогеологических и геологических характеристик
участка, высоты возводимого берегоукрепления, местных мате-
риалов.
389
ф Какие существуют методы защиты берегов?
Берегозащитные сооружения, способные накапливать и
удерживать наносы в виде полосы берегозащитного пляжа, от-
носят к активным или наносоудерживающим: подводные волно-
ломы, располагаемые параллельно берегу примерно на расстоя-
нии 80... 100 м от него; траверсы, возводимые перпендику-
лярно берегу на расстоянии 40 м и более друг от друга; буны,
устраиваемые перпендикулярно берегу на расстоянии до 250 м
друг от друга; искусственные пляжи, посадки водных растений,
искусственные водоросли.
Сооружения, которые не в состоянии изменить отрицатель-
ный баланс наносов на положительный или на нулевой иа уча-
стке побережья, где они располагаются, называют пассивными,
или волнозащитными. Их основная функция — непосредствен-
ное ограждение берегов от разрушающего действия волн и те-
чений. К таким сооружениям относятся: прислоненные к берегу
волноотбойные стенки с вертикальной или криволинейной пе-
редней гранью; волногасящие сооружения, представляющие со-
бой всевозможные наброски из камня или фигурных массивов;
перфорированные стенки; бермы; неэатопленные волноломы
и др.
ф Какой должна быть активная защита?
Для защиты берегов применяют буны, представляющие
собой небольшие по протяженности и площади поперечного се-
чения невысокие молы, располагаемые на размываемом участке
группами и обычно перпендикулярно к берегу.
Буны устраивают с целью накопления и удержания нано-
сов естественного вдольберегового потока и организации пляжа,
сохранения искусственного пляжа; буны консервации служат
для предупреждения размыва существующих отложений нано-
сов. Берегоукрепительные волноломы играют роль волнозащит-
ных и наносоудерживающих сооружений.
Буны на берегах с песчаными наносами устраивают из же-
лезобетонных призматических свай сечением не меиее 20X20 см
с оформлением голов свай шапочным брусом. Для защиты бере-
гов с галечниковыми наносами применяют буиы из призмати-
ческих бетонных блоков, закрепленных сваями-оболочками,
диаметром от 0,9 до 1,6 м.
Буиы гравитационного типа из бетонных массивов с моно-
литной бетонной надстройкой устраивают на мельком основа-
нии и на каменной постели при нескальном основании. При
установке массивов шов между ними делают шириной не более
10 см с последующим перекрытием бетонными шпонками.
В настоящее время для защиты берегов от размыва приме-
няют искусственные водоросли. Водоросли изготавливают из
390
Рис. 132. Кривые начальных волновых ско-
ростей трогания и перемещения частиц
грунта
/—трогания частиц грунта; 2 — поверхностного
сплошного перемещения грунта; 3 — скоростей
массового перемещении верхнего слоя грунта
пропиленового пенопласта в виде полос с размерами попереч-
ного сечения 5,0X0,1 мм. Полосы собирают в пучки длиной до
2 м, укрепленные на металлических рамках. Количество пучков
колеблется от 50 до 100. Искусственные водоросли вызывают
отложение наиосов близ мест их установки, интенсивность от-
ложения зависит от густоты водорослей.
ф Какие средние скорости течения допускаются для грунтов?
Допускаемые неразмывающие скорости течения для несвяз-
ных грунтов (рис. 132) с крупностью фракций о!ю, мм, приве-
дены в табл. 116.
При пользовании таблицей надо иметь в виду, что нижиие
пределы скоростей течения соответствуют нижиим пределам
размеров частиц грунта, верхние пределы скоростей —их верх-
ним пределам. При промежуточных размерах частиц грунта и
глубинах водотока значения скоростей ие следует интерполи-
ровать, их надо принимать по ближайшим табличным значе-
ниям размеров частиц и глубин водотока.
Средние неразмывающие скорости течения для связных од-
нородных грунтов принимаются по табл. 117. Допустимые ско-
рости течения для поверхностных водоотводов принимаются
равными скоростям для грунтов средней плотности.
Допускаемые (иеразмывающие) скорости водотока для
скальных грунтов приведены в табл. 118. Средние неразмываю-
щие скорости течения для гидротехнических сооружений с ис-
кусственными креплениями откосов и дна приведены в табл. 119.
ф Как обеспечить устойчивость берегового откоса?
Для обеспечения устойчивости берегового откоса его плани-
руют под углом, который должен быть меньше угла внутрен-
него трения грунта, формирующего откос. С учетом различных
местных условий, в первую очередь гидрологических и грунто-
вых, применяют такую береговую одежду, которая выполняет
защитные функции (одерновку, мощение, каменную отсыпку-
наброску, фашины, бетонные и железобетонные плиты, свай-
ные и шпунтовые ряжевые стенки и др.).
391
ТАБЛ
Наименование и характеристика грунта Размеры частиц Средине допускаемые (нсразмываю
грунта. ММ 0.4 I
Пыль или ил с мелким пес- 0,005. . 0,05 0,15 . . 0,20 0,20. . . 0,30
ком Песок мелкий или мелкий 0,05 . . 0.25 0,20 . . 0,35 0.30 . . 0,45
с примесью среднего Песок средний или мелкий 0.25 . . 1 . . . 1 0,35 . .0.50 0,45. . . 0,60
с глиной Песок крупный с гравием 2,50 0,50 . . 0,65 0,60 . . 0,75
или средний крупности с гли- ной Гранин мелкий с примесью 2,50. . 5 0.65 - . 0.80 0,75 . . 0,85
среднего Гравий средний или круп- 5. . 10 0,80 . . 0,90 0,85. . . 1,05
нын с песком или .мелким гравием Гравий крупный или галь- 10 . . 15 0.90 . . 1,10 1,05 . . 1,20
ка мелкая с песком н гравием Галька мелкая или средняя 15. . 25 1.10 . . 1,25 1,20 . . 1,45
с песком и гравием Галька средняя или круп- 25 . . 40 1,25 . . 1,50 1,45 . . 1,85
пая с примесью песка Галька крупная пли бу- 40 . . 75 1.50 . . 2 1,85 . . 2,40
лыжник с мелкой галькой н гравием Булыжник мелкий или бу- 75. . 100 2,0 . . 2,45 2,40 . . 2,80
лыжник средний с галькой Булыжник средний или 100 . . . 150 2.45 . . 3 2,80 . . 3,35
крупный с мелкими приме- сями Булыжник крупный или 150 . . . 200 3 . . 3,50 3,35 . . 3,80
булыжник крупный с мел- кими валунами п галькой Валун мелкий или средний 200. . 300 3,50 . . 3,85 3,80 . . 4,35
с примесью гальки Валуи средний или валуи 300. . . 400 —. 4,35 . . 4,75
с примесью булыжника Валуи особо крупный 400... 500 и более — —
Береговые откосы рек, каналов, водохранилищ и другие зем-
ляные сооружения, сложенные из естественного грунта, целесо-
образно одевать в одежду сразу же после того, как они при-
обретут очертания, предусмотренные проектом, а укрепление
откосов и площадок земляных сооружений из естественных
насыпей следует производить после осадки насыпи.
В случае обнаружения незначительного выхода грунтовых
вод в процессе устройства одежды на откосах и площадках от-
рывают неглубокие траншеи размером 50x 30 см с уклоном
392
ИЦА llfl
щне) скорости течения для несвязных грунтов, м/с. при средних глубинах водотока, и
2 3 5 10 и более
0,25. . . 0,40 0.30 . . . 0,45 0.40 . . 0,55 0,45 . . 0,65
0.40. .. 0,55 0,45 . . . 0,60 0,55 . . 0,70 0,65 . .0,80
0,55 . . . 0,70 0,60. . . 0,75 0,70 . . 0,85 0,80 . .0,95
0,70 . . . 0,80 0,75. . . 0,90 0,85. . 1 0,95. . 1,20
0,80 . . . 1 0.90. . . 1,10 1 . . 1.20 1,20. . 1,50
1 . . . 1,15 1.10 . . . 1,180 1,20 . . 1,45 1,50 . . 1,75
1,(5. . . 1,35 1,30 . . . 1,50 (.45 . . . 1,65 1,75. . 2
1,35 . . . 1,65 1,50. . . 1,85 1,65 . . 2 2 . . 2,30
1,65. . . 2,10 1,85. . . 2,30 2 . . . 2.45 2.30 . . 2,70
2,10. . . 2,75 2,30 . . . 3,10 2,45 . . . 3,30 2,70 . . 3,60
2,75 . . 3,30 3,10 . . 3,50 3,30 . . . 3,80 3,60 . . 4,20
3,30 . . 3,75 3,50 . . 4,10 3,80 . . . 4,40 4,20 . . . 4,50
3,75 . . 4,30 4,10 . . 4,65 4,40 . . . 5 4,50 . . . 5,40
4,30 . . 4,70 4,65 . . 4,90 5 . . . 5,50 5,40 . . . 5,90
4,70 . - 4,95 4,90 . . 5,30 5,50. . . 5,60 5,90 . . . 6,0
4,95 . . 5,35 5.30 . . 5,50 5,60. . .6 6.0. . . 6,20
в направлении откоса, чтобы отвести эти воды. Траншеи запол-
няют песком, вначале мелким, а затем постепенно более
крупным.
Фильтрация может вызвать сплыв откоса. Для восстанов-
ления его разжиженный грунт удаляют, заменяя слоем фильт-
рующей песчаио-гравийной пригрузки толщиной 40... 60 см.
С этой целью устраиваются нагорные водоотводные канавы, мо-
щенные камнем.
393
ТАБЛИЦА
Название грунтов Содержанве частиц. », размером
менее 0,005 мм 0.005. . . 0,05 мм
Глины Суглинки: 30 ... 50 70 ... 50
тяжелые 20 ... 30 80 ... 70
тощие 10 ... 20 90 ... 80
Лессовые грунты в условиях закончив- шихся просадок — —
Супеси 5 ... 10 20 ... 40
117
Средине допускаемые (иераэмывающие) скорости течения
водотока для связных грунтов, м/с
налой плотности (коэффициент пористости средней плотности (коэффициент пористости
При средних глубинах водотока, м
0,4 1 2 3 0.4 1 2 3
0,35 0,40 0,45 0,50 0,70 0,85 0,95 1,10
0,35 0,40 0,45 0,50 0,65 0,80 0,90 1,00
0.60 0,70 0,80 0,85
Содержание частиц.
размером
Название грунтов менее 0.005.. .
0.005 мм 0,05 мм
Глины 30... 50 70... 50
Суглинки;
тяжелые 20 ... 30 80 ... 70
тошие 10 ... 20 90 ... 80
Лессовые грунты в условиях закончив- шихся просадок — —
Супеси 5 ... 10 20 ... 40
Продолжение табл. 117
Средние допускаемые (иерззыывающие) скорости течения водотока для связных грунтов, м/с
плотные (коэффициент пористости 0,6 ... 0,3) очень плотные (коэффициенты пористости 0,3... 0.2)
При средних глубинах водотока, м
0.4 1 2 3 и более 0,4 1 2 3 и более
1,00 1,20 1,40 1,50 1,40 1,70 1,90 2,10
0.95 1,20 1.40 1,50 1,40 1,70 1,90 2,10
0,80 1,00 1,20 1,30 1,10 1,30 1,50 1,70
— — — — — —
ТАБЛИЦА 118
Типы креплений
Конгломерат, мергель, сланцы
Пористый известняк, плотный конгло-
мерат, слоистый известняк, известко-
вый песчаник, доломитовый известняк
Доломитовый песчаник, плотный пе-
слоистый известняк, кремнистый из-
вестняк, мрамор
Граниты, диабазы, базальты, андези-
ты, кварциты, порфиры
Средние допускаемые (исразмываищне)
скорости течения водотока для скальных
грунтов, м/с. при средней глубине
водотока, м
0.4 4 3
2 2,5 3 3,5
3 3,5 4 4,5
4 5 6 6,5
15 18 20 22
ф Каково назначение берегоукрепления в составе узла водо-
заборных сооружений?
Берегоукрепление предназначено для защиты береговых со-
оружений от подмыва течением и от действия волн, сохранения
необходимых форм русла рек или побережья водохранилищ,
обеспечения транзитного движения дойных наносов, шуголедо-
вых масс, сора и сохранения необходимых глубин у водоза-
борного сооружения.
ф Какой должна быть протяженность берегоукрепления
в районе водозаборных сооружений?
Границы берегоукрепления в районе расположения водоза-
борных сооружений назначают (на реках) на основании про-
цессов формирования русла, его размываемости и прогноза
деформации на период срока службы сооружений. При распо-
ложении водозаборного сооружения на вогнутом берегу, сло-
женном из легкоразмываемых грунтов, крепление должно быть
осуществлено иа всем участке вогнутого берега выше водоза-
борных сооружений до места, где берег из вогнутого переходит
в выпуклый, а вниз по течению — на участке, гарантирующем
от существенных переформирований берега в пределах распо-
ложения всего комплекса водозаборных сооружений протяжен-
ностью не менее 50...100 м.
ф Какие требования предъявляются к устройству берегоук-
репления?
При устройстве берегоукрепления должны быть обеспечены:
надежная защита берега от разрушения;
396
ТАБЛИЦА If»
1 1 Типы креплений Средние допускаемые (перазыыпаю1цнс) скорости течения водотока для искусст- венных креплений, м/с. при средней глубине водотока, м
0,4 | 1 | 2 3 и более
Одиночное моще» не на щебне (слой щебня не тоньше 10 см) нз рваного кам- ня размером, см: 15 2.5 3 3.5 4
20 3 3,5 4 4,5
25 3,5 4 4,5 5
Одиночное мощение с подбором лпиа и грубым приколом па щебне (слой щеб- ня не тоньше 10 см) из камней разме- ром, см: 20 3,5 4,5 5 5,5
25 4 4,5 5,5 5,5
30 4 5 6 6
Двойное мощение из рваного камня на 3,5 4,5 5 5,5
щебне; нижний слой из камней 15 см, верхний — из камней 20 см (слон щеб- ня не тоньше 10 см) Хворостяная выстилка н хворостяные 2 2,5
покрывала на плотном основании (для временных креплений) при толщине выстилки 20 ... 25 см Фашинные тюфяки прн толщине 50 см 2,5 3 3,5
Габионы размером не меиее 0.5Х0.5Х До 4 До 5 До 5,5 До 6
X1 м Бутовая кладка из камня крепких по- 6,5 8 10 12
род с пределом прочности не менее 30 МПа Бутовая одежда из бетона марки: 170 6.5 8 9 10
140 6 7 8 9
Бетонные лотки с гладкой поверхно- стью из бетона марки: 170 13 16 19 20
140 12 14 16 18
Деревянные лотки гладкие при падеж- 8 10 12 14
ном основании н направлении течения вдоль волокон Одер ковка плашмя (на плотном оспо- 0,9 1.2 1.3 1.4
ван ни) Одериовка в стенку 1.5 1,8 2 2,2
наименьшие стоимость строительства и трудоемкость работ;
применение сборных железобетонных конструкций из уни-
фицированных стандартных и типовых элементов с наимень-
шим числом типоразмеров;
широкое использование местных и новых синтетических ма-
териалов;
397
возведение берегоукрепления преимущественно без водоот-
лива при наименьшем объеме водолазных работ;
применение прогрессивных методов производства работ при
минимальных сроках строительства.
ф Как определяется граница крепления берегового откоса?
Нижиюю границу крепления откосов сооружения и дна пе-
ред сооружением назначают исходя из условия их иеразмывае-
мости. Конструктивно отметку крепления внешней грани ка-
менно-набросного сооружения принимают равной удвоенной
высоте расчетной волны от расчетного горизонта воды. Если
величины донных волновых скоростей превышают допустимые
для грунтов основания, то перед сооружением предусматрива-
ется крепление диа слоем щебня или гравия толщиной ие ме-
нее 0,5 м.
Придонные полковые скорости определяют на глубине
по формуле
V"4ok , 4nz
——sh ч— '
8 Л50%
где л — коэффициент, равный 0.8 при Л/Л ^20 и 0,7 при Л/Л ^10; AMs—
высота полны 50 %-иой обеспеченности в шторме при расчетной скорости
ветра; ACOss — длина полны яысотоп определяемая по се пологости; z —
переменная глубина па откосе, пли глубина около подошны сооружения
в зоне расположения покрытия.
2. Определение волновых нагрузок
ф Какова терминология и основные буквенные обозначения
элементов волны?
Приняты следующие обозначения для элементов волн
(рис. 133):
Средняя волновая линия — линия, пересекающая запись
волновых колебаний; для регулярной волны это горизонталь-
ная линия, проведенная иа уровне полусуммы отметок ее вер-
шины и подошвы.
Гребень волны — часть волны, расположенная выше сред-
ней волновой линии.
Вершина волны—наивысшая точка гребня волны.
Подошва волны — наинизшая точка, расположенная ниже
средней волновой линии.
Высота волны h — превышение вершины полны над соседней
подошвой иа волновом профиле.
Длина волны Л,— горизонтальное расстояние между вер-
шинами двух смежных гребней па волновом профиле.
398
Рнс. 133. Профиль и элементы волны
/ — гребень волны,- 2 —вершина волны; 3— подошва волны; 4 — ложбина волны; 6 —
средняя волновая линия
Период волны т — интервал времени между прохождением
двух смежных вершин волн через фиксированную вертикаль,
определяемый по формуле
т= V(2лХ/£) cth 2лЯ/Х .
Скорость волны с=Х/т— скорость перемещения гребня
волны в направлении се распространения.
Расчетный шторм — шторм, наблюдающийся один раз п те-
чение заданного ряда лет (25, 50 и 100) с такой скоростью, на-
правлением, разгоном и продолжительностью действия ветра,
при которых в расчетной точке формируются волны с макси-
мальными элементами.
Расчетная скорость ветра W (при определении элементов
волн)—скорость ветра на высоте 10 м нал уровнем воды.
Расчетный уровень воды — уровень, назначаемый с учетом
сезонных и годовых колебаний, ветрового нагона воды, прили-
вов и отливов.
Разгон волн — протяженность охваченной ветром аквато-
рии, измеренная по направлению ветра до расчетной точки.
Основные буквенные обозначения расчетных формул приве-
дены ниже:
к=2л/Х— волновое число, рад/м;
hi, "Kt, Xi — соответственно высота, длина и период воли
/%-ной обеспеченности в системе;
h, X, т — соответственно средине высота, длина и период
волн;
Н — глубина воды при расчетном уровне, м;
НКр — критическая глубина воды, при которой происходит
первое обрушение волн, м;
Нк. п — глубина воды, при которой происходит последнее
обрушение волн, м;
Q — волновая нагрузка на сооружение (преграду);
Р — волновая нагрузка на единицу длины сооружения (пре-
грады);
399
р — волновое давление;
-у — удельный вес воды;
g—ускорение силы тяжести;
m=ctga: а—угол наклона откоса (нли дна) к горизонту;
(У^а) =tg а — уклон дна;
Но. с ctg а — заложение откоса;
Но. с — высота откосного сооружения.
ф Какие наибольшие высоты волн, их длины и периоды
бывают на морях СССР?
По данным Регистра СССР установлено:
Я. и К, м т. с
Баренцево ... 11,0 180 13.0
Лаптевых . . . . 5.8 104 8,3
Восточно-Сибирское . . . . . . . . 4.8 87 7.6
Карское ... 8.2 156 10.0
Чукотское . . . . 7.0 127 9.1
Берингово . . . . 12,0 210 14,0
Охотское . . . . (0.0 (70 12,0
Японское . . . . 9.0 160 12,0
Балтийское . . . . 8.0 ПО 10,0
Черное . . . . 8.0 130 11,0
Каспийское . . . 9.0 150 12.0
фКак зависит высота волны от степени волнения?
Связь высот волн со степенью волнения в баллах устанав-
ливается по шкале степени волнения (табл. 120).
ТАБЛИЦА 120
Степень вол- нения , бал- лы 1 Скорость ветра, м/с Давление ветра, Па Характеристика ветра Высоте поли, м Характеристика полпенни
Г
0 0 0 Штиль 0 * Волнения пет
1 1 1 Тихий 0,1 sg й < 0,25 Слабое
11 2—3 II Легкий 0.25 С h < 0.75 Умеренное
III 4- — 5 31 Счабый 0.75 С Л< 1.25 Значительное
IV 6-8 85 Умеренный l.25< h< 2,0 Сильное. Значи- тельное
V 9—10 125 Сиежип 2,0 С Л < 3.5 Сильное
VI 11—13 210 Сильный 3,5 < Л < 6,0 Сильное
VII 14—17 360 Крепкий 6,0 < Л < 8.5 Очень сильное
VIII 18-20 500 Очень крепкий 8,5 С Л< 11,0 Очень сильное
IX 21-24 720 Шторм Л .. 11 Исключительное
X 25-28 980 Сильный шторм и 11 То же
400
I____I I—I I 1—i.l___I I—1—1—I 1—1---1—I—L-U
2 3 tSS8 2 3 U568 2 3 b56fftlw
100 1000 10000
Рис. 134. Графики для определения элементов ветровых волн в глубоководной и мелководной зонах
ф Как определить значения элементов волн hurt
Средняя высота Л и средний период т определяются по гра-
фикам рис. 134, построенным в безразмерных величинах gt/W,
gDIW2, gHIW2, gh/W2, gx/W.
Для глубоководной зоны (А/>Лг/2) используется верхняя
огибающая кривая. Вычисляются безразмерные отношения
gtjW и gDIW2 и откладываются на осях абсцисс. Если вели-
чина gtjw лежит левее величины gDIW2, то это значит, что
волнение — развивающееся и значения Лит находятся по со-
отношению gt!W\ если же величина gttW лежит правее вели-
чины gDIW2, значит волнение — установившееся и значения h
и т определяют по соотношению gDIW2. Далее иа верхней оги-
бающей находят ординаты этой точки на левых осях gh/W2 и
gx/W, из которых и вычисляют ft и г.
Средняя длина волны К на глубоководье определяется по
формуле
Для мелководной зоны (Нкр<Н<кг/2) используют кривые
с соответствующими значениями gH/W2. Ход определения орди-
нат аналогичен вышеописанному.
0,20 015 0,10 0.05 Oh/H
Рис. 135. График для определения высоты волны (hj) i-й обеспеченности
402
Средняя длина волны на мелководье определяется из урав-
нения
- R Xs
X =-2-----1Ь(2яЯ/Х).
2 л
ф Как определяется высота волны 1%-ной обеспеченности*
Средняя высота йгл и средний период волн т в глубоковод-
ной зоне определяются по верхней огибающей кривой рнс. 134.
По значениям безразмерных величин gtlW и gDIW2 и верхней
огибающей кривой необходимо определить значения ghrJ,/W2 и
gx/W и по меньшей величине принять среднюю высоту и сред-
ний период волн.
Высота волны 4 %-ной обеспеченности hi%=hrj,Ki, где к,- при-
Сх$ма Б
Рис. 136. Схема (А) трансформации волн на мелководье и график (Б) для
определения критической глубины Нк„
схема А:/ —глубоководная эояа H>VAr; // — мелководная зона ,/Аг>Н>//Кр; III —
прибойная эона Нк. п <//<//кр; IV — нриуреэовая эона Н<Нкр Д—Д — створ первого
обрушения волн; Е—Е — створ последнего обрушения волн
схема Б: / — при m-Б.. .10; г — прн т-20; 3 —прн т-40
403
пимается по графику рис. 135 для безразмерной величины
VgD]W в глубоководной зоне; для мелководной зоны исполь-
зуется та из осей V gDjW, gHjW2 или Л/Я, для которой вычис-
ленное значение лежит левее соответствующих значений на
других осях.
♦ Что такое критическая глубина Нкр и как она определяется?
Критическая глубина Нкр — глубина, при которой колеба-
тельный характер движущихся к берегу воли нарушается, на-
чинается их разрушение. Величина Нкр определяется по гра-
фикам рис. 136, Б. В зависимости от пологости дна m = etga
используется одна нз кривых. Величина //НрАг находится как
абсцисса точки соответствующей кривой с ординатой, равной
величине отношения h-JIgf). По найденной величине /ЛрМг да-
лее находим НКр.
3. Укрепление откосов камнем
ф Как определяется толщина бетонной плиты покрытия бере-
говых откосов?
Размеры плит крепления определяют расчетом в зависимо-
сти от высоты воли hu: наименьшая толщина монолитных плит
0,15 м, сборных плит — 0,1...0,2 м, размеры плнт в плане оп-
ределяются грузоподъемностью монтажных кранов. Прибли-
женно толщина плиты d=Kny^hJB ftB (где кя— коэффициент:
при плотности материала плиты р=2,3 т/м3 кп=0,10... 0,12;
В — длина ребра плиты в направлении, перпендикулярном
к урезу воды). Чаще монолитные плиты укладывают секциями
размером 15x20 м. При высоте волн йв=3...5 м и коэффици-
енте откоса т=3...4 толщина плит в зоне непосредственного
воздействия волн достигает 0,4...0,5 м. Швы между плитами
могут быть уплотненными или неуплотненными. Под плитами
устраивается обратный фильтр в зоне швов, пространство ме-
жду плитами закладывают просмоленными досками или зали-
вают битумом, вместо дренажа иногда укладывают железобе-
тонные доски.
ф Как определяется толщина каменных покрытий берегового
откоса?
Для расчета толщины покрытий рекомендуется следующая
формула:
d = Khmi* Vl + m* /|(Тк — ?) m];
где для наброски к=0,42, для мостовой к«=0,31. для бетонных плит к=0.28;
Атах — максимальная высота волны, м; уи н ? —удельный вес камня в во-
404
доиасыщеипом состоянии и воды (у.,=23 кН/м1); m=clg а — коэффициент
откоса.
Толщина плиты dn исходя из условий устойчивости иа всплы-
тие и опрокидывание находится по формуле
dn = «Л VM(Yn —Ю)т6] ,
где уа—средний удельный вес плиты; Ь — длина плиты; /с=0,075.. .0,128—
коэффициент, зависящий от конструкции плиты и швов и заданного коэффи-
циента устойчивости (при коэффициенте устойчивости 1,2 значение к=0.118).
Толщина каменной наброски должна составлять во всех
случаях не менее двух расчетных размеров камня. В соответ-
ствии с этим толщину наброски следует проверить, руководст-
вуясь формулой
d„ >5,35^0/^.
где Q — расчетная масса камня.
Для коротких воли при (Л./Л) < 15
Q = 7.2?кфнА8/(Ук — Ю)’. W фн =
Значения ф„ в зависимости от крутизны откоса т прини-
маются:
m 1.5 2,0 2.5 3,0 3,5 4.0 5,0
Фи- Ю-® 2,73 1,05 0,46 0,237 0.133 0,08-1 0,034
Для определения массы камней и бетонных блоков при
длинных волнах можно пользоваться формулой
Q = nft*y/[(cos а — sin а)3 (у! — у)3],
где yi—средний удельный вес материала покрытия; л—отвлеченное число,
равное 15 для каменной наброски н 19 — дли наброски из бетонных блоков.
+ Какие требования предъявляются к естественному камню
для берегоукрепления?
Для наброски используется рваный камень с минимальным
отношением наибольшего размера к наименьшему 3...4. Ка-
мень для мощения имеет продолговатую форму при отношении
высоты к поперечному размеру не более 2. Для габионов раз-
меры камня должны превышать размеры ячеек сеток. Кроме
того, камень должен быть твердых пород, плотный, с малой
вл а гоем костью, морозоустойчивый и достаточно тяжелый,
с удельным весом не менее 18... 20 т/м3 с прочностью на сжа-
тие не ниже 400.
405
Размеры камня определяются в зависимости от конструкции
мощения. Обычно используют камни от 15 до 50 см по наимень-
шему измерению (толщина). Щебень и гравий применяют для
подстилающего слоя и расщебенки мостовой; средний размер
гравия н щебня от 35 до 50 мм, максимальный (в количестве
не более 25%)—до 80 мм. Промывка щебня не требуется.
Примесь фракции меньше 5 мм допускается в количестве не
свыше 20 % объема, в том числе глины — не более 10 %.
♦ Как производится укрепление откосов камнем?
Исходя из грунтовых условий, скорости течения, действия
волн, ледового режима могут быть применены: наброска из бу-
лыжного пли рваного камня, одиночное мощение на слое мха,
на щебне, с подбором «лица» и грубым приколом камня на
щебне, двойное мощение из рваного камня на слое щебня, мо-
щение в плетневых клетках.
Каменная наброска, предназначенная для укрепления под-
мываемого берега, имеет толщину от 20 см и более и выпол-
няется по слою щебня толщиной 15 см. Делать каменную
наброску выгоднее, чем производить трудоемкое каменное мо-
щение. Когда отсутствует подходящий камень, наброску выпол-
няют из бетонных блоков по гравийному основанию.
При наброске с подбором камня допускается крутизна от-
косов 1 : 1. Крутизна откосов основания, прикрываемого камен-
ной наброской, не должна превышать угол внутреннего трения
для данного грунта.
Крутизна береговых откосов, защищенных каменной на-
броской, в ходе эксплуатации под воздействием течения и волн,
как правило, изменяется до 1:3. Поэтому прн глубине воды
свыше 6 м и больших скоростях течения принимается крутизна
откосов 1:2 (при подводной выкладке камня). Подводная на-
броска, выполненная без подбора камня при глубине воды 2...
3 м, образует откосы крутизной от 1: 1,25 до 1 :1,5.
Ориентировочный подбор камней производят в зависимости
от скорости течения:
Скорость те- чения, м/с 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 5.0
Масса кам- ня, кг 1.3 3,0 3.5 8.0 12 16 30
Для защиты грунта от выноса, а также размыва его про-
дольными фильтрационными или поверхностными водными по-
406
Рис. 137. Обратный фильтр
I — направлеаве фильтрационного потока; 2 —
первый слой фильтра; 3 — второй слой фильтра
токами в гидротехнических сооружениях устраиваются обрат-
ные фильтры (рис. 137), толщина и количество слоев которых
определяются расчетом. Принцип работы обратного фильтра
заключается в том, что мелкие- грунтовые частицы, увлеченные
потоком, задерживаются в порах слоев обратного фильтра.
Обратный фильтр, всегда выполняемый из несвязного грунта,
должен удовлетворять следующим основным условиям: ча-
стицы защищаемого грунта ие должны просыпаться и вымы-
ваться в поры первого слоя фильтра; частицы одного слоя
фильтра не должны просыпаться и вымываться в поры следую-
щего фильтра; частицы последнего слоя фильтра не должны
просыпаться и вымываться в дренаж, к которому примыкает
фильтр; поры обратного фильтра с течением времени не дол-
жны кольматироваться частицами грунта, вынесенными из за-
щищаемого слоя.
Для защиты каменных набросок от действия волн устраи-
вают четырехслойные обратные фильтры.
В табл. 121 приведены данные о толщине обратного фильтра
б, см, при удельном весе камня ук=26 кН/мя. Этой таблицей
можно воспользоваться, чтобы правильно выбрать четырех-
слойный фильтр.
При других значениях удельного веса камня -ук толщина
фильтра принимается с поправочным коэффициентом к:
Ук, кН/м3 24 25 26 27 28
К 1.15 1,07 1,00 0,95 0,85
Толщина слоя наброски из сортированного камня принима-
ется 2,5DK (расчетный размер камня); для наброски из несор-
тированного камня толщина слоя увеличивается до ЗДИ.
Учитывая опыт эксплуатации такого типа крепления отко-
сов (наброской), типовой проект должен предусматривать двух-
слойную наброску для пылеватых песков и однослойную — для
других песчаных грунтов (рис. 138). Толщина однослойной под-
готовки должна составлять 50 см. Исходя из условий отсыпки
материала в воду и последующего грубого выравнивания,
407
ТАБЛИЦА 121
Состав обратного фильтра При высоте волны /1. м
1 1.5 2
Первый слон — разнозернистый пе- 10 J5 15
сок
Второй слой — щебень или гравий 10 15 15
Третий слой — мелкий камень 10 15 20
Четвертый слой — крупный камень 20 30 40
Примечание. Коэффициент разпоэеркистости duJd«,<lO.
минимальная толщина каждого слоя двухслойной подготовки —
30 см. При глинистых грунтах под гравийной подготовкой пре-
дусматривается устройство песчаной подсыпки с толщиной
у подошвы откоса 0,5 м. Уклон срезки глинистого грунта под
водой принимается 1:4. Наибольшая масса камня в нижеле-
жащем слое должна составлять 0,25 % от массы вышераспо-
ложенного камня. Коэффициент разнозериистости материала
подготовки DeolDi0 принимается равным 10. Уклон каменной на-
броски для крепления откосов при расчетной высоте волны до
1 м целесообразно принимать 1 : 1,25.
ф Каков порядок производства работ по укреплению откосов
каменной наброской?
При укреплении наброской затопленного откоса камень по-
дается самосвалами с берега, грейферными береговыми или
плавучими кранами, шаландами с открывающимися днищами.
При сбрасывании камня в воду необходимо учитывать возмож-
ность сноса его течением. Расстояние, на которое может быть
отнесен камень по течению, определяется по формуле
L = 2,5Яо0/О*/2.
где Н — глубина потока, м; Оо — средняя скорость потока, м/с; Du—диаметр
камня, см.
На сухой откос камень подается при высоте откоса до 5 м
автосамосвалами, а при более высоких откосах — с помощью
кранов. После отсыпки камня поверхность отсыпки должна
быть выровнена с точностью ±8 см.
ф Как выполняется мощение откосов камнем?
Камни укладываются рядами от подошвы откоса к его верх-
ней бровке «тычком» с расщебенкой пустот н перевязкой швов.
Зазоры между отдельными камнями в углах не должны превы-
шать 5 см. Камии должны быть плотно прижаты друг к другу,
408
3
Рис. 138. Подводное крепление откосов
1 — глинистый грунт; 2 —подготовка нз щебня нлн гравия; 3— наброска камня; 4 — подсыпка песчаного грунта взамен глинистого
основания; S — подсыпка песчаного грунта: б — покрытие верхней части откоса; 7 — упор нз бетона
чтобы нельзя было их сдвинуть или извлечь нз мостовой
вручную.
Поверхность уложенной мостовой должна быть ровной. При
проверке рейкой длиной 2 м неровности не должны превышать
5 см.
4. Габионы
ф Каково назначение габионов?
Габионы предназначены для защиты русла и берегового от-
коса от воздействия течения большой скорости (от 5 м/с и бо-
лее) и ледохода, а также для придания откосам большой кру-
тизны. Габионы могут быть различны по размерам и массе
(табл. 122).
ф Как изготавливают габионы?
Габионы (рис. 139)—сетчатые корзинки, сплетенные из
'оцинкованной проволоки диаметром от 2,5 до 5 мм. Они запол-
няются камнем и устанавливаются в тело сооружения. Ребра
сеток выполняются обычно из оцинкованных металлических
стержней, диаметр которых (преимущественно 4—6 мм) при-
нимается в зависимости от нагрузки и условий работы соору-
жений.
Перед наполнением габиона камнем он связывается с со-
седним габионом, уложенным ранее. В процессе заполнения
камнем стенки, а также дно и крышка габионов изнутри стяги-
410
Рис. 139. Одежда из габионной кладки
«— готовая арматура габиона; 6 — габионные тюфяки; о — укрепление откоса габио-
нами
ваются проволокой. Стяжки ставятся во всех направлениях.
Срок службы сетки из оцинкованной проволоки около 10 лет,
из простой — около 4 лет. О пределе прочности можно судить
по данным табл. 123.
Укладывать камень в форму следует плотно, по не нарушая
формы габионов, равномерно по всей площади.
Наброска камня в формы не допускается. Если камень раз-
личных размеров, то его нужно рассортировать и укладывать
более крупный — у сетки, мелкий — внутри габиона.
ТАБЛИЦА 123
размер ячейки, мм Предел прочности проволочной сетки. МПа. при диаметре проволоки, мм
2.5 2.8 3,1 3.4 3.8 4.2
50X70 785 — .
50X80 628 782 966 —. — —
80Х 100 472 591 724 872 — —.
100Х130 393 492 604 726 907 —
120Х 140 314 394 483 581 729 886
140Х180 275 345 423 508 655 776
411
ф Как укладывают габионы при укреплении берега?
При укреплении берегового откоса габионы укладывают
длинной стороной в направлении уклона откоса, а габионы,
прикрывающие подошву,— вдоль подошвы. При укреплении
берега путем укладки габионов в несколько рядов нижний ряд
следует размещать короткой стороной в направлении воды,
а остальные габионы укладывать с перевязкой швов, причем
перевязка делается не менее чем на '/3 длины нижележащего
ящика или тюфяка (рис. 139,в). Крутизна укрепляемого откоса
не должна превышать 1 :2.
Под покрытием из габионов устраивается щебеночная нлн
гравийная подготовка толщиной 20... 40 см. Нижние габион-
ные сетки закрепляются в земле металлическими стержнями
диаметром 16... 19 мм, забиваемыми по углам.
5. Укрепление берегов тюфяками,
каменной наброской в плетневых клетках
ф Как укрепляются берега надводного откоса камнем в плет-
невых клетках?
Для удерживания камня на укрепляемом откосе применяют
плетневые клетки. Ряды плетней лучше располагать наклонно
под углом 45° к урезу воды в двух направлениях так, чтобы от
их пересечения образовались квадратные клетки, в которых
одна диагональ была бы параллельна урезу воды, другая —
перпендикулярна к нему (рис. 140).
Плетневые клетки устраиваются в следующем порядке. По
надводному откосу берега, спланированному с уклоном I : 1,5
или 1 :2, перекрестными рядами, расположенными на расстоя-
нии I м, забиваются колья диаметром 4... 5 см через 25 см,
высота кольев от земли принимается 0,3...0,4 м. По рядам
кольев заплетается плетень, образующий клетки. Колья заби-
вают в грунт на глубину не менее 30 см. Хворост и колья для
плетня должны быть ивовыми, они
прорастают и укрепляют почву. Для заполнения клеток используют плотно укладываемый крупный камень. Плетневые клетки, устраиваемые на грунтовом откосе, выстилаются Рис. 140. Каменная наброска в плетневые клетки
412
мхом, сеном, соломой слоем толщиной 8... 12 см для предохра-
нения грунта от вымывания.
♦ Когда применяется травосеяние и древесные посадки для
укрепления берегов?
Искусственный засев откосов различными травами, а также
древесные посадки — наиболее простой способ укрепления по-
логих берегов и откосов от размыва дождевыми водами и вы-
ветривания. Для образования прочной дернины применяется
травосмесь, включающая не менее трех видов многолетних
рыхлоустойчнвых злаковых трав (тимофеевка, овсяница луго-
вая, пырей бескорневищный, житняк, райграс пастбищный, ежа
сборная), корневищных злаковых трав (костер безостный, ов-
сяница красная, мятлик луговой, полевица белая), стержневых
многолетних бобовых трав (клевер красный, люцерна, эс-
парцет).
Травосеяние применяется на откосах не круче 1: 1,5 в вы-
емках глубиной не более 6 м и иа насыпях высотой ие более
12 м. Откосы крепятся рядами посевов, наклонными к течению.
Требуется, чтобы грунтовые воды отстояли не более, чем на
0,5 м от поверхности откоса берега. О смесях и процентной
норме трав для засева можно судить по табл. 124.
ТАБЛИЦА 124
Трапы Норма трав для засева, к Нормы высева на 1 га, кг
май, июнь, июль август, сентябрь
глина, тяжелые суглинки легкие суглин- ки. связные су- песи легкие супеси торф глииа, тяжелые суглинки легкие 'суглин- ки, связные су- песи легкие супеси торф
Клевер: красный 5 5 5 5 23
белый 15 12 20 12 15 12 20 10 (4
шведский — — — 5 — — — 5 14
Тимофеевка 30 25 35 20 40 35 35 30 19
Пырей 20 20 20 15 25 25 30 30 55
Овсяница: луговая 15 25 5 30 5 15 5 10 47
красная 10 10 10 5 5 5 5 5 36
Полевица - — 3 10 5 10 8 5 10 17
Мятлик 5 — — 8 5 — — — 20
413
ф Как производится укрепление откосов одерновкой?
Одерновка как способ укрепления откосов получила широ-
кое распространение. Применяется одерновка (рис. 141):
плашмя, уступами, в стенку (в кладку) и в ленту (в клетку).
При одериовке плашмя укрепляются откосы с крутизной 1: 1,5,
дерн укладывается горизонтальными рядами, причем швы обя-
зательно перевязываются и через каждые 1,5 м крепятся к от-
косу ивовыми спицами. На песчаное основание перед укладкой
дерна расстилается слой земли толщиной 6...7 см. Прн гли-
нистом основании верхний слой рыхлится на глубину 5...6 см.
Для сухих и песчаных грунтов применяется одерновка из
штучного дериа, а для глинистых — ленточный дерн. Одерновка
в клетку целесообразна для откосов не круче 1: 1,5, высотой
не более 12 м (для насыпи) и глубиной не более 6 м. Дерновая
лента должна иметь ширину от 25 до 40 см, длину от 2 до 3 м.
Толщина ее принимается равной 8... 10 см. Кромка дерна сре-
зается косо, дернины прибиваются четырьмя спицами длиной
не менее 30 см, диаметром 2... 3 см. Работы по одерновке от-
косов лучше всего производить весной или осенью.
ф Как производится вязка надводных и подводных хворостя-
ных тюфяков?
Тюфяк состоит из хворостяного тела, облегающих и стя-
гивающих его сеток (верхней и нижней), сделанных из хворо-
стяных канатов и стянутых одна с другой смоляными верев-
ками, и загрузочного материала (лучше крупный рваный ка-
мень).
Канаты вяжут из хвороста ивовых пород, в основном бело-
тала н корзинной ивы длиной 2.5...3 м, толщиной в комле до
2,5 см с помощью инвентарных козел, которые устанавливаются
через 1 м по прямой линии. На козлы укладываются хворо-
стины в одну сторону комлями так, чтобы одна хворостина на
одну треть своей длины перекрывала другую. При равномерной
укладке хворостин образуется пучок толщиной 13... 14 см. Хво-
рост туго перевязывается через каждые 25 см мягкой проволо-
кой диаметром 2 мм с предварительным натяжением. После
стягивания пучка получается канат диаметром 12 см. Вязка
нижних сеток начинается с укладки продольных канатов, длина
которых делается на 50 см больше длины тюфяка (достигает
иногда 100 м). Канаты укладываются на расстоянии 1 м один
от другого (рис. 142).
На продольные канаты через 1 м укладывают поперечные
канаты, затем их перевязывают в точках пересечения смоляной
веревкой диаметром 10... 12 мм. Рядом с узлами сетки в ка-
наты вставляют так называемые «козульки» — колья диамет-
414
Рис. 141. Одсриовка откосов
а — плашмя; б — уступами; о — о стенку (кладка)
Рис. 142. Укрепление откосов фашинами
ром 1,5... 2,5 см с развилкой в вершине длиной 50 см. Они слу-
жат для временного закрепления концов веревок, которыми
связывалась нижняя сетка.
Укладка хвороста в тюфяк производится в два ряда сплош-
ным покрытием. Первый слой хвороста толщиной 25 см укла-
дывают на сетку параллельно поперечным канатам (с выпу-
ском за крайние канаты 15...20 см) комлями к краям сетки,
а вершинами—к ее середине. На первый слой укладывается
второй, перпендикулярно к направлению хворостин первого
слоя. Затем на хворостяную постель укладывают поперечные и
продольные прутяные канаты; последние образуют верхнюю
сетку, которая с помощью веревок, снятых с «козулек»,— ан-
шпугов *— притягивается к нижней.
В таком виде тюфяк спускается на воду. В том случае, если
он предназначаемся для буксировки, то следует до связывания
верхней и нижней сеток в тело тюфяка заложить канат длиной
20... 25 м, диаметром 19... 22 мм. Количество пропущенных
концов канатов зависит от скорости течения и размеров тю-
фяка и принимается обычно равным 2...4. Они являются ос-
новным креплением натяжного судового каната при буксировке
тюфяков к месту укладки.
При большом объеме укладки подводных тюфяков для их
вязки следует иметь постоянный стапель. Стапель устраивается
в виде плоскости с уклоном 1 : 10... 1 : 12. Для спуска тюфяка
на воду на наклонной плоскости стапеля лучше устанавливать
ролики, вращающиеся на мертвых опорах, чем бревенчатые
катки.
ф В какой последовательности устанавливаются на место хво-
ростяные тюфяки?
В теплое время года установка подводных хворостяных тю-
фяков производится: с помощью катеров — при площади тюфя-
ков до 500 м2, с помощью буксиров мощностью 140...220кВт —
при площади тюфяков 500... 1000 м2. Для обеспечения равно-
мерного погружения тюфяка камень загружают равномерно.
Количество камня, необходимое для погружения тюфяков
в воду, иа 1 м2 составляет примерно 0,15...0,2 м3 при массе
1 м3 камня 2 т. Когда тюфяк под тяжестью камня погрузится
в воду на % своей толщины, нужно загружать береговую часть
тюфяка, чтобы обеспечить точную его укладку в подводную
часть берегового откоса.
В зимний период вязка тюфяка выполняется на льду непо-
средственно на месте укладки. Вначале делается разбивка ме-
стоположения тюфяка. Затем на льду готовится ровная пло-
* Аншпуг — затяжка, состоящая нз двух кольев н прикрепленной к ним
веревки или тонкой цепи.
416
щадка для вязки на ней тюфяка (тюфяк вяжется так же, как
н летнее время). Когда тюфяк связан, его зачаливают кана-
тами, после этого производят сколку льда по контуру тюфяка.
Во избежание перекоса и разрыва тюфяка при погружении
в воду сначала загружают его береговую сторону.
Следует отметить, что хворостяные тюфяки под водой более
долговечны, чем в надводном положении.
6. Битумные н бетонные покрытия
ф В каких случаях для крепления откосов применяют битум-
ные покрытия?
Битумными покрытиями крепят откосы рек, каналов, мор-
ских оградительных дамб и других земляных гидротехнических
сооружений. Они могут применяться в условиях, не благопри-
ятствующих прорастанию трав. Для того чтобы предотвратить
прорастание трав на надводном откосе, грунт обрабатывают
гербицидами — ядохимикатами. Наиболее эффективным герби-
цидом (поражающим все виды растений) является сульфат ам-
мония NH4NH2SO2 — неорганическое кристаллическое вещество
желтоватого или серого цвета (поставляется в бумажных меш-
ках массой по 20 кг). Атразин — органический белый порошок
с 50%-ным содержанием действующего вещества, растворим
в воде. Обработку грунта гербицидами типа сульфата аммония
ведут весной и летом, исключая период появления бутонов и
цветения растений, а атразином — ранней весной или осенью
до заморозков.
ф Как приготавливается асфальтобетон?
Для приготовления асфальтобетона применяют нефтяные
битумы марок БН-П, БН-ПУ, БН-1ИУ и их композиции. Норма
ТАБЛИЦА 125
Вид асфальтобетона Размеры частиц песка менее, мм
15 5 2 I 0,5
Жесткий мелкозернистый (со щебнем или гравием) 100 60 ... 90 40 ... 75 20 ... 60 20 ... 40
Пластичный песчаный (крупный) Пластичный песчаный (мелкий) — 100 72 ... 82 100 58 ... 70 77 ... 83 44 ... 60 58 ... 69
417
Продолжение табл. 125
Вид асфальтобетона Размеры частиц песка менее, мм Количество битума
0,25 0,15 0.075
Жесткий мелкозернистый (со щебнем или гравием) 15 . . .30 12 ... 13 10 . . . 25 8 . . 11
Пластичный песчаный (крупный) 32 . . . 49 25 ... 40 13 . . . 26 9 . . 12
Пластичный песчаный (мел- кий) 44 . . . 57 35 ... 43 26 . . . 40 10 . . 16
хранения асфальтобетона на 1 м2 площади склада 1,25 т, норма
естественной убыли при хранении 0,5... 1 %.
На надводной части откоса применяют жесткие, а на под-
водной — пластичные асфальтобетоны. Ориентировочное про-
центное содержание фракций песка и битума в асфальтобетоне
показано в табл. 125.
В качестве минерального порошка для асфальтобетона при-
меняют известняковый порошок или цемент любых марок. Ще-
бень или гравий для приготовления асфальтобетонной смеси
должен состоять из прочных каменных пород. В гравии не до-
пускается содержание частиц слабых пород по массе более5 %.
Песок не должен содержать глинистых частиц по массе бо-
лее 3 %.
Асфальтобетонную смесь приготавливают так: минеральную
часть замеса без влаги нагревают до 190... 200 °C, битум — до
160 °C; выпущенная смесь должна иметь температуру ие выше
180 °C. Бптумоплавильная установка состоит из рабочего котла
и котла для выпаривания влаги из битума. Характеристики
битумоплавильиых установок и асфальтосмесителей приведены
соответственно в табл. 126 и 127.
ТАБЛИЦА 126
Показатель Д-335 Д-506
Тип агрегата Периодиче- Непрерывного
Рабочая вместимость одного кот- ского дейст- вия 7,5 действия 8,5
ла, м8 Вид топлива Мазут, уголь Мазут, ди-
Марка насоса для битума Шестереича- эельиое топ- ливо Д-171
Общая масса комплекта, т тый 29,3 9,2
418
ТАБЛИЦА 127
Показатель Д-288 Д-225
Тип смесителя Непрерыв- ного действия Периодиче- ского дейст- вия
Масса одного замеса, кг —- 400
Производительность, т/ч 4 ... 6 8 ... 12
Общая установочная мощность. кВт Масса установки, т 30 45,5
7.8 16.9
Тип установки Передвиж- ная МАЗ-200 Пол уста цио- парпая
ф Как производится покрытие откосов монолитным асфальто-
бетоном и отдельными плитами?
Монолитные асфальтобетонные покрытия выполняются при
температуре воздуха не ниже +5 °C; температура смеси в на-
чале уплотнения должна быть не ниже 110 °C, в конце—ие
ниже 70 °C.
Покрытие произиодят отдельными захватками. Площадь за-
хватки определяют из условия, чтобы при последующей укладке
асфальтобетонной смеси края на ранее уложенном асфальтобе-
тоне не остывали более, чем до 50 °C. При толщине покрытия
до 10 см укладку осуществляют одновременно на всю толщину,
при толщине более 10 см—послойно. Скорость перемещения
катка не должна превышать 0,7 м/с. Для устранения прилипа-
ния смеси в период уплотнения иа поверхность вальца наносят
эмульсию, состоящую из 60 % воды, 40 % керосина и 0,01 %
хозяйственного мыла.
При монтаже покрытия из отдельных плит каждая может
иметь площадь от 1 до 15 м2. Их швы омоноличивают мастикой
или асфальтобетоном. Мастика имеет состав: битум БН-111 —
36%, резиновый порошок — 4%, минеральный порошок — 60%.
Температура мастики при заливке швов должна быть 150 °C.
После заполнения швов асфальтобетонной смесью требуется
последующее ее уплотнение.
ф Как укладывают асфальтобетонные и асфальтополимербе-
тонные покрытия на подводные части берегов рек?
На подводные части берегов рек укладывают асфальтобе-
тонные покрытия толщиной 5... 6 см. Их опускают под воду
с помощью барабана отдельными картами внахлестку по тече-
нию, одна на другую, на величину 1...3 м. Барабан с покры-
тием разматывается с помощью плавучего крана.
Карта покрытия изготавливается и наматывается на бара-
бан на стенде, расположенном у уреза воды; кран перемеща-
419
ется по створу укладки карты, удерживая ее на крюке в виде
рулона и постепенно раскатывая по откосу. При волнении
свыше 2 баллов работы по укладке асфальтобетона прекра-
щаются.
Монтаж АПБ плит и рулонов на откосах осуществляется
краном соответствующей грузоподъемности с использованием
вакуум-захватной траверсы. Траверса оборудуется вакуумным
насосом типа ВВН-12, системой водяного охлаждения с под-
водом воды по двум трубопроводам и вакуумметром. Равно-
мерность захвата АПБ плиты траверсой обеспечивается присо-
сами, устанавливаемыми через 1 м. До укладки плит подготав-
ливают грунтовое основание: стерилизуют спланированное под
рейку и уплотненное катком основание гербицидами сплошного
действия.
Рулонные материалы раскатываются сверху или снизу
с помощью крана. Стыки между АПБ плитами или рулонами
заделываются литым асфальтополимербетоном с содержанием
латекса до 4 %.
ф При каких условиях применяют бетонные и железобетонные
одежды для защиты береговых откосов?
Для защиты береговых откосов и откосов земляных соору-
жений от размыва под воздействием течений и ветровых волн
применяются бетонные и железобетонные покрытия. В тяже-
лых ледовых условиях откос устраивается не круче 1:3...
1:4.
Грунт, слагающий откос, должен иметь заданную плотность.
Выступы и впадины не должны превышать ±4 см. На подго-
товленное основание укладывается обратный фильтр. Количе-
ство его слоев определяется исходя из расчетной крупности
грунта основания и размера конструктивного шва между пли-
тами. Прн этом соблюдается условие
2/щ,
где — расчетная крупность последнего слоя фильтра; tm — размер шва
между плитами.
Песок, укладываемый в обратный фильтр, увлажняется до
12... 15 % при положительной температуре.
Толщина подготовки под железобетонные и бетонные
одежды зависит от гидрогеологических условий откоса: на су-
хом откосе толщина принимается 10... 15 см, на откосе при на-
личии грунтовых вод—30...40 см. Подготавливаемое на ме-
сте монолитное бетонное покрытие выполняется в виде плит
с размером в плане от 5 до 10 м. Толщина его составляет 15...
20 см.
420
ф Какие железобетонные плиты применяются для укрепления
береговых откосов в зависимости от ледовых и ветровых воз-
действий?
Для укрепления береговых откосов применяются сборные
бетонные и железобетонные плиты различных размеров — от
квадратных шашек размером 30x50 см до плит толщиной 15...
20 см, размером от 2,5X2,5 до 3x3 м, изготавливаемых в за-
водских условиях. Шашкн соединяются (нанизываются) прово-
локой или с помощью хомутов по краям и укладываются ко-
сыми рядами. На 1 м2 укрепляемой площади требуется
6 плит.
Если ветровые волны сильно воздействуют на береговой от-
кос, то для его защиты используются бетонные плиты с прямо-
угольными или круглыми отверстиями. Плиты ставятся на под-
готовку из гравия, подобранного по принципу обратного филь-
тра. Если фильтр формируется из крупных фракций, то
в плитах делают сквозные щелн. Данные о зависимости тол-
щины плиты от толщины ледового покрова приведены ниже:
Толщина ледового покрова, см
30
100
Толщина плиты, соответствую-
щая ледовому покрову, см
Расстояние между температурно-осадочными швами в на-
правлении, параллельном урезу воды, на прямых участках от-
коса не должно превышать 40 м и принимается кратным ши-
рине плит (2,5 м). Карта в направлении уклона откоса должна
иметь размеры не больше 20 м при высоте волны 1,5 м и не бо-
лее 15 м при высоте волны свыше 2 м.
Если глубина воды перед сооружением при минимальном
навигационном уровне меньше критической, то поверхность
ТАБЛИЦА 128
Допускаемая нормальная сосредоточенная tнагрузка на 1 м. кН Плиты из обычного железобетона Плиты из предварительно напряженного железобетона марки 300
марка 200 марка 300
12,5 10
23 15 10 —
35 20 15 10 ... 15
53 — 20 15 ... 20
421
ТАБЛИЦА 120
Крутизна откоса Облегченные ледовые условия Нормальные ледовые условия
h < 1 м I <h < 1.5 h<l м 1 <h< 1.5 м
1 : 2 3X3X0,15 ЗХ 3X0,2
3X2,5X0.15 — ЗХ2.5Х0.2 —
2,5X2,5X0,15 — — —
2,5X2X0,15 — — —
1 : 2,5 3X3X0,15 ЗХ 3X0,2 —
3X2,5X0,15 — 3X2,5X0.2 —
3X2,5X0,15 — —— —
2,5X2X0,15 —
1 : 3 3X3X0,15 ЗХЗХ0.2 ЗХЗХ0.2 ЗХЗх0.2
3X2,5X0,15 ЗХ2.5Х0.2 3X2,5X0,2 ЗХ2.5Х0.2
2.5X2,5X0,15 — — —
2,5X2X0,15 — — —
берм и дна перед сооружением укрепляют. Крепление диа про-
изводят на полосе шириной 0.25ХХ при h = 2 м и 0.4ХХ, при
h>2 м (здесь X —длина волны).
Минимальная толщина плит в зависимости от нормальной
сосредоточенной нагрузки приведена в табл. 128 а размеры
сборных бетонных плит—в табл. 129.
ф В каких случаях для защиты береговых откосов применяют
железобетонные ковры?
Бетонные и железобетонные ковры (тюфяки) применяются
для защиты береговых откосов при скорости течения воды до
8 м/с и высоте ветровой волны свыше 1,5 м. Будучи гибким,
ковер укладывается даже в том случае, если поверхность от-
коса или берега реки не выровнена.
Элементы бетонных тюфяков соединяются скобами, шарни-
рами, металлическими стержнями в блоки. В табл. 130 приве-
дены данные о блоках для устройства копровых покрытий.
Уклоны откосов при креплении фасонными блоками назна-
чают от 1 : 1,5 до 1 :2,0.
ТАБЛИЦА 130
Размер блоков в плане, см Толщина блоков, см Объем бетона, мэ Масса арма- туры, кг Масса блока,т Допу- скаемая скорость течения, м/с Допускае- мая высота волны, м
50X50 15. .20 0,04 . .0,05 1.8 0,09. . 0,12
70X70 20. . 25 0,10 . . 0,12 2,7 0,23 . .0,28 3. . . 5 0,7 .. . 1,2
100Х 100 25. .30 0,25 . .0,30 6,2 0,58 . .0,69
422
12 3 4
Рис. 143. Виды фасонных
блоков
1 — тетрапол; 2 — каадри-
под; 3 — дипод; 4 — полый
тетраэдр; 5 — гакедлег; в —
долее; 7 — лрнбнр; 8 —
гексабит; 9. 10 — пентапод;
11 — сборный фасонный
массив типа МЦ массой
от 2,4 до 34.4 т
ф Когда целесообразно устройство набросных оградительных
сооружений из бетонных массивов и фасонных блоков?
В тех случаях, когда поблизости от места строительства от-
сутствует достаточное количество камня соответствующего ка-
чества (сооружения из каменной наброски оказываются слиш-
ком дорогими) или по условиям волнения применение каменной
наброски нецелесообразно, рационально возводить оградитель-
ные сооружения из массивовой наброски.
Для обеспечения устойчивости такой наброски устраивается
постель из песчаной подушки, слоя щебня, гравия или карьер*
ной мелочи и каменной наброски, которая выравнивается с точ-
ностью до ±20 см (грубое ровнение).
Защитное крепление откосов из фасонных бетонных и же-
лезобетонных блоков устраивается не менее чем из двух слоев.
Виды фасонных блоков показаны на рис. 143.
ф Сколько элементов фасонной наброски необходимо на 100 м?
защитного покрытия?
При проектировании сооружений из фасонных блоков сле-
дует учитывать, что в процессе устройства наброски объем пу-
423
стот в ней составляет 47...55%, а после уплотнения под воз-
действием морского волнения и собственной силы тяжести —
до 40 %. Наибольшие нагрузки блоки испытывают при укладке
и особенно при свободном падении, предельная высота кото-
рого определяется по формуле ЛкР=[/?2в/(1000 ?)](d/D)’-3X
Х(Д//1к)2-8, где /?2в — прочность бетона; D и d—большой и ма-
лый диаметры усеченного конуса; у — плотность бетона; Лк —
высота конуса.
Потребное количество N элементов наброски в расчете на
100 м2 защитного покрытия и его толщину t определяют по
формулам
N = ЮОпКсл (1 — п„) (yM/G)a ; * = Л«сл о/ум .
где л — количество укладываемых слоев защитных элементов; ксл — коэф-
фициент слоистости, определяемый по табл. 131; лп— пористость защитного
покрытия.
ТАБЛИЦА 131
Элементы Способ крепления Количество 1 слоев „*5 Пористость йп Коэффициенты Кф прн Х/Л
»S
<10 15 20 30 40
8g
Камень рва- ный Обынновен- Наброска 2 1,15 0,37 0,2050 0,0180 0,0180 0,0110 0,0090
2 1,15 0,37 0.0210 0,0160 0,0210 0,0095 0,0076
ные бетон- ные массивы:
в виде ку- ба в виде па- То же 1,18 0,47 0,02)0 0.0160 0,0120 0,0095 0,0076
1,05 0,47 0,0210 0.0160 0,0120 0,0095 0,0076
раллеле- пнпеда
Тетраподы > 2 1,04 0,50 0,0080 0,0069 0,0060 0,0041 0,0035
Квадриподы Укладка 1,04 0,50 0,0058 0,0048 0,0039 0,00291 0,0025
Полые тет- Наброска 2 0,90 0,55 0,0140 0,0096 0,0085 0,0058 0,0050
раэдры Укладка 0,90 0,55 0,0081 0,0068 0,0055 0,0040 0,0036
Диподы (ак- Наброска 2 0,95 0,55 0,0057 0,0052 0,0046 0,0035 0,0029
мои) Укладка 0,95 0,55 0,0049 0.0039 0,0030 0,0024 0,0020
Трнбары Наброска 2 1,02 0,54 0,0057 0,0052 0,0046 0,0035 0,0029
Укладка 1 1.13 0,47 0,0034 0,0028 0,0023 0,0019 0,0015
Гексалеги Наброска Укладка 2 1,15 1,15 0,47 0,47 0,0043 0,0034 0,0056 0,0028 0,0049 0,0023 0,0040 0,0019 0,0039 0,0015
Дол осы Наброска Укладка 2 1,01 1,01 0,63 0,63 0,0040 0.0034 0,0033 0,0028 0,0027 0,0023 0,0023 0,0019 0,0019 0,0015
Гексабиты Наброска Укладка 2 0,83 0,83 0,56 0,56 0,0043 0.0036 0,0038 0,0030 0,0031 0.0025 0,0025 0,0021 0.002С 0,0017
Пента под Наброска 0,83 0,56 0,0043 0,0038 0,0031 0,0025 0,0020
424
Обычно толщина слоя отсыпки камня принимается из усло-
вий производства работ и неразмываемости берега. Устойчи-
вость блоков на откосе оценивается по коэффициенту защем-
ления, равному отношению подъемного усилия, прикладывае-
мого к блоку для извлечения его из наброски, выполненной на
горизонтальной плоскости, к массе этого блока. Величина ко-
эффициента защемления изменяется от 1,3 до 3,2.
ф Как определяется масса отдельного элемента?
Массы элементов фасонной наброски G и Gz, расположен-
ной на участке откоса от верха сооружения до глубины z, оп-
ределяются по формулам, соответствующим состояниям пре-
дельного равновесия от действия фронтально подходящих к со-
оружению волн:
при г=0,7Й2«
6 = ’ )3 V1 + та ] '•
где me“ctg а: а — угол наклона откоса к горизонту; — коэффициент
формы для разных элементов наброски (укладки), принимаемый по табл. 130.
Значение массы элемента крепления умножается на коэф-
фициент надежности «н-
Расчетная обеспеченность высот волн h в сооружениях от-
косного профиля с креплением каменной наброской, обыкно-
венными массивами и фасонными блоками принимается равной
2 %, а бетонными плитами— 1 %.
♦ Какие новые предложения по защите берегов и откосов зем-
ляных гидротехнических сооружений от размыва нашли отра-
жение в мировой технике в последние годы?
Ряжевые конструкции из железобетонных элементов, имею-
щих в плане ломаное разомкнутое очертание в виде швеллера,
трапеции, зигзага, сквозной ряж, железобетонные габионы,
т. е. ящики с дном и перфорированными внутренними стенками,
заполняемые гравием или камнем и соединяемые между собой
в непрерывный ряд (рис. 144, а).
Гибкое покрытие из труб, соединенных друг с другом гиб-
кой лентой (рис. 144, б) попарно или в виде сплошного ковра.
Трубы заполняются песком. При соединении труб попарно
укладка их на прикрываемую поверхность производится с пе-
рекрытием швов (рис. 144, в).
Гибкое покрытие из шарнирно соединенных бетонных плит
(рис. 144, г), гибкое покрытие плитами с отверстиями или гиб-
кое покрытие из старых покрышек.
Хорошо себя зарекомендовала конструкция сотового типа,
отвечающая требованиям максимальной сборности при мини-
мальном количестве элементов (рис. 145).
425
г)
Рис. 144. Патентные предложения по укреплению откосов
Рис. 145. Сотовое берегоукрепление из железобетонных плит
(предложение авторов)
ф Какие существуют способы отсыпки пляжей?
Искусственные пляжи отсыпаются на участках берега, где
из-за большого дефицита наносов невозможно их естественное
образование. Существуют следующие виды искусственных пля-
жей: свободные — не огражденные наносозадерживающими со-
оружениями; защемленные — огражденные бунами или травер-
сами с подводными волноломами; прислоненные — ограничен-
ные со стороны берега волноотбойиой стенкой.
Свободный, пляж является наиболее надежной защитой от-
мелых н приглубых берегов. При достаточной протяженности
вдоль берега сохранность пляжа достигается путем отсыпки
его надводной части в направлении уклона берегового откоса.
Ширина отсыпки принимается равной 8... 12 высотам расчет-
ной волны. Гранулометрический состав отсыпаемого материала
должен быть приближен к составляющим истощенного пляжа.
Обустройство свободного пряжа осуществляется всеми извест-
ными способами доставки материала.
Хорошие результаты получаются при отсыпке с берега раз-
нородных грунтов, укладываемых в определенном порядке
(рис. 146, а).
а) а-а
Рис. 146. Типы свободных и защемленных пляжей
а — свободный пляж из разнородных грунтов: / — обрывистый оползневый берег; 2 —
глиняное ядро: 3— каменная дамба второй очереди; 4 — то же. первой очереди; 5 —
свободный пляж:
б—пляж с подводным упорным банкетом; в— «висячий» пляж; а — пляж с непре-
рывной защитной призмой; д — пляж с непрерывным подводным волноломом
427
Защемленный искусственный пляж с надводным упорным
банкетом (рис. 146, б) устраивают при крутых надводных скло-
нах и в случае использования для отсыпаемого пляжа мате-
риала той же крупности, что и материал старого истощенного
пляжа. Упорный банкет отсыпают из камня со стороны воды
разными способами: с помощью самооткрывающнхся шаланд;
сталкивая каменио-песчаный материал с понтона в воду буль-
дозером и т. д.
«Висячий» защемленный пляж (рнс. 146, в) отсыпают на
предварительно устроенную подводную грунтовую платформу,
образованную с использованием плавучего грейферного крана.
Защемленный пляж может быть оборудован с помощью бере-
гозащитных сооружений, выполняемых в виде подтопленной
призмы из крупного камня, обыкновенных бетонных или фа-
сонных массивов, отсыпанных или уложенных непрерывно
вдоль защищаемой береговой линии (рис. 146, г). Каменную
призму отсыпают с воды грейферным краном, наброску пра-
вильных или фасонных массивов выполняют плавучим краном.
Пляж образуют рефулированием песка.
Непрерывный подводный волнолом сооружают из уложен-
ных на каменной постели в одну линию бетонных массивов со
скошенной гранью, обращенной в сторону открытой акватории
(рис. 146, д). Строительство его выполняется так же, как и пре-
дыдущего сооружения.
Свойство отработанных автомобильных шин деформиро-
ваться на 30 % под действием нагрузок позволяет считать их
более эффективным средством защиты берега от волнения,
чем конструкции из твердых материалов. Они способствуют
также отложению песка вдоль берега и на береговые склоны.
Берегоукрепительную конструкцию подготавливают на суше
до установки в воду. На берегу осуществляется увязка моду-
лей из 18 шии в тюфяки, приведение тюфяков в требуемое по-
ложение и крепление их на месте. Для монтажа модулей при-
меняют крепление из конвейерной ленты длиной до 3,5 м,
скрепленной гальванизированной сварной цепью диаметром
12,5. ..13,5 мм и более. Цепи укладывают таким образом, чтобы
с их помощью можно было сформировать две равные связки,
примыкающие одна к другой. Вплотную укладывают три шины,
а поверх них — еще две, образуя пирамиду. С боков размещают
распорные шины для поддержания верхних рядов. Затем укла-
дывают последующие ряды. Сборку выполняют два человека,
третий разделяет цепи на отрезки и транспортирует их к месту
укладкн.
Неплохие результаты получают при укреплении шин на
сваях, забитых в два ряда вдоль берега, и последующем за-
полнении их местным грунтовым материалом, подходящим для
прорастания корневой системы растений.
428
7. Крутые и вертикальные крепления берегов
ф В каких случаях необходимы береговые укрепления верти-
кального типа?
Выбор оптимального типа крепления определяется инже-
нерно-геологическими условиями строительной площадки, ле-
довым режимом акватории и климатическими условиями.
Вертикальные крепления применяются на стесненных терри-
ториях промышленных предприятий, когда не представляется
возможным осуществить крепление откосного типа или же
в тех any чаях, когда берегоукрепительные стенки одновременно
должны служить причалом, а также способствовать улучшению
условий судоходства и лесосплава.
ф Какие существуют простейшие конструкции крепления кру-
тых берегов?
К простейшим конструкциям крутых береговых укреплений
высотой от 1 до 2...3 м относятся: плетневые крепления, дере-
вянные забнрки, срубы, заполненные камнем, деревянные свай-
ные стенки в виде частокола, безанкерные стенкн из металли-
ческого шпунта, из железобетонных свай и шпунта, из свай-
оболочек.
Плетневое крепление (рис. 147, а) состоит из забитых в дно
наклонных свай, сплетенных хворостом. Пазухи засыпаются
песчано-гравелистым грунтом, верхняя часть откоса покрыва-
ется дерном.
При укреплении берега деревянной забиркой из пластин
или бревен, удерживаемой сваями, забитыми в дно, для обеспе-
чения устойчивости делается анкеровка (рис. 147, б). Пазухи
засыпаются песчано-гравелистым грунтом. Этот вид крепления
используется для устройства горизонтальной площадки на бе-
регу.
В случае тяжелых ледовых условий сооружают рубленые
ряжевые стенки, заполняемые камнем и галькой. Они могут
быть с вертикальной или наклонной лицевой гранью. Стенка,
обращенная к берегу, делается уступами (рис. 147, в).
Отвесные берега можно укрепить конструкцией из одного
или двух рядов шин в виде колонн с забитыми для устойчиво-
сти по центру шин деревянными свайками. После крепления
шины, расположенные в два ряда в шахматном порядке, запол-
няют гравием или местным грунтовым материалом, подходя-
щим для прорастания корневой системы растений. Иногда
внутренние свайки анкеруют за береговой грунтовый массив.
Большое распространение при строительстве берегоукрепи-
тельных вертикальных стен получили конструкции из незаанке-
429
Рис. 147. Простейшие конст-
рукции крепления крутых бе-
регов
а — плетневой; б — деревянная
эабирка; в — ряжевая стенка с
наклонной гранью
репного железобетонного шпунта таврового сечения для песча-
ных н плоского для плотных глинистых и моренных суглини-
стых грунтов. Погружение шпунта осуществляется штанговым
копром с дизель-молотом С-268. Шпунт подается на копер с бе-
рега или баржи краном грузоподъемностью 10 т, установлен-
ным, соответственно, на берегу или плавающим.
После подъема и подачи на копер шпунта, установки его и
закрепления в направляющих (состоящих нз лицевой и тыло-
вой ферм, креплеине которых к уже забитой железобетонной
шпунтине выполняется винтовыми прижимами) производится
погружение трех-четырех шпунтин с одной стоянки копра. Бе-
тон верха забитых в ряд шпунтин скалывается до оголения
стержней арматуры и выполняется бетонирование планочного
бруса.
ф Как выполняются защитные конструкции из свай-оболочек?
Выбор размеров свай-оболочек производится в зависимости
от инженерно-геологических условий (мягкопластнчные глины,
илы) н высоты сооружения (обычно 5...7 м). Материал свай-
оболочек: железобетон и металлические трубы.
Смежные сваи-оболочки, устанавливаемые с зазором 0,5...
0,6 м, объединяются следующими способами. С обеих сторон
свай-оболочек ставятся вертикально расположенные железобе-
тонные плиты-нащельники, которые стягиваются металличе-
скими тягами, после этого пространство между плитами запол-
няется щебнем. Жесткие стыки между оболочками в секции
делают также из деревянных щитов-нащельников, стянутых тя-
гами, с подводным бетонированием стыка методом ВПТ. В ка-
честве вкладышей могут быть использованы полутрубы и желе-
зобетонные двутавровые элементы. Перед засыпкой или бето-
430
нированием стыка должно быть обеспечено плотное прилегание
нащельииков к оболочкам по всей их высоте; зазоры не дол-
жны превышать 4 см.
ф Какие типы конструкций вертикальных стенок применяются
для берегоукрепления?
В зависимости от инженерно-геологических условий приме-
няются уголковые стенки контрфорсного типа с внутренним и
внешним анкерами, которые относятся к гравитационным со-
оружениям.
Уголковые контрфорсные стенки состоят из лицевых, фун-
даментных и контрфорсных плит, омоноличенных в единый блок
(см. рис. 27, а). Лицевые плиты — плоские толщиной 0,25 м по
всей высоте, кроме зоны переменного уровня, где их толщина
увеличена до 0,4 м. Толщина фундаментных плит — переменная
(в направлении кордона) и увеличивается от 0,2 до 0,5 м под
контрфорсами. Толщина контрфорсных плит 0,2 м. Все плиты
имеют обычную арматуру.
Уголковые стенки с внутренней анкеровкой состоят из фун-
даментных плит, лицевых панелей и анкерных тяг (рис. 27,6).
Конфигурация и ширина железобетонных вертикальных эле-
ментов и фундаментных плит унифицированы. Они имеют тав-
ровое поперечное сечение (ширина полки 1,6 м, толщина 0,15 м,
ширина ребра 0,3 м), что позволяет изготавливать их для сте-
нок разной высоты на одной технологической линии, транспор-
тировать и монтировать с помощью одних и тех же механизмов.
В местах установки анкеров с целью обеспечения хорошей
заделки закладных частей для крепления анкерных тяжей
ребра уширяются до 0,7 м. Анкерные тяжи выполняются из по-
лосового железа. Соединение с фундаментной плитой осуще-
ствляется на сварке, а с лицевыми панелями—шарнирно. Если
конструкцию возводят не «насухо», а «в воду», то шарнирное и
сварное соединения меняют местами.
Вертикальные элементы изготавливают из предварительно
напряженного железобетона, горизонтальные — из ненапряжен-
ного. Масса блоков для глубин 11,5 м не превышает 100 т. Про-
дольная и поперечная жесткость сооружения обеспечивается
шапочным брусом, в который заделываются арматурные вы-
пуски из сборных элементов. Для устранения возможных на-
пряжений в шапочном брусе по длине причала через 20... 25 м
предусматриваются температурно-осадочные швы.
Уголковые стенки с внешней анкеровкой отличаются тем,
что лицевые плиты анкеруются с железобетонными массивами,
установленными в тыловой зоне (рис. 27,в). Этот тип конструк-
ций может быть рекомендован для возведения на слабых грун-
тах, так как напряжения в подошве стенки распределяются
равномерно за счет работы внешнего анкера.
431
ТАБЛИЦА 132
Твп крана Нормативные велнчниы погонной негрузкв ₽н,кр. кН/м
на прннордонный крановый рельс на тыловой крановый рельс
Портальные краны*.
любого типа грузоподъемностью не более 16 т 130 (50) 50 (130)
КПМ 32-30-10.5 180 (50) 50 (180)
КПМ 80/50-19/30 210 (100) 100 (210)
Контейнерный перегружатель грузо- подъемностью 30,5 т 160 (100) 100 (160)
Козловой кран грузоподъемностью 320 т 300 (250) 250 (300)
Примечания: 1. Портальные краны работают при максимальном сближении.
2. В скобках указаны величины ₽н к при максимальном загруженнн тылового кранового
рельса.
ф Как расчитываются сборные железобетонные уголковые
стенки с внутренней анкеровкой?
Уголковые стенки не только защищают берега, но часто слу-
жат причалами для отстоя судов и выполнения перегрузочных
операций. Нагрузки от кранов и железнодорожных составов
следует принимать равномерно распределенными как вдоль
пути, так и по ширине подкрановых балок или длине шпал.
Нормативные величины погонной нагрузки для некоторых
типов кранов при максимальном загружении прикордонного
пути, расположенного на расстоянии а = 2...3 м от линии кор-
дона (рнс. 148), приведены в табл. 132.
Для расчета нагрузку в прикордонной зоне целесообразно
заменить эквивалентной равномерно распределенной (до), нор-
Рие. 148. Схема нагрузки в направлении ширины набережной от ноги крана
(а) н вдоль набережной (б)
432
Рис 149. Нормативные ве-
личины эквивалентных рав-
номерно распределенных
нагрузок для определения
изгибающего момента
мативное значение ко-
торой определяют по
рис. 149 в зависимости
от значения Рн. кр- Про-
тяженность эквива-
лентной нагрузки qo
принимают от линии
кордона до границы
начала складирования
грузов.
Расчеты набережных
производятся для эксплуатационного
и для строительного периодов. При расчете устойчивости по
схеме плоского (только для гравитационных сооружений)
сдвига учитывается максимальное положение уровня воды пе-
ред сооружением. Расчет по схеме глубинного сдвига рекомен-
дуется вести на ЭВМ.
Ниже приводится численный пример расчета уголковой на-
бережной в строительный период, устраиваемой «насухо», т. е.
под защитой перемычки.
Пример. Общий вид уголкопон стены с инутрсиней анкеровкой, а так-
же основные характсрнстикн основания н грунта засыпки приведены на
рис. 150, п.
Расчет устойчивости стенки протил сленга (рнс. 150,6) ведется по пер-
вому предельному состоянию. Угол наклона плоскости обрушения
00 = 45 — 26/2 — 32’.
Вес грунта над передней консолью и в контуре авс соответственно с ко
эффициеитамн надежности по нагрузке км=0,9 и *н=1,1 составляет
Grp= PI 0,9-|- Psl,l = 1,22 0,9-1-31,0 1,1 =35,2 тс = 352 кН.
Собственный вес стены с Кц=0,9 определится по формуле
Ост = (Р9 4- Pt) 0,9 = (4,25 + 5,5) 0,9 = 8,8 тс = 88 кН.
Коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта
прн 6=ф=26®, 6=8(1=32’, р=0
А,г =
cose
cos (ф — e)
sin (ф + 6) sin (ф — p)
cos (e + 6) cos (e — p)
cos (26—32)
cos 32 I 14-
sin (26 -|- 26) sin 26
cos (32 4- 26) cos 32
-I»
2
= 0,39.
433
Горизонтальную и вертикальную составляющие интенсивности активного
давления грунта на глубине 7,5 м прн кп= 1,1 определим по формулам
ог — у/7Х,-км = 1,7-7,5-0,39 1,1 =5,46 тс/м2 = 54,6 кПа;
ст» = artg (е + 6) = 54,6 tg (32 + 26) = 8,74 тс/м» = 87,4 кПа.
Горизонтальную и вертикальную составляющие активного давления
грунта найдем из уравнений
Ет = (1/2) агН = 0,5-54,6-7,5 = 204,8 кН;
Ев = (1/2) иаН = 0,5-87,4-7,5 = 327,8 кН.
434
Я.6Б
Рис. 150. Расчетная схема сбор-
ной железобетонной стенки угол-
кового профиля с внутренней ан-
керовкой
а — общий вид; б — иа устойчивость
против сдвига; е — по деформациям;
г — определение внутренних усилий
Горизонтальная и вертикальная интенсивности активного давления грунта
от равномерно распределенной нагрузки с «„=1,2 определяется нз выраже-
ний
ugr = gXr = 5-1,2-0,39 = 2,34 тс/м2 = 23,4 кПа;
<твв = oer tg (в + б) = 2,34 tg (32 + 26) = 3,74 тс/мя = 37,4 кПа.
Горизонтальную н вертикальную составляющие активного давления
грунта от нагрузки q определим по формулам:
Ед с = о, ГП ** 23,4-7,5 = 175,5 кН;
Ед в = ид Л = 37,4-7,5 = 280,5 кН.
Проверка устойчивости стенки против сдвига производится для трех
значений угла р=0°; 14*30' н 29°. Сдвигающая сила
Т’сд = Ег + Ед г = 204,8 + 175,5 = 380,3 кН.
Пассивное давление грунта определяется прн Хо=1 сдвиг по подошве) и
Ки=0,9; с(=0
£п = 1(1/2) уА2Лп 4- (Cfh/tg Ф/) (Хп - 1)) лн = 0.5-1.7*-1 -0,9 = 17,2 кН.
Сумма проекций всех расчетных сил на вертикальную плоскость
N = 2 р, = G„ + 2Grp + Ев + Ед „ = 8,8 + 35,2 + 32,78 + 28,05 =
= 104,83 тс = 1048,3 кН.
Удерживающую силу находят по формуле:
Tvn = N tg (ф/ -₽)-}- ВС, + £„ = 104,83 tg (29 - 0) + 1,72 =
= 59,12 тс = 591,2 кПа.
Устойчивость против сдвига прн нескальных грунтах
Туя/Тад 59,12/38,03= 1,55> 1,2
(условие удовлетворено).
435
Аналогично прн ₽2=0.5 <pi= U'W и Xu = lgz(45®+2972) =2.87 получаем
Т'уд/?'сд=1.32>112; прн рэ=ф1=29® имеем rya/reH= 1.41> 1.2.
Расчет устойчивости основания ведется также по первому предельному
состоянию.
Сумма проекций всех сил на вертикальную плоскость £Р<= 104,83 тс=
1048.3 кН.
Сумма моментов всех вертикальных енл относительно оси, проходящей
через цептр тяжести подошвы.
£Р»/,- = Р.-2.55 + Ра-2,55 + Ра-1,98— £„• 1,44 — Eq „-0,66 =
= 1,1 2,55 + 34,1 0,22 + 3,82-1,98 — 32,78• 1,44 —
— 28,05 0,66= —47,84 тс м = 478,4 кН-м.
Сумма моментов всех горизонтальных сил относительно той же оси
£7>f = £г-2,5 + £в г-3,75 = 20,48-2,5+ 17,55-3,75 =
= 117,01 тем = 1170,1 кН-м.
Величина эксцентриситета приложения равнодействующей всех сил опре-
деляется по формуле
e = (£Pf/f + £Г,-2£)/2Р( = ( —47,84+ 117,01)/104,83 = 0,66 м.
Приведенная ширина подошвы
fl = В —2е = 6-2-0,66= 4,68 м.
Величины коэффициента несущей способности грунта в зависимости от tg q>i
приведены ниже:
te Ф1 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55
К 9 10,5 12 14 16 19 23 27
^9 2,9 3,7 4,7 6 8 10 12 16
Ху 0.6 0,9 1,3 1.8 2,7 3.8 5 7
te <pi 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90
К 32 48 45 53 64 77 92
20 27 33 40 53 70 84
Ху 10 14 20 27 36 50 70
436
Тип конструкции Предельная величина
Средняя осадка’ подошвы S, м Максимальная осадка подошвы Snp-M Горизонтальное смещение «пр, м Осредненный угол наклона лицевой граня “пр' рад
Из обыкновенных массивов 0,15 . . 0,20 0,20 + 0,005 В 0,05 . . . 0,08 0,005 ... 0,01
Из массивов — гигантов и ряжей 0,20 . . 0,25 0,25 + 0,008 В 0,05 . . . 0,08 0,01 . . .0,015
Уголковые с внутренней анкеровкой 0,12 . . 0,15 0,15+ 0,004 В 0,05 . . . 0,08 0,005 . . . 0,008
Уголковые с внешней анкеровкой 0,010. . 0,12 0,12 + 0,003 В 0,04 . . . 0,06 0,005
(Яет-Ак) 0,008
Заанкеренные стальные больверки 0,08 0,01
(1,15Яет - Лк) 0,008
То же, железобетонные 0,5 0,005
(1,15Яст — Лк)‘0,005
Незаанкеренные больверки — — 0,02Я„ 0,02
Примечания. В — ширина подошвы; Нп — свободная высота лицевой стенки; йк — высота консольной частя стенки. 2. В зна.
мшателе приведены предельные горизонтальные смещения для анкерной плиты. 3. Большие значения предельных смещений относятся
к сооружениям, иа которых нет перегрузочных и транспортных средств.
Коэффициенты влияния наклона нагрузки определяются по формулам
I? = [1 — Tcf/(N + Be, etg фт)1а = (I — 38,03/104,831® = 0,27;
iq = [1 — 0,7Тед/^ + Bctg<p/)]a=[l — 0,7-38,03/104,83]® = 0,425;
ie = iq _ (1 _ |<7)/(Хв — 1) = 0,425 — (I — 0,425)/(16 — 1) = 0,463.
Безразмерные коэффициенты
А = = 7 0,27-1 = 1,89;
Bt = = 16 0,425-1 = 6,8;
Д, = \^спе = 27 0,463-1 = 12,5,
где rij=n9=nc=l (для ленточного фундамента).
Несущая способность основания
Ф = В (AiBfi + В^', + Д^х = 4,68 (1,89-4,68-1,79 +
+ 6,8-1,5-1,7 + 0)= 155 тс = 1550 кН.
Устойчивость основания под подошвой обеспечена, т. е. N= 104,83 тс<
<Ф/кН“ 155/1,2=129 тс.
Расчет оснований по деформациям (рнс. 150, г) ведется только для ие-
скальных грунтов с коэффициентами надежности по нагрузкам, равным
единице. Предельные величины деформаций отдельных видон набережных
принимаются по табл. 133. Коэффициент условий работы mt принимается:
при строительстве «насухо» для водонасыщеиных пылеватых песков равным
0.8, для других грунтов—1; при строительстве «в воду» — для пылеватых
песков равным 0,7, для других грунтов — 0.9.
Безразмерные коэффициенты Л(. Аг, Л берут по табл. 134 в зависимости
от значения <рц. Положение уровня воды перед сооружением принимают на
наинизшен расчетной отметке.
Предельное давление на грунт основания определяется по формуле
/? = «!] [Л, (В + 2Лп)у// + |- Лп)?// + ЛС,,],
где В — ширина подошвы фундамента; Лп — толщина постели; уп и у'п —
плотность соответственно грунта основания под подошвой постели и мате-
риала постели; d — заглубление подошвы сооружения от отметки проектного
диа.
При отсутствии специальных технологических требований расчет основа-
ний по формулам считается удовлетворительным, если среднее давление иа
грунт рСр под подошвой не превышает расчетного давления иа основание R:
Рср = + 2Л") + Т'Лп С R.
а краевое давление Ртах не превышает 1.2 R:
Ртах = (N/F) (I ± МВ) с 1,2/?.
Усилия в элементах стенки рассчитываются по первому предельному со-
стоянию для случая, когда временная нагрузка расположена на части призмы
обрушения, что создает максимальный пролетный момент в вертикальном
элементе (рнс. 150, г).
Определяем усилие в анкерных тягах по формуле
S = (Егг + Eg rzQ)/(fti sin а) = 0,5- 5,34-7,3- 2,43 +
+ 5- l,2-0,39-4,8-2,4/(4,8sin 42°) =23,14 тс = 231,4 кН.
438
ТАБЛИЦА 134
’II- град Значения коэффициентов ’11- град Значеняя коэффициентов
А, Л. д А, Д, Д
0 0 1 3,14 24 0,72 3,87 6,45
2 0.03 1.12 3,32 26 0,84 4,37 6,9
4 0,06 1,25 3.5) 28 0,98 4,93 7,4
6 0,1 1,39 3,71 30 1,15 5,59 7,95
8 0,14 1,55 3,93 32 1,34 6,35 8,55
10 0,18 1,73 4,17 34 1.55 7,21 9,21
12 0,23 1,94 4,42 36 1,81 8,25 9,98
14 0.29 2,17 4,69 38 2.11 9,44 10,8
16 0,36 2,43 5 40 2,46 10,84 11,73
18 0,43 2,72 5,31 42 2,87 12,5 12,77
20 0,51 3,05 5,66 44 3,37 14,48 13,96
22 0,61 3,44 6,04 45 3,66 15,64 14,64
Вертикальные н горизонтальные реакции в местах соединения анкерных
тяг будут
I/= S sin а = 23,14 sin 42°= 15,48 тс = 154,8 кН,
V = Seos а = 23,14 cos 42°= 17,64 тс = 176,4 кН.
Изгибающий момент Мх и поперечную силу Qx о сечеиин х найдем из
уравнений
Мх -= 5,46 (х + 2,5)8-о.5/(7,3 3) + 2,34х«/2 — 15,48* —
— 17,64 0,3 (I — х/4,8) = 0,13х» 4-2,11x8 — 12,06х - 3,21.
Qx = dMxldx = 0,39х« 4- 4,22х — 12,06.
Максимальный момент в пролете при £>=0
х«4- 10,82х —30,92 = 0,
откуда х = — 10,82/2 ± (10,82/2)84- 30,92 = 2,35 м.
Тогда
A4msx = 0,13 2-2,353 -4-2,11-2,35® — 12,06-2,35 — 3,21 =
— —18,21 тс-м= —182,1 кН-м.
8. Расчеты на ледовые нагрузки
♦ Каковы основные виды ледовых нагрузок?
К ледовым нагрузкам относятся: удар отдельных свободно
плавающих льдин, останавливающихся после удара; давление
дрейфующего сплошного ледяного поля; давление дрейфующего
торосистого ледяного поля; статическая нагрузка при темпера-
турном расширении сплошного ледяного покрова; статическая
439
нагрузка от примерзшего к сооружению льда при колебаниях
уровня воды; истирающее действие льда.
ф Как определяются расчетные значения физико-механических
характеристик льда?
Ледовые нагрузки на морские и речные гидротехнические
сооружения различны. Различия проявляются главным образом
в масштабах и интенсивности процессов взаимодействия со
льдом.
Основными прочностными характеристиками льда являются
пределы прочности на сжатие Rc и изгиб Rn. При испытании на
сжатие берут образец в форме цилиндра или куба размером от
10Х10 до 15Х 15 м. Прочность льда иа изгиб определяется пу-
тем ломки на плаву ледяных консолей, выпиленных на всю тол-
щину льда и имеющих размеры L=6ft; 6=(1...2)й, где L —
длина, b — ширина, й— толщина ледяного поля. Скорость на-
гружения составляет не менее 104... 105 Па/с. Предел прочно-
сти находится в прямой зависимости от солености льда S и тем-
пературы воздуха t. Различают пресный лед, для которого Sc
<1 %; лед, образовавшийся в сильноопресненных водоемах,—
1%o<Sc2%; лед в заметно опресненных водоемах — S=2...
4%о, морской лед — 4%a<Sc6%o- Значения пределов прочно-
сти льда приведены в табл. 135. Предел прочности льда на
статическое раздробление RB определяется по формуле RB=
= KbRc, где Кв — коэффициент, учитывающий стесненность де-
формации при раздроблении и зависящий от отношения Ь/йл;
йл— расчетная толщина речного льда, м; принимается равной
ТАБЛИЦА 135
S.7» Прочностные характеристики льда прн у>еднесуточиой температуре воздуха t, °C
0 —3 —10 -15 -25 —30
1 0,45 7редел прочн 0,75 ости Rc, 1.0 МПа 1.20 1,40 1,50
1 ... 2 0,40 0,65 1,05 1,25 1,35 1,35
2 ... 4 0,35 0,60 0,80 0,95 1,10 1,20
4 ... 6 0,30 0,50 0,70 0,85 1,00 1,05
1 1 0,34 7 редел прочн 0,56 ости RH, 0,75 МПа 0,90 1,05 1.12
1 ... 2 0,20 0,32 0,45 0,52 0,62 0,68
2 ... 4 0,18 0,30 0,40 0,48 0,55 0,60
4 ... 6 0,15 0,25 0.35 0,42 0,50 0,52
440
ТАБЛИЦА 136
Нагрузки от воздействий
Расчетные формулы
1. Движущееся ледяное поле на со-
оружение с вертикаль' >й передней
гранью:
отдельно стоящая опора при про-
резании льда
то же, при остановке поли
для секции сооружения при ударе
отдельных льдин
Р\ — ЩдРрВАл
Р2 = 0,4олйл V mfiRp
Р3 - OJvjihuy/iiRc
то же, прн разрушении льда
2. Движущееся ледяное поле на со-
оружение с наклонной поверхностью:
горизонтальная составляющая
вертикальная составляющая
3. Движущееся ледяное поле на со-
оружение:
из ряда вертикальных опор, рас-
положенных на расстоянии I, м,
при ВИ = 0,1 -*- 0,9
Р4 “ 0,51?сВАл
Ря = т3Кв^иЛл
Рг = Рж/т3
Рь = Q.bmiRfJBhn (2,5—1.5В/1)
из упругоподатливых опор
Pt — 0»ЗилЛл
Q
4. Остановившееся ледяное поле, на-
валивающееся на сооружение под дей-
ствием течения воды и ветра
5. Прорезание опорой зажориой массы
льда
6. Навал зажорной массы льда пер-
пендикулярно фронту
7. Примерзший ледяной покров
8. Примерзший ледяной покров ^от-
дельно стоящей опоре или свайному
кусту
Pi = [^0,5 + 50^ + 2- lOT’lFM-
+ 920Ая/л)О-МТ®
Pt= l2mtBhs
Р6 = [(20 + 50^) + 2- Ю-3»'2 +
+ 920Ал»л)В7,л- МТ’
^=206-^^/-!-
Р„ = KcRuh*
441
Продолжение табл. 136
Нагрузки от воздействий Расчетные формулы
9. Температурное расширение сплош- ного ледяного покрова соленостью ме- иее 2 °/м (иа единицу длины сооруже- ния) q = hfKL (5 + 11- 10“>гцф) или по графику рис. 151
Принятые обозначения:
ил — скорость движения ледяного поля, м/с; U — площадь ледяного [поля, м’; ов —
скорость течения воды под льдом, м/с; W — максимальная скорость ветра в период ледо-
хода. м/с; Ln — средняя длина ледяного поля по направлению потока, (для рек £л
равна утроенной ширине реки), м; 5,—расчетная толщина зажора, м; В—длина
участка сооружения на уровне действия льда, м; и — скорость понижения или повыше-
ния уровня воды, м/ч; т, — время, в течение которого происходит деформация ледяного
покрова при нзмененни уровня воды, ч; Ф — безразмерная функция времени, определяе-
мая по графику (рис. 151); v — максимальная скорость повышения температуры воздуха,
”С/ч. за время т,; ц — коэффициент динамической визкости льда. ГПа-c, определяе-
мый по табл. 137, ж о зависимости от температуры льда /л; <л — уклон поверхности по-
тока.
Коэффициенты т, и mt определяются по табл. 137, а.
Коэффициенты Кв, К]. nig принимаются по табл. 137 б — г.
Коэффициент податливости грунта Kt принимается равным: 1.5 —для каменной
наброски с размерами камня 0,2; 1,2 —для щебня к 1,1 —для песка.
Коэффициент упругой податливости К^ = Р/Е1_
Коэффициент Кс принимается по табл. 137, д.
Коэффициент KL принимается по табл. 137, е.
0,8 максимальной за зимний период толщины льда обеспечен-
ностью 1%, а для морского—максимальной толщине льда
обеспеченностью 1 %.
Предел прочности льда иа срез Rcp определяют по формуле
/?ср=кср, где кСр=1 для пресного льда и 0,75 для морского со-
леного льда.
♦ Как определить нагрузки от льда на сооружения?
Для определения нагрузок на сооружение от действия льда
рекомендуются расчетные формулы (приведенные в табл. 136
при толщине льда ие более 1,5 м). Точка приложения равно-
действующей ледовой нагрузки принимается ниже расчетного
уровня воды на 0,3 Ил.
В случае воздействия движущегося торосистого ледяного
поля нагрузки умножаются иа коэффициент, принимаемый рав-
ным: для Балтийского, Японского, Черного, Азовского и Кас-
пийского морей—1,3, Берингова, Охотского и Белого мо-
рей—1,5.
ф Для чего устраивается наклон режущей грани сооружения?
При встрече ледяного поля с наклонной гранью сооружения
происходит частичное смятие кромки льда с образованием по-
442
Рнс. 151. Графики для определения нагрузки иа сооружение при
температурном расширении ледяного покрова без учета слоя снега иа льду
*>с— толщина слоя снега, м; кс— поправочный коэффициент
Рис. 152. График зависимости (1п; т()
ТАБЛИЦА 137, а
Коэффи- циенты Для опор с передней гранью в виде
много- уголь- ника прямо- уголь- ника треугольника с углом заострения в плане
45 60 75 90 120 150
т, 0,90 1,00 0,54 0,59 0.64 0,69 0,77 1,00
т, 2,4 2,7 0,2 0.5 0.8 1.0 1.3 2,7
ТАБЛИЦА 137, б
Коэффициент Прямоугольная опора при В/кл Конусообразная опора Сооружение откосного профиля
5 и менее более 5
Кв 1.3. . . 1,5 1 + (0,05В/йл) 0,1В
ТАБЛИЦА 137, в
Коэффи- циент Прн заложении откосе me
0.5 1 1.5 1.8 2 2.5 3
К. 1,523 1,495 1,468 1,451 1,440 1,413 1,385
443
ТАБЛИЦА 137, г
Угол ивклоиа режущей грови к горизонту р. град * 15 30 45 60 75 во 65
Коэффициент т3 0,3 Г А Б Л 0,6 ИЦА 1.0 137, д 1.7 3.7 5,6 18,0
Значение d/h{ о,с 0.2 0.6 1 2 3 5 10 20
Коэффициент Кс 0,16 0,18 0,22 0.26 0,31 0.36 0,43 0.63 1.11
ТАБЛИЦА 137, е
Протяженность ледяного покрова L, м so 70 90 120 150 и более
Коэффициент kL 1 0.9 0,8 0,7 0,6
ТАБЛИЦА 137, ж
/л. °C —2 —4 —6 —8 — 10 — 12 — 14 — 16 -18 —20
р, ГПа-с 252 504 518 652 785 918 1051 1184 1318 1450
tn, °C —22 -24 —26 —28 -30 -32 —34 —36 —38 —40
р, ГПа-с 1786 2082 2400 2744 3110 3501 3916 4351 4816 5303
степенно возрастающей силы воздействия N, направленной при-
мерно по нормали к режущему ребру. Сила давления N рас-
кладывается на вертикальную Т и горизонтальную Н силы, свя-
занные между собой зависимостью
Т = Н ctg ₽,
где 0 — угол наклона грани к горизонту.
Горизонтальная составляющая приводит к разрушению ле-
дяного поля путем раздробления, а вертикальная — к разруше-
нию от изгиба. При небольших значениях 0 происходит разру-
444
шение от изгиба, при р=70...80° возможно разрушение от раз-
дробления. Устройство наклонной грани связано с существен-
ным увеличением объема тела сооружений. Назначение угла
наклона грани к горизонту р больше 70° нецелесообразно.
ф Как определить расчетную нагрузку льда на опору, распо-
ложенную в ряду опор?
Каждую опору проверяют иа удар льдины. Ряд опор при их
частом расположении работает совместно, потому нагрузки на
них определяются из условий прорезания.
Пример. Необходимо определить расчетное давление льда иа столбы
опоры моста. Опора моста состоит из двух столбов диаметром 3,0 м, расстоя-
ние между ними по осям принято 9,4 м, в свету — 6.4 м. Расчетная толщина
льда 1,0 м.
Расчетное давление льда иа верхний (по течению) столб определяем из
условия прорезания ледяного покрова опорой в период первой подвижки:
Рп = т1/?вВЛл = 0.90 2-750-3 I =4050 кН.
При срезе части ледяного покрова между столбами опоры
Рщ 2 (а + d) Reph = 2 (9,4 -J 3) 0,33-750-1 = 6138 кН.
Прн раскалывании ледяной перемычки между столбами опережающей
трещиной
Р//л = лЯраЛ = 0,90-280-6,4-1 = 1612,8 кН;
здесь л — коэффициент формы; при 2 а—140° коэффициент п—0,55.
Расчетное давление на нижний (по течению) столб опоры оценивается
величиной 1613 кН.
ф Как определить начальную толщину образующегося льда?
Начальная толщина льда зависит от скорости течения воды
и метеорологических условий в период льдообразования. При
понижении температуры воздуха и неизменной скорости тече-
ния начальная толщина льда увеличивается и может быть оп-
ределена по формуле
= 0,2)/(0,5Z),
где v — поверхностная скорость потока при открытом русле, м/с; t — сред-
няя суточная температура воздуха, °C.
ТАБЛИЦА 138
Температура воздуха, 'С Прн начальной толщине льда, см
менее 10 Ю . . . 20 21 ... 40
—5 4 1,5 0,5
— 10 6 3 1.5
- 15 8 4 2
-20 9 6 3
445
Прирост толщины льда, см, за сутки зависит от темпера-
туры воздуха (табл. 138).
♦ Как оценить прочность льда в момент начала вскрытия рек?
В момент вскрытия реки движение льда может воздейство-
вать на гидротехническое сооружение, особенно на малоиссле-
дованных водных объектах с суровым ледовым режимом.
Разрушающее напряжение на изгиб R„ тающего льда опре-
деляют по формуле
/?„ = /?0 (1 - Vs7s^)«
где Ro— разрушающее напряжение льда, не подвергшегося облучению сол-
нечной радиацией: /?о=54О.. .690 кН/м*; S— количество тепла солнечной
радиации, поглощенное массой льда; So—количество поглощенного тепла,
обусловливающее полную потерю прочности льда (для льда смешанных
форм So= 184 мДж/м3).
В табл. 139 приведены средние значения прочности льда при
подвижке.
♦ Как определить толщину ледяного покрова, образовавше-
гося в процессе изменения уровня воды?
Вблизи сооружения при изменении уровня воды формиру-
ется ледяной покров тонкослойной чешуйчатой структуры. На-
растание льда идет в основном с верхней поверхности при пе-
риодическом поступлении воды через трещины.
ТАБЛИЦА 139
Река Пункт Максимальная тол- щина льда, м Толщина льда при подвижке» м Ro до начала таяяня, кН/м’ 1 Среднее многолетнее R„ прн подвижке льда. кН/м3 Значение Щ при обеспечен кости
0,01 0,33 1
Печора Усть-Шугор 0,84 0,71 1177 176,4 1138 842 635
Сев. Двина Звоэ 0,67 0,54 981 147,0 674 537 437
Припять Мозырь 0,39 0,24 588 117,6 715 554 436
Ока Кашира 0.58 0,53 490 176,4 639 512 444
Обь Колпашево 0,82 0,67 981 186.2 1013 762 586
Кия Маршиисх 0,97 0,84 981 127,4 729 558 432
Васюган Ср. Васюган 0.60 0,36 686 29,4 754 479 349
Енисей Игарка 1,06 1,00 981 352,8 1176 966 805
Лена Табага 1,60 1,34 686 96,0 372 308 259
Кнренга Казагннское 0,87 0,25 686 15.7 331 257 205
Олекма Усть-Нюкжа 1,82 1,52 686 78,4 394 320 269
Нора Устье-Эльги 1,05 0,80 686 31,4 346 273 221
Селемджа Стойба 1,31 0,88 686 39,2 355 281 229
Бысса Бысса 0,87 0,56 686 17,6 333 259 208
Амгуиь Ирумка 1.28 0,92 686 42,1 358 284 232
446
Ориентировочная толщина льда h в зависимости от суммы
среднесуточных отрицательных температур воздуха 0 опреде-
ляется по выражению
Л = 104,48 In [0,00152 ( - 6/) + I],
где t — количество дней от начала льдообразования до момента измерения
толщины льда.
Вблизи сооружений отмечается увеличение прочности льда
на 15 % по сравнению с более удаленными участками ледяного
покрова. Для защиты гидротехнического сооружения в период
льдообразования параллельно сооружению можно создать на
расстоянии нескольких h иссквозную прорезь во льду. Затем
прорезь и участок льда вблизи от нее закрыть снегом. При из-
менении уровня воды в прорези возникает сквозная трещина.
Выступившая на поверхности вода пропитает снег, образуя ме-
нее прочный снеговой лед.
ф Как рассчитать льдоудерживающие сооружения?
Расчет льдоудерживающих сооружений — запоней, стенок,
ледорезов и т. п.— предполагает определение их размеров в за-
висимости от испытываемого ими горизонтального давления
льда. Для реального расчета льдоудерживающих стенок н за-
поней надо исходить из следующих условий.
1. Давление льда на сооружение зависит от длины ледяного
поля L. При ширине русла реки В увеличение длины ледяного
поля свыше (25...3,0)В не вызывает роста давления льда на
сооружение, так как прирост давления воспринимается бере-
гами.
2. Суммарная величина горизонтального давления льда Р
на 1 м сооружения равна: гидродинамическому давлению по-
тока на задний торец ледяного поля р, которое зависит от по-
верхностной скорости потока и толщины льда, плюс величина
силы трения потока о нижнюю поверхность ледяного поля рг>
зависящая от скорости потока под льдом и от длины ледя-
ного поля.
3. Величина гидродинамического давления потока, тс/м
(кН/м) заднего торца ледяного поля будет
р, = ICjD^,
где Ki — коэффициент целостности ледяного поля: для сплошного ледяного
поля —К|=0,1; для ледяного поля, имеющего 50 % промежутков,— Ki =0,05;
о — поверхностная скорость потока; может быть принята равной ее средней
скорости н ориентировочно определена по удельному расходу на сооружении
q и глубине воды на пороге: о=0,8 q!h\ 6—наибольшая толщина льда для
данного района.
447
Величина силы трения потока о нижнюю поверхность ледя-
ного поля при его ширине Ь= 1 м, тс (//),
Р» = ₽уи3£/(ад,
где 0— коэффициент трения, зависящий от отношения 6/Л: прн 6/Л=0.1 ко-
эффициент 0=0,4; прн 0,5 — 0=0,6; у — объемный вес воды; и — средняя
скорость потока подо льдом, м/с; L—длина ледяного поля, оказывающая
влияние иа величину силы трения, м (наибольшая сила трепня прн L=1,72B).
Приведенная формула может быть представлена в более
простом виде:
Ра = к$РВ
где кг — коэффициент, меняется в зависимости от толщины льда Лл: прн Лл,
не превышающей 10% от глубины воды, жа=0,035, а при толщине льда до
50 % глубины воды №=0,052; к — максимальная скорость потока; В — ши-
рина русла в условиях подпертого горнзоита.
4. Полная величина горизонтального давления льда на 1 м
сооружения будет
Р = Pi + Ра (*is + <**,
причем для потоков шириной В>30 м сила трения потока
о нижнюю поверхность ледяного поля рг достигает 85...95 %
от общего давления.
5. Величина горизонтального усилия, действующего на
опоры льдоудерживающей стенки при расстоянии между ними
/, м, будет
S = pl.
При расчете запани усилие, действующее на ее трос,
Т = рВ.
Раздел VIII
СПОСОБЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗАГЛУБЛЕННЫХ
ПОМЕЩЕНИИ И СООРУЖЕНИЙ
1. Метод опускного колодца. Технология и расчет
ф Какие существуют способы возведения заглубленных поме-
щений на местности с высоким уровнем грунтовых вод или по-
крытой водой?
Наиболее распространенные методы: строительство в шпун-
товом ограждении, опускным колодцем, кессонным способом,
способом стена в грунте, в открытых котлованах под защитой
перемычек.
Опускной колодец представляет собой оболочку (круглую
или прямоугольную), которая погружается в грунт под дей-
ствием собственной силы тяжести, а также при воздействии вер-
тикальных вдавливающих сил и снятии сил трения грунта, дей-
ствующих на внешние стены колодца. В процессе опускания
стенки колодца наращивают. Применяют монолитные конструк-
ции и опускные колодцы из сборных элементов. Эффективность
монолитных конструкций в том, что при таком способе дости-
гается прочность и долговечность подземной конструкции.
Сборные опускные колодцы позволяют индустриализировать
строительство, снизить трудоемкость работ, почти в 2 раза со-
кратить сроки строительства и уменьшить объем материала для
стен колодца.
Опускные колодцы можно подразделить на:
собираемые из тонкостенных криволинейных скорлуп-пане-
лей для колодцев диаметром 6... 8 м;
собираемые из плоских сплошных панелей для колодцев
диаметром 10... 40 м, глубиной до 40 м;
собираемые из пустотелых железобетонных блоков для ко-
лодцев диаметром 30 м и более глубиной свыше 20 м (рис. 153).
ф Какова технология устройства заглубленных помещений под
защитой шпунта?
Для устройства заглубленных помещений в стесненных усло-
виях способом подращивания в качестве ограждения использу-
ется неизвлекаемый металлический шпунт, расположенный по
449
Рнс. 153. Колодцы из сборных железобетонных блоков
а — конструкция Промстройпроекта; 6 — конструкция Фуидамецтпроекта; / — план
колодца; 2 — железобетонные блоки; 3 — блоки стены; 4 — заполняемые пустоты; 5 —
монолитный железобетонные пояс; 6 — арматура стыка
внешнему контуру заглубленного помещени?! н служащий опа-
лубкой при бетонировании его стен. Шпунтовое ограждение, по-
гружаемое на глубину, превышающую технологическую глу-
бину днища с защемлением в грунт на минимальную величину
1,3... 1,5 м, обеспечивает разработку грунта до проектных от-
меток заглубленного котлована в соответствии с расчетом.
До установки основной арматуры к шпунту привариваются
анкеры для усиления сцепления бетонной смеси со шпунтом, вы-
полняющим функцию основной наружной арматуры. Анкеры
изготавливаются из арматурной стали длиной 500... 700 мм,
с шагом, по высоте равным 1000 мм (рис. 154). Вертикальная
арматура устанавливается только по внутренней стене.
После установки внутренней щитовой опалубки ведется бе-
тонирование первого яруса. Закончив бетонирование стен пер-
вого яруса, приступают к разработке грунта в котловане на сле-
дующем ярусе. Далее цикл повторяется. После окончания зем-
ляных работ выполняют песчано-щебеночную подготовку
толщиной 200 мм и бетонную подготовку из бетона марки 100
толщиной 100 мм. По бетонной подготовке укладывают гидро-
изоляцию из асфальтовой мастики. Для откачки воды посре-
дине устраивают зумпф.
В месте примыкания днища к стенам устанавливают вы-
пуски из арматурной стали.
450
а) 0.05 Шпунт JI-W
Насыпной л
слой 'л
Супесь
-—$
Суглинок 'л
ленточный л
----------
$
Суглинок $
моренный $
°с
%
«о
42.0
Опорная
рама
о.
0.5
6)
06
10.80
* о о оио
z$T
Рис. 154. Схема опускного
колодца, пыполисниого спо-
собом подращивания
а~ разрез; б —устройство сты-
ка между ярусами; в — уста-
новка анкеров; /—трубка
0 25 мм; 2 —выпуски дли-
ной 260 мм: 3 —1 щитовая
опалубка: 4 — металличе-
ский шпунт; S — анкер
длиной 700 мм; 6 — анкер
длиной 600 мм
о
о
о
о о о и
При возведении подземных сооружений этим способом стык
между ярусами устраивается по окружности через 2 м путем
установки трубок диаметром 25 мм, по которым под давлением
подают цементно-песчаный раствор (см. рис. 154). Очень важно,
чтобы опалубка была прочной н плотной, поэтому по окружно-
сти с шагом 400 мм делают специальные выпуски из арматур-
451
ной стали, которые заделывают на 250 мм; по высоте выпуски
размещают на расстоянии 500...900 мм. Данная технология
строительства заглубленных помещений рекомендуется в стес-
ненных условиях строительной площадки.
♦ Какие унифицированные конструкции железобетонных сбор-
ных колодцев применяются в строительстве?
Унификация конструкций железобетонных опускных колод-
цев диаметром от 8 до 24 м из железобетонных панелей дли-
ной до 11,5 м, шириной до 1400 мм и толщиной 450 мм приве-
дена в табл. 140. Здесь же показана конструкция вертикального
стыка между панелями. При погружении колодца в слабые
грунты панели выполняются с удлиненным до 4150 мм ножом;
при нормальных грунтах длина ножа равна 2500 мм.
С наружной стороны колодца стенкн закрывают металличе-
скими пластинками шириной 50 мм, толщиной 12 мм, с шагом
200 мм, а с внутренней стороны приваривают сплошную метал-
лическую пластинку.
ф Какова технология устройства сборных оболочек колодцев
из плоских сплошных панелей?
Стеновые панелн колодцев выполняются двух типов: с желе-
зобетонным ножом н со съемным инвентарным металлическим
ножом. Панели первого типа имеют ширину до 2 м и высоту
до 12 м. Толщина панели, изготовленной из бетона марки 300,
зависит от глубины колодца и его диаметра (табл. 141). Масса
панелей составляет от 10 до 40 т.
ТАБЛИЦА 140
Диаметр колодца, м Количество панелей, шт. Геометрические размеры, мм
а а, 6 ь.
8 17 104 248 220 450
10 21 115 231 240 430
12 25 122 220 240 420
14 30 77 159 200 360
16 34 88 160 210 360
18 38 95 159 220 360
20 42 102 160 220 360
22 46 109 162 230 360
22 47 76 128 200 360
24 50 113 162 230 360
24 51 84 132 200 330
452
ТАБЛИЦА 141
Диаметр
колодца,
м
Толщина панели, м, при глубине
колодца, и
10 20 30
10
16
20
25
30
36
40
0,25
0.3
0.3
0.4
0,4
0,5
0,5
0.3
0.3
0,3
0,4
0,5
0.6
0,6
0.4
0,4
0,5
0.6
0,7
Панели второго типа (с инвентарным металлическим ножом)
выполняются плоской формы. Если нож колодца сделан из от-
дельных секций, то его можно извлекать н использовать много-
кратно.
По вертикали панели стыкуют двумя способами: петлеобраз-
ным выпуском арматуры и при помощи накладок, приваривае-
мых к закладным частям. Стыки омонолнчивают бетоном марки
200. Как показал опыт, петлевые стыки значительно проще, так
как не требуют сварочных работ. Однако при воздействии зна-
чительных изгибающих моментов в этих стыках образуются тре-
щины. Этого недостатка лишен стык с накладками или из
шпунта (рнс. 155).
Для глубоких опускных колодцев возможно устройство двух
и более ярусов; тогда стык между ярусами выполняется в виде
монолитного пояса или на сварке в разных плоскостях.
При выполнении работ принимается следующая технология:
на подготовленной площадке отрывают траншею, в которой
устраивают опорное железобетонное кольцо форшахты, бетони-
руют опорный якорь под центральную опору стального кон-
дуктора;
устанавливают панели, оснащенные ножом;
краном устанавливают панели, удерживаемые специальным
стальным кондуктором облегченной конструкции, имеющим
одну подвижную н две неподвижные опоры;
выверяют и закрепляют панели;
монтируют и сваривают стальные накладки стыков между
панелями с омоноличиванием стыков бетоном марки 200;
торкретируют стыки по стальной сетке и изолируют стены
битумом;
после набора бетоном стыков 100 %-иой проектной прочно-
сти производят подготовку к опусканию колодца: удаляют
деревянные опорные стойки и блоки внутреннего опорного коль-
453
Рис. 155. Вариант стыка сборных железобетонных панелей
а, б — вертикальный стык; в — горизонтальный стык; / — сборные железобетонные па-
нели; 2 — замки плоского шпувта; 3—арматурные выпуски; 4 — нож; Б — подкладка;
б — торкретштукатурка; 7 — металлическая сетка; в—цементный раствор М 200
ца, выполняют монтаж ограждения форшахты из стальных ли-
стов;
для предотвращения прорыва тиксотропного раствора из па-
зухи в опускной колодец при его погружении делают замок;
грунт внутри колодца разрабатывают либо экскаватором и
бадьями подают наверх, либо способом гидромеханизации;
для опускания колодца регулируют подачу глинистого рас-
твора в полость тиксотропной рубашки, удерживая уровень гли-
нистого раствора над дневной поверхностью площадки прибли-
зительно на 1 м выше;
после опускания колодца до проектных отметок застениое
пространство тампонируют на всю высоту панелей цементно-
песчаным раствором, чтобы увеличить силы трения между сте-
ной колодца и поверхностью грунта;
при необходимости устанавливают грунтовые анкеры, пре-
пятствующие всплытию колодца;
осуществляют монтаж арматуры н бетонирование днища.
454
ф Какова последовательность сооружения опускного колодца
без водоотлива?
Опускным способом в неосушенном котловане сооружают ко-
лодцы в сильно насыщенных водой песчаных (плывунных) и
супесчаных грунтах. Сначала до уровня грунтовых вод, на-
сколько позволяет грунт, разрабатывают сухой котлован. Таким
образом глубина опускания колодца уменьшается на глубину
котлована.
Колодец обычно опускают без удаления воды путем черпа-
ния грунта из него землесосными устройствами или экскавато-
ром-грейфером. Поскольку грунт разрабатывают под водой, то
надо особенно тщательно следить за тем, чтобы колодец опус-
кался точно по намеченному направлению и без перекосов (про-
веряют через каждый метр погружения). Перекосы, креиы и
смещения ликвидируют немедленно.
Перекосы и крены, вызванные неравномерной разработкой
грунта, исправляют усиленным черпанием на «отстающей» сто-
роне; если же встречается местное препятствие, то пользуются
помощью водолаза. Если колодец при опускании не врезается
в водоупор и нож, достигнув глубины, оказывается в пределах
сильно водоносных и размываемых грунтов, сооружают надеж-
ную бетонную подушку.
При разработке несвязных грунтов, особенно мелко- и сред-
незернистых лесков, без водоотлива в котловане или в опускном
колодце необходимо поддерживать уровень воды несколько
выше горизонта грунтовых вод, 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 грунта может превысить объем ко-
лодца в несколько раз.
Допускаемые отклонения в положении опускных колодцев
приводятся ниже:
в размерах поперечного сечения:
по длине и ширине .... 0,5 %, но ие более 12 см
по радиусу закругления 0,5 %, но ие более 6 см
по диагонали ...............1 %
по толщине стен бетонных и
бутобетониых ...............±30 мм
горизонтальное сечение . . . 0,01 глубины погружения
тангенс угла отклонения от
вертикали...................0,01
Поддержание уровня воды в колодце выше ГГВ на 0,5 м
продолжается до тех пор, пока бетонная подушка, изготовлен-
ная подводным способом, не приобретет требуемую проч-
ность. Следует выполнить поверочный расчет.
455
ф Какими способами облегчается опускание колодцев в скаль-
ные и полускальные породы?
Особые осложнения при погружении опускных колодцев воз-
никают при залегании скальных пород выше проектных отме-
ток предполагаемого заглубления. В таких случаях расчетный
коэффициент погружаемости принимается равным 1,5... 1,6,
благодаря чему колодец сравнительно легко и быстро прорезает
вышерасположенные напластования четвертичных отложений и
врезается в коренные скальные и полускальные породы. Обяза-
тельным условием является устройство низа ножа усиленной
конструкции из металла. Рекомендуется рыхление скальных по-
род осуществлять шпуровыми взрывами с дневной поверхности
без снятия верхних слоев грунтовых напластований, а погруже-
ние колодцев в предварительно размельченные скальные по-
роды производить обычным способом. При залегании скальных
пород выше проектной глубины возможно также погружение
колодца предусматривать только до кровли скалы с последую-
щей разработкой скального грунта до отметок, необходимых
для устройства днища (рис. 156). Разрыхление скального
грунта производится буровзрывным способом с глубинным во-
допонижением.
ф Каково назначение тиксотропной рубашки?
Использование при погружении колодца глинистого ра-
створа из бентонитовых глин, который, заполняя пространство
между грунтом и стенкой колодца, служит смазкой, сводит к ми-
нимуму возникающие прн погружении силы трения, заметно
уменьшает водопроницаемость стен колодца, предотвращает
зависание его в грунте, обеспечивает спокойное и ровное по-
Рис. 156. Конструкции сопряжения днища с опускным колодцем в скальных
грунтах
456
гружение колодца без местных просадок около него, позволяет
значительно уменьшить толщину стен.
Тиксотропная рубашка обеспечивает смазку стен бентонито-
вым раствором на всю высоту колодца, за исключением его
ножа, имеющего в месте перехода нижнего кольца в стену уступ
15...20 см. Полная сила трения между грунтом и стенами ко-
лодца развивается только на высоте ножевой части, трение ус-
тупа можно при расчете не учитывать, поскольку пространство
выше уступа, образующееся при погружении колодца, заполня-
ется тиксотропным раствором.
Чтобы удержать тиксотропный раствор в полости возле
стены колодца и не допустить протекание его внутрь послед-
него, па наружном уступе стены устраивается замок, например
выполненный из трех слоев транспортерной леиты, которая за-
крепляется на уступе болтами, заанкеренными в теле ножа
(рнс. 157). Ленту закрепляют в тот момент, когда нож опущен
в грунт и наружный уступ в стене находится на уровне верха
форшахты колодца. В это время транспортерную ленту отги-
бают и прижимают к внутренней грани форшахты, а простран-
ство между стеной колодца и лентой заполняют мятой глиной
на высоту 500 мм. Такая конструкция уплотняющего устройства
надежно удерживает тиксотропный раствор в пространстве
между форшахтой и стеной колодца. Форшахта может быть вы-
полнена из металла, железобетона или дерева.
При относительно небольшом заглублении колодца (около
10 м) пополнение раствора по мере погружения может вес
время производиться через форшахту. При большей глубине
опускания подача раствора в зазор между грунтом и стеной ко-
лодца после погружения в грунт ножа производится через инъ-
екционные трубки, заложенные в тело стен или закрепленные
снаружи по внешнему их периметру.
До начала опускания колодца вокруг него устраивается спе-
циальная форшахта, в которую заливается первоначальная пор-
ция тиксотропного раствора. Более целесообразна конструкция
форшахты. поднятой на высоту 1... 1,2 м. Форшахту можно ча-
стично заполнить глинистым раствором к тому времени, когда
уступ колодца еще не дошел до уровня земли. По мерс заглуб-
ления колодца бентонитовый раствор подается по трубкам диа-
метром 38... 42 мм, расположенным на расстоянии 3... 5 м
друг от друга.
При устройстве стен из сборных блоков инъекционные
трубки размешают в пустотах блоков или замоноличивают
в швах между блоками; нижние концы трубок выводят на по-
верхность стен колодца приблизительно на 300 мм выше уступа
ножа. При наружном креплении трубок, имеющих в нижней ча-
сти круглые отверстия диаметром 0,5... I см, их крепят к сте-
нам колодца хомутами.
457
fl)
Рнс. 157. Конструкция форшахты (а) и замка (б—г) для удержания тиксотропного раствора
7 — стена колодца; 2 —стальная форшахта; 3—полость с тиксотропным раствором; 4 — мятая глина; 5 —замок на трех слоев транс-
портерное ленты; 6 — упорное кольцо форшахты; 7 — болт для крепления транспортерной ленты; в — дюбели; 9~- двухсловная резиновая
манжета; 10 — расклинивающий элемент; 11 — плоская пружина
ф Какую опалубку применяют для изготовления монолитного
колодца?
При изготовлении монолитных колодцев устраивают дере-
вянную внутреннюю опалубку стен из щитов (например, 600X
Х120 см), отделанных со стороны бетона оргалитом. Такая
опалубка даст возможность вести визуальный контроль за ка-
чеством уложенного бетона и без особых трудностей исправлять
дефекты уложенного бетона.
Наружную опалубку целесообразно монтировать из железо-
бетонных плит (300x254x15 см) с торкретированием швов
между ними.
ф Как подготавливается площадка, с которой осуществляется
опускание колодца?
При строительстве заглубленных сооружений колодцы изго-
тавливают на предварительно спланированной площадке (рис.
158, А, а—г), при строительстве на местности, покрытой во-
Рнс. 158. Схемы опускания колодца
А — с поверхности; С — с искусственно отсыпных островков; / — внутренняя полость:
2 — стена: 3 — нож: 4 — отметка погружения; S — наращенные стенки; 6 — котлован;
7 — распределительная плита; 8 — заполнение
459
дой,— с искусственно отсыпаемых или нарсфулированных пло-
щадок, на водных акваториях — с искусственных островков.
Островки могут быть без ограждений, с ограждением, не вос-
принимающим давление грунтовой засыпки, и с ограждением,
воспринимающим давление грунта.
Островки без ограждений (рис. 158, Б, д) отсыпают из пес-
чаных или гравийных грунтов с крутизной откосов 2:1...5:1.
Размеры площадки островка должны обеспечивать удобство
производства работ по сооружению и опусканию колодца. Верх
островка принимают минимум на 0,5 м выше максимального ра-
бочего горизонта воды с учетом волнения. В речных условиях
крупность материала островка подбирают исходя из его нераз-
мываемости течением, с учетом увеличения его скоростей вслед-
ствие стеснения живого сечения русла реки островком. В мор-
ских условиях верхнюю часть откосов укрепляют во избежание
размыва волнением.
Островки с ограждением, не воспринимающим давление за-
сыпки (рис. 158, Б, е), устраивают для предотвращения под-
мыва откосов грунта. Ограждение по периметру подошвы ост-
ровка представлет собой стенку из деревянного шпунта или из
деревянных щитов по сваям, укрепленную камнем.
Островки с ограждением, воспринимающим давление за-
сыпки (рис. 158, Б, ж), устраивают в случае необходимости со-
кращения объема засыпкн.
Наименьшие допустимые расстояния по горизонтали от по-
швы откоса выемки в песчано-глинистых грунтах до ближай-
шей опоры машины должны быть:
при глубине выемки I м
» » » 2 м
» » » 3 м
> > » 4 м
» » » 5 м
................. 1,5 м
................... 3.0 м
................... 4.0 м
................... 5.0 м
................... 6,0 м
В пределах акватории при глубине воды 5 м и более, когда
устройство искусственных островков оказывается экономически
неоправданным или трудноосуществимым, для сооружения и
опускания колодцев используют стационарные и плавучие под-
мости или применяют наплавные колодцы, которые экономиче-
ски рациональны при глубине воды более 10 м.
Откосы островков, как правило, не укрепляют, если средние
скорости течения воды с учетом степени живого сечения русла
не превосходят следующих значений, м/с: для островков, отсы-
панных из мелкого леска — 0,3; крупного песка — 0,8; из сред-
него гравия — 1,2; крупного гравия— 1,5.
Во избежание размыва островков волнами на больших во-
доемах верхнюю часть откосов на 0,1 - .0.3 м ниже уровня воды
прикрывают фашинными тюфяками или мешками с песком.
460
Для обеспечения плавного обтекания водой ограждения и
связанного с этим уменьшения возможности его подмыва
ограждающую стенку с верховой стороны устраивают заострен-
ной в плане.
Стенки ограждения рассчитывают иа воздействие скорост-
ного напора воды Р (кН на 1 м2):
Р - l0t/s/l9,62,
где в — средняя скорость течения поды, м/с.
ф Как устраивают ножевую часть опускного колодца?
Работы по сооружению колодца начинают с укладки на тща-
тельно выровненную площадку деревянных подкладок под но-
жевую его часть. Подкладки шириной 16...22 см и длиной, иа
0,5... 1 м большей толщины стен колодца, раскладывают на
расстоянии 0,5... 1 м одну от другой по периметру колодца с на-
правлением их осей радиально к центру и с отапливанием
в грунт на половину высоты. На подкладки устанавливают ме-
таллическую режущую часть ножа и начинают монтаж внутрен-
ней опалубки. На рис. 159 приведены различные конструкции
ножевой части.
На рнс. 159, з показано устройство ножевой части колодца
в пионерном котловане. Первая секция изготавливается вместе
с ножом (рис. 159, е), который опирается на хорошо уплотнен-
ное и тщательно выровненное основание из крупнозернистого
песка толщиной 0,5 м.
При устройстве опалубки под нож выполняют следующие ра-
боты: на несвязных грунтах (рис. 159, а) устанавливают под-
кладки (иа половину высоты погруженные в подсыпку), стойки
и подкосы; для колодцев диаметром до 12 м ставят кружала
и по ним опалубку; для колодцев диаметром более 12 м доски
опалубки крепят прямо к подкосам. Одновременно с опалубкой
выкладывают доски под банкетку ножа. Затем монтируют его
арматуру, ставят наружную опалубку и бетонируют нож. При
связных грунтах нож рекомендуется устраивать в траншеях
(рис. 159, б), откосы которых должны быть тщательно зачи-
щены и иметь уклоны, соответствующие уклону ножа.
Выбор площади подкладок в зависимости от высоты первого
яруса бетонирования и толщины стен при опирании ножа ко-
лодца на песчаную подушку толщиной 0,3 м с расчетным дав-
лением на грунт 0,2 МПа осуществляется по графику, представ-
ленному на рис. 160.
В некоторых случаях деревянные опоры под ножом заменя-
ются бетонными массивами, устанавливаемыми на песчаную
подготовку по периметру колодца (рис. 159, о, д). Колодец сни-
мается с бетонных массивов легче, чем с деревянных опор, для
этого достаточно лишь частично удалить песчаные призмы.
461
Рнс. 159. Устройство ножевой части опускного колодца
а, ж — при помощи деревянных кружал; б — в траншее; е, д — с использованием бе-
тонных массивов; г, е — металлический нож; з — расположение шпал
в пионерном котловане: 1 — доска; 2 — кружала; 3 — стойка; 4 — подкос; 5 — под-
кладка; 6 — опалубка ножа; 7 — арматура ножа; 8 — бетонный блок; 9 — призма на пес-
чано-гравнйиоЛ смеси; /0 —скобы; // — стена колодца; /2 —опорные брусья 200Х200Х
2000 мм; /3—шпалы с шагом 500 мм; 14 — двутавр № 14: IS — металлическая часть
ножв из листа 8 мм: /б —уголок обрамления плеча 100x100X10 мм; /7 —пионерный
котлован; /8 — разработка котлована в период возведения первой секции; 19 — фор-
шахта
6SI
Площадь подкладок F, тыс см Чм кольца
Рис. 160. График зависимости площади подкладок с песчаной подушкой тол-
щиной ие менее 30 см н 7?=0,2 МПа от высоты первого яруса бетонирования
ф Когда возникает опасность фильтрационного выпора грунта
котлована?
Под фильтрационным выпором грунта подразумевается от-
рыв и перемещение некоторого его объема, приводящее к раз-
рушению структуры грунта в основании под действием напор-
ного горизонта, залегающего ниже дна разрабатываемого кот-
лована. Поэтому при наличии напорного горизонта под дном
котлована, а также при наличии безнапорных вод следует про-
верять фильтрационную устойчивость дна строительного котло-
вана. Расчетные схемы для ее определения показаны на
рис. 161, а, б.
а)
1
Рис. 161. Расчетные схемы для определения фильтрационной устойчивости
диа котлована
а—в напорных водах; б —в безнапорных водах; Н — пьезометрический напор в на-
порных водах илн мощность водоносного пласта в безнапорных водах; 1 — фильтраци-
онные силы; 2 — протпаофпльтрационпая диафрагма; 3 — водоупорная прослойка
464
В качестве критерия устойчивости грунтов применяют кри-
тический градиент напора
•^в. кр = (р — I) (1 — л),
где р — плотность грунта, т/мэ; п — пористость грунта.
Фактический градиент напора будет
J = hit,
где h—превышение пьезометрического уровня напорных вод или статиче-
ский уровень грунтовых вод над подошвой водоупорной прослойки, м; t —
превышение поверхности дна котлована над подошвой водоупорной про-
слойки, м.
Условие фильтрационной устойчивости против выпора грунта
будет соблюдено, если k3Jb. ир<Л. кр, в противном случае необ-
ходимо снизить пьезометрический или статический уровень
Ап = ^Увзв/Ла
где уоэо — объемная масса взвешенного грунта, т/м*: ?ояо"=?ои—(1—л);
You — объемная масса скелета сухого грунта: ?сп=Л(1—и); к3—коэффи-
циент запаса, принимаемый в зависимости от размеров котлована равным
1.2...1,5.
Уменьшение напорного горизонта возможно получить с по-
мощью самонзливаюшихся скважин внутри котлована или пу-
тем искусственного понижения пьезометрического или статиче-
ского уровня водопонизительными установками.
ф Как предохранить стены колодца от смерзания с грунтовым
массивом в момент опускания?
Рекомендуются следующие способы исключения смерзания
стен опускного колодца: при толщине промерзания грунта на
20... 30 см рекомендуется встряхивание колодца путем взрыва
накладными зарядами; более 30 см — паропрогрев, эффектив-
ный прогрев солнечными лучами внутренней поверхности с по-
мощью поворачивающихся отражающих экранов.
Для теплового прогрева можно рекомендовать циркуляцион-
ные иглы, представляющие собой две трубы, вставленные одна
в другую, диаметр наружной принимается 168 мм (обсадная),
внутренней (рабочей) — 68 мм. Вода, подогретая до 60... 80 °C,
подается насосом во внутреннюю трубу скважины; во время
циркуляции она нагревает стенки наружной трубы и, отдав
тепло грунту, возвращается в котел для повторного нагрева.
Всегда следует выполнять правило: непрерывность ведения
всех видов работ по погружению предотвратит смерзаине стен
колодца с грунтом.
Ниже приводятся рекомендации, предусматривающие нор-
мальные условия погружения колодцев при отрицательной тем-
пературе воздуха:
465
ТАБЛИЦА 142
Реагент Химическая формула Фвэяко-химические свойства
растворимость в воде ввтектвческве «очки
при 20 °C ар 70-4 °C
кг/м* Ж — кг/м’ ж концен- трация. к темпера- тура» °C
АНТА (антигололед- ный низкотемператур- ный антифриз) CaCls -f- + КаСгО4 + + ОП-г 1200 54,5 4000 80,0 33 —55
Натрийнитрнт (нат- рий азотистокислый) NaNOa 829 45,3 1600 61,5 21 —20
Натрийнитрат (иа- NaNO- 280 46.3 1760 63,8 39 — 18
триевая селитра) ННН (нитрит — ни- трат натрия) NaNOa-NaNOa 1282 56,1 2240 69,1 47 —30,9
Кальцийпитрат (каль- циевая селитра) Ca(NO8)a-2HaO 1850 53,3 3540 64,0 43 —29
МКС (мочевннокаль- циевая селитра) Ca(NO8)2COX X(NHa)»-3H4O 1470 59,5 3400 77,1 49 —25
НКМ (нитрат каль- ция — мочевина) Ca(NOa)aX X4CO(NHa)a 1776 64,0 4000 80.0 52 —22
АНС (антигололедный иекоррозиоиный со- став) Ca(NOs)2X X4CO(NUa)a+ + ОП—z 1776 64,0 4000 80,0 54 —22
вес колодца должен быть на 15 % больше сил сопротивле-
ния трению грунта при его погружении;
работы по погружению колодца следует производить непре-
рывно, с интенсивной разработкой грунта;
извлеченный грунт нужно вывозить за пределы призмы об-
рушения;
до начала работ необходимо организовать отвод поверхност-
ных вод от сооружения.
Для обеспечения непрерывности посадки опускного колодца
в холодный период наиболее эффективен способ обработки
грунта концентрированными или перенасыщенными водными ра-
творами реагентов различных хлористых соединений, соста-
вами на основе азотнокислого кальция и мочевины, а также на
основе нитритов и нитратов натрия. Основные технические по-
казатели широко применяемых противоморозных химических
реагентов приведены в табл. 142.
Хлористые соединения относительно дешевы и доступны, но
обладают повышенной коррозионной агрессивностью по отноше-
нию к металлам; растворы этих реагентов способны проникать
466
сквозь поры бетона п отрицательно воздействовать па арма-
туру железобетонных конструкций. Поэтому прн их применении
надо вводить антикоррозионные присадки — ингибиторы, на-
пример от 0,2 до 1 % гексаметафосфата натрия или же до
0,2 % хромата калия или натрия.
Хлористые соединения сравнительно широко используются
для предотвращения смерзаемостн и размораживания грунтов
при отрывке котлованов и траншей.
Технический азотнокислый кальций не оказывает значитель-
ного коррозионного воздействия на черные металлы и строи-
тельные материалы; при относительно невысокой стоимости он
является эффективным протнвоморозным реагентом.
Комбинированные химические соединения на основе моче-
вины (карбамида) и азотнокислого кальция имеют достаточно
низкую температуру эвтектики (температура замерзания вод-
ного раствора реагента), равную —22...—27 °C, и не коррози-
руют металлы.
Нитрит и нитрат натрия, выпускаемые промышленностью
в широких масштабах, могут служить для обработки всех видов
грунтов. Они не оказывают коррозионного воздействия на ар-
матуру железобетонных конструкции, однако им присущи неко-
торые токсические свойства. Менее токсична смесь нитрита и
нитрата натрия (ННН), которая обладает весьма малой корро-
зионной активностью, она может быть рекомендована для про-
ведения земляных работ в зимнее время, ибо се температура
эвтектики —30 °C.
Ориентировочное количество реагентов, добавляемых в грун-
ты для предупреждения их смерзаемостн, зависит от влажности
и температуры последних. Для супесей прн влажности 15...
20 % оно составляет от 7 до 12, для песков при той же влажно-
сти— от 3 до 10 кг/м3. Для размораживания грунтов потребное
количество реагентов увеличивается в два-три раза.
ф Каким образом снижают силу трения стен колодцев о грунт?
Чтобы снизить силы трения, можно эффективно использо-
вать покрытие стен колодца различными материалами, обеспе-
чивающими минимальный коэффициент трения: обработку внеш-
них поверхностей опускного колодца эпоксидной смолой, стекло-
пластиком, специальными лаками, а также электроосмос.
Сплошной слой из эпоксидной смолы, наносимый на внешнюю
поверхность конструкции, обеспечивает защиту от грунтовых
вод, а также антикоррозионную защиту и способствует лучшему
скольжению конструкции при ее опускании.
В водонасыщенном песчаном грунте целесообразно примене-
ние в качестве защитного материала эпоксидной смолы, нано-
симой на внешнюю поверхность конструкции. Состав данного
467
материала по соотношению компонентов следующий: эпоксид-
ная смола— 100, мелкий кварцевый песок— 100, отвердитель—
10 масс. ч.
ф Какие применяются способы для исправления перекосов, кре-
нов и зависания колодцев в процессе их погружения до проект-
ной отметки?
Опускание колодца происходит не линейно — поступательно,
а по сложной траектории, причем отклонение от вертикальной
оси наблюдается в значительной степени в начале погружения,
когда центр тяжести колодца находится выше поверхности
грунта. Причем чем разнороднее грунты и значительнее вели-
чина погружаемого колодца, тем сложнее траектория, описы-
ваемая колодцем, и труднее предположить направление пере-
коса или перемещения сооружения.
Для исправления перекосов, креиов и зависания опускных
колодцев рекомендуется ряд инженерных мероприятий. Неко-
торые из них, часто встречающиеся на практике, приводятся
ниже.
1. Усиленная разработка грунта у ножа колодца и под но-
жом на глубину не более 1,0 м с извлечением грунта из полости
колодца.
2. Дополнительный пригруз.
3. Разработка грунта под ножом с помощью мощной мони-
торной струи с одновременным подмывом грунта с внешней сто-
роны колодца в районе ножа.
4. Последовательное встряхивание колодца взрывами шпу-
ровыми зарядами. Для этой цели с помощью бурильного
станка, закрепленного у ножа бульдозера, находящегося во
внутренней полости опускного колодца, пробуривают шпуры
через каждые 2... 4 м по внутреннему периметру колодца. Если
имеется перекос, то устраивают шпуровые скважины диаметром
40...60 мм глубиной 1,5...2,0 м. В шпуры закладывают за-
ряды из аммонита № 6ЖВ диаметром 32 мм по 200 г в сква-
жину.
Необходимая общая взрывная масса определяется по рас-
чету. Ориентировочно можно пользоваться формулой Q=
= Л4 • 10’5, где Q — требуемая масса взрывчатки, кг, для одно-
разового встряхивания; М — масса сооружения, кг.
Очередность закладки зарядов для последовательных взры-
вов показана на рис. 162. Рассматриваемый способ эффективен
для больших площадей опускаемых сооружений.
5. Прн малых диаметрах колодцев (6...8 м) используются
домкраты, которые крепят к специальной металлической анкер-
ной раме, заделанной в железобетонный воротник.
6. Устройство анкерных свай и задавливание колодца с по-
мощью домкратов. Перед началом возведения опускного ко-
468
t
Рис. 162. Очередность закладки зарядов
/ — опускной колодец; 2 — укрытие; Я — индуктор; 4 — шпуры; 5 — магистрали; 6 —
детонирующий шнур; 7 — аммонал-40; 8 — мешки с песком
лодца по контуру наружных стен на необходимом расстоянии
(но расчету) пробуривают скважины для устройства анкерных
свай ниже проектной отметки заложения ножа. В скважину
опускают канат с анкерным устройством иа конце, после чего
анкерные сваи бетонируют до отметки несколько ниже проект-
ной отметки ножа. Затем в стенах устраиваемого колодца про-
делывают каналы для пропуска в них тяжей-канатов. На стей-
ках колодца монтируют специальные домкраты, в замках кото-
Рис. 163. Исправление перекоса колодиа при его опускании
/ — вибропогружатель ВПП-2; 2 —стальная свая ШК-1; 3 - металлическая косынка
469
рых закрепляются свободные концы тяжей-канатов. Грунт вы-
нимают из центральной части колодца на глубину 2..3 м
с оставлением бермы у ножа и последовательно по циклам про-
изводят задавливание колодца. Прн возведении подземных со-
оружений в слабые водонасыщенные грунты анкерные тяги
после погружения колодца заделывают в каналах, и они слу-
жат якорями против его всплытия.
7. Вибропогружение — весьма простой п притом очепь эф-
фективный способ исправления положения колодцев. Стальная
свая ШК-I имеет в нижней части (рис. 163, деталь узла Я) при-
варенную косынку, которая прн общем опускании шпунтины не-
сколько увеличивает отодвигаемый от колодца слой грунта.
Экскаватор-кран с прикрепленным вибропогружателем (ВПП-2,
С-401) и сваей устанавливают на таком расстоянии от стенки
колодца, прн котором свая в процессе погружения не касается
выступа колодца (уширения у ножа). Скорость погружения
сваи в суглинистые грунты составляет 0,25 м/с. Если погруже-
ния одной шунтнны длиной 8... 10 м в грунт для выправлении
колодца оказывается недостаточно, то рядом погружают сле-
дующую. Достаточно пяти — семи проколов, чтобы сиять силы
треиня грунта и осуществить погружение колодца до проектной
отметки.
Применение листового и пленочного полиэтилена низкого
давления толщиной от 5 до 0,25 мм или нанесение напылением
сжиженного полиэтилена толщиной 0,8 мм на контактирующие
с грунтом бетонные поверхности значительно снижают трение
между грунтом и конструкциями.
Для погружения опускных колодцев в глинистые и мелко-
песчаные грунты возможно применение электроосмоса. В этих
грунтах электроосмос возникает под воздействие.м постоянного
электрического тока и представляет собой направленное пере-
мещение грунтовой влаги от анода к катоду.
Источник постоянного тока выбирается в зависимости от
расстояния между разноименными электродами и площади ка-
тодного электрода; им может быть любой преобразователь по-
стоянного тока, обеспечивающий напряжение в пределах 60...
220 В и плотность тока на катоде 2... 3 А/м2.
Эффект снижения сил трения грунта проявляется через
несколько минут после включения электроосмотической уста-
новки (она включается периодически на 1,5...2 ч). При
равномерной посадке колодца ток подводится ко всем электро-
дам, а при исправлении крена — к катоду и определенной
группе анодов, расположенных с возвышенной стороны ко-
лодца.
Определение удельных сил трения в зависимости от физико-
механических свойств грунтов производится по графикам
рис. 164.
470
ф Какова последовательность расчета опускного колодца?
Пример. Требуется рассчитать опускной колодец па строительные на-
грузки прн исходных данных, приведенных на рис. 165: рабочая высота 13 м.
внутренний диаметр 15 м, глубина погружения 12,17 м, грунт — супеси с плот-
ностью 70.0=1.8 т/ма, во взвешенном полой состоянии у». п = 1 т/ма,у11П0 =
=2 т/м* и углами внутреннего трения <fm«x=35°, <Pmtn=25s; уровень грунто-
вых вод — на отметке — 2,70. Работы производятся без водоотлива. Раз-
меры стен и днища показаны на расчетной схеме.
1. Определение веса колодца.
Вес наружных стен
Pi = (I-7,2-2,5-2-3,14-8 + 7,27-1,5-2 3,14-8 + 0,15 (2 -|-
+ 1,47) 1.5-2-3,14-8,575] 10 14590 кН,
где плотность бетона у б=2,5 т/м3, во взвешенном водой состоянии (уб)ч. п =
= 1,5 т/ма;
вес внутренней степы
Рв=(0,8-7,2-2.5-14 + 0,8-5,8-1,5-14) 10 = 3070 кН;
Рис. 165. Расчетная схема колодца
а — размеры; 6 — эпюра давлеаия грунта иа стену; в — к расчету иожа
471
вес ножа
Ръ = (1,15 + 0,4)/2-2,2-2-3,14-8,23- 1,5-10= 1310 кН;
где радиус вращения трапеции
1,15’+1,15-0,4+0,4*
р = 8,65---------—1‘—-— = 8,23 м;
3(1,15 + 0,4)
вес горизонтального перекрытия
Pt = 1-3,14-7,5’-1,5-10 = 1770 кН.
Общий вес колодца прн погружении
Q = VPt = (14590 + 3070 + 1310 + 1770) = 20740 кН.
2. Проверка колодца на погружение. Принимаем эпюру трения грунта
о стены колодца, показанную на рис. 165,6, при нарастании его по закону
треугольника до глубины 5 м и полагаем трение ниже этой глубины постоян-
ным. Тогда приведенная высота эпюры
h„ = 12,17 — 2,5 = 9,67 м.
При удельном треннн Г=2,5 т/м’ полное трение по стенам колодца
Т = nDKhnF = 3,14-17-9.67-2,5-10 = 12850 кН.
Коэффициент погружения колодца
к = 20740/12850 = 1,64 > 1,15.
3. Расчет стен колодца. Стенки рассчитываются па горизонтальные уси-
лия, нзгнб в вертикальной плоскости н кручение с последующей проверкой
на разрыв.
При расчете па горизонтальные усилия полагают горнознтальное давле-
ние грунта на стены колодца неравномерным н изменяющимся по плавной
кривой от наибольшего значения прн фтот до наименьшего прн фтах:
Xi = tg’ (45° - <pmin/2) = tg’ (45° - 25/2) = 0,406;
X, = tg’ (45° - фтах/2) = tg’ (45° - 35/2) = 0,271.
При №=0,406/0,271 = 1,5 степень неравномерности wi=w—1 = 1,5—1=0,5.
Давление грунта определяется для сечения на отметке верха ножа:
РА = 1,8 2,7+ I 7,27-0,271-0,01 =3,3 10“’ МПа;
Рв = 3.3-0,406-0,01/0,271 = 5-10“’ МПа.
Тогда нормальные усилия и изгибающие моменты в расчетных сечениях
А н В вычисляются нз равенств
Na Раг (1 + 0.7854W,);
^в = ₽дг(1 + 0,5и»|);
МА = — 0,1488Рдг’ш1;
Мв = ОДЗббРдАв,,
где г — радиус колодца по осн степы.
472
Подставляя о эти равенства численные значения г и и>(. получаем
Л/л = 3,3-8 (I + 0,7854-0,5)-10 = 375 кН;
NB = 3,3-8 (1 + 0,5 + 0,5)-10 = 396 кН;
МА= — 0,1488-3,3-82-0,5-10 = -16,1-10= —161 кН-м;
Л4В = 0,1366-3,3-82-0,5-10= 14,7 Ю = 147 кН-м.
Следует при этом иметь в виду, что данные усилия приходятся иа 1 м
стенки по высоте. Затем, выбнран невыгоднейшую комбинацию усилий (в дан-
ном случае и Ма), которая дает худшие условия внецентренного сжатия,
производим подбор арматуры обычными методами.
Расчет на изгиб стенки в вертикальной плоскости и кручение проводнтсн
в следующей последовательности. Определяем пес стен на I м периметра
ножа, полагая высоту первой очереди бетонирования равной 6 м (колодец
покоится на четырех подкладках): Pn= 1-6-2.5 • 10=150 кН.
Изгибающий момент над подкладкой Мо„ =—0,215Pur2=—0,215-15-82Х
Х10=—2060 кН-м.
Момент в пролете между подкладками Mn№=0,ll03Par2=0,U03-l5-82x
X10= 1060 кН-м.
Крутящий момент в пролете между подкладками Л1Ир=0,0297Рнг2=
=0,0297-15-82- 10=286 кН • м.
Проверку стен иа разрыв проводят, предполагая возможность заклинива-
ния верхней трети колодца в грунте. Для этого определяется вертикальная
арматура по весу нижних двух третей колодца; этот вес иа 1 м периметра
ножа составит:
Q' = (1.7-1-2,5 + 7,27-1-1,5+ 0,15-2-1,5 + 131/(3,14 16)1-10 =
= (4,25 + 10,95 + 0,45 + 2,62)-10 = 182,7 кН.
По О' подбирают сечение вертикальной арматуры:
/а = Q’KlCr,
где к — коэффициент запаса, принимаемый равным 1,5...1,6; от— предел те-
кучести арматуры.
4. Расчет ножа колодца. Этот расчет проводится по следующим трем
расчетным схемам.
Первая расчетная схема: колодец погружен до проектной отметки, грунт
под ножом выбран, вследствие опускания колодца без водотлива на нож
действует давление взвешенного грунта.
С учетом <р=фср= (фтах+фтт)/2 н Х= (0,406+0,271 )/2=0.339 давле-
ние по низу и верху ножа на 1 м длины составит:
<?и = 2,7-1,8 + 9,47-1-0,339-10~2 = 4,83-10"2 МПа;
9в = 2,7-1,8+ (9,47 — 2,2)-1-0,339-10~2= 4,08-10"2 МПа.
Разбивай эпюру давления грунта на два треугольника, находим изгибаю-
щий момент в сечении заделки ножа в стенах колодца:
М =(1/6)9вЛ8+(1/3)<?нЛ2=[(1/6)-4,08+(1/3)-4,831-2,22-10= 110 кН-м.
Если не исключена возможность производства работ с водоотливом, то
прн расчете следует учитывать также гидростатическое давление воды.
Вторая расчетная схема: колодец погружен на 6 м, т. е. до половины
проектной глубины нож врезался в грунт. Реакция грунта определится как
разность между весом колодца и половиной полного бокового трения Tt по
поверхности его стен.
473
Вес колодца
Р = (2110 + 6-1-2-3.14-8-1)-10 = (2110 302) 10 = 24120 кН;
здесь второй член учитывает уменьшение взвешивающего давления прн
глубине опускания 6 м.
Половина бокового трения 7\=0,5Г=0,5-12850=6420 кН; тогда
реакция грунта Я=(24 120—6420)/17,3-3,14 =326 кН.
Полагая эпюру распределения реакции R такой, как показано на рис.
165 в, находим
Иа = Яп/(п4-2с),
где с=0,4 м; п — проекция наклонной поверхности консоли h.
Принимая h=l м, имеем
п = h etg а = 0,34 м,
где cig а= (1,15—0,4)/2,2=0,34; а=71,3’.
Находим усилия:
Vt = (326*0,34)7(0,34 + 2-0,4) = 100 кН,
1^ = 326— 100 = 226 кН.
Усилие от давления грунта на нож
V = V2 tg (а— Р) = 100 tg (71,3 - 25) = 104 кН,
где 6=25°— угол трения бетона о грунт.
Прн заглублении ножа н грунт на 1 м плечо силы V составит 1=2,2—
—0,33=1.87 м.
Момент в заделке ножа: Л43=104-1,87= 194 кН-м.
Третья расчетная схема: для растягивающего усилия У определяется
кольцевая арматура ножа.
Горизонтальная растягивающая сила
W = Урк = 104-8,25 = 858 кН,
где р„ = 17,3/2-0,4=8,25 м.
5. Расчет бетонной подушки. Гидростатическая поверхностная нагрузка
на подушку
qr = 9,52* 10 = 95,2 кПа.
Собственная поверхностная нагрузка от веса подушки прн ус=2.2 т/м3
gc = 2,3-2,2-10 = 50 кПа.
Поверхностная нагрузка на подушку
q = (9,52 — 5) • 10 = 45,2 кПа.
Моменты определяются как для круглой пластинки, опертой по контуру.
Радиальный момент посередине плиты
Mr = qa* (3 + ц)/16 = да»0,198 = 0,198-4,52-7,8»-10 = 545 кН м,
где р — коэффициент Пуассона: ц=0,17; а — расчетный радиус пластины:
а=7,8 м.
Сечение подушки h определяется на 1 м ширины Ь:
= (Л2/6 = кЛ4г/Ор.
где к—коэффициент запаса, принимаемый равным 3,3; о₽— расчетное сопро-
тивление, равное 2,2 МПа прн бетоне марки 150; 7tz=6-3.3-545000/(2,2,100) =
=0,09-545000 см»; h=222 см.
Толщина подушки принята а расчете правильно.
6. Расчет днища. Днище рассчитывается на реакцию грунта под ним при
нагрузке от полного веса всего сооружения.
474
Подсчет веса всех элементов сооружения дает Q—29 ООО кН.
Реактивное давление грунта н среднем <т=(29000-4)/17,3—123 кПа.
Радиальный момент посередине круглой плиты, опертой по контуру.
Мг=0,198аг* =0,198-123-7,52= 1360 кН • м (где /-=7,5 м).
Тангенциальный момент иа опоре плиты Mr =0,104№=0.104-123-7,5*=
-715 кН-м.
По найденным усилиям подбирают арматуру во всех элементах колодца.
2. Строительство заглубленных помещений
кессонным способом
ф В каких случаях производят работы кессонным, способом?
Кессонный способ производства работ применяется п слу-
чаях, когда при помощи опускного колодца нельзя достичь нуж-
ного заглубления фундаментной конструкции (встреча с круп-
ными препятствиями — валунами, древесными стволами, чрез-
вычайно интенсивный приток воды, наличие близко располо-
женных сооружений н др.).
Собственно кессон состоит нз кессонной камеры и надкес-
сонного строения. Кессонная камера — как правило, железобе-
тонная (очень редко устраивается из металла). Форма сечения
кессонной камеры может быть круглая, прямоугольная, квад-
ратная. Высота камеры от банкетки ножа до потолка прини-
мается не менее 2,2 м. Надкессонное строение выполняется как
колодец с железобетонными стенками. Гидроизоляция нано-
сится на наружные стенки кессона и надкессонного строения.
Шлюзовой аппарат предназначен для шлюзования людей и
грузов, поступающих в кессонную камеру, пли подъема различ-
ных грузов из нее. Шлюзовой аппарат соединен с кессонной ка-
мерой шахтными трубами. Он состоит из центральной камеры,
пассажирского прикамерка и грузового. Грунт, поднятый из
кессонной камеры в бадье, выгружается в вагонетку и выдастся
через грузовой прикамерок наружу. Трубопроводы для подачи
сжатого воздуха монтируются из двух ниток, от каждой нитки
воздухопровода имеются три отвода — два для подачи сжатого
воздуха в кессонную камеру и один в центральную камеру н
прнкамерок шлюзового аппарата. Рабочей является одна из
ниток воздухопровода, вторая — резервная.
Резервная мощность компрессорной станции должна быть:
при одном рабочем компрессоре 100 %, прн двух 50 %, при трех
и более 33 % рабочей мощности. При максимальном давлении
сжатого воздуха в кессоне более 0,15 МПа устанавливается ле-
чебный шлюз. Сначала кессон следует погружать без подачи
сжатого воздуха в камеру, при появлении грунтовой воды кес-
сон переводится на режпм воздушного давления, воздух отжи-
мает воду из кессонной камеры.
475
Воздушное давление в камере кессона должно быть
рв>уН/Ю.
где ро— избыточное воздушное давление, Па; Н — гидростатический напор
па уровне банкетки ножа, м; ? — плотность воды, т/мэ.
До начала работ по опусканию кессонов шлюзовые аппа-
раты, шахтные трубы, воздухопроводы испытываются гидравли-
ческим давлением, превышающим в 1,5 раза максимальное ра-
бочее воздушное давление. Воздушное давление в кессонах
должно быть достаточным, чтобы исключить приток воды из-
под ножа, но не превышать более чем на 0,02 МПа (0,2 ати)
гидравлическое давление на уровне ножа.
Компрессорная станция должна иметь резервный компрес-
сор с двумя независимыми источниками питания. На каждого
работающего в кессоне предусматривается подача нс менее
25 мэ сжатого воздуха в 1 ч. Температура воздуха в рабочей ка-
мере при давлении до 0,2 МПа (2 ати) должна быть 16.. .20 °C,
до 0,25 МПа (2,5 ати) — 17... 23 °C, выше 0,25 МПа (2,5 аги) —
18... 26 °C.
Кессоны рационально использовать при строительстве под-
земных сооружений в непосредственной близости от существую-
щего здания или сооружения и в сильно обводненных грунтах.
Рис. 166. Опускание кессона с использованием средств механизации
1 — ш.тюзовоЛ аппарат; 2 — эстакада; 3 — пулыюпол: 4 — гидроэлеватор; 5—есть па
порноЛ канализации: 6 — шиальнаи клетка
476
Подаваемый в камеру сжатый воздух вытесняет воду и уплот-
няет грунт.
В настоящее время появилась возможность осуществлять
строительство глубоких подземных сооружений без нахождения
людей в камере кессона (работу будут выполнять роботы-мани-
пуляторы). Этот способ самый экономичный, безвредный для
человека и наиболее эффективный по сравнению с существую-
щими.
юн’'VW>»>/.>>>w
XX X > X X X XXX XX X < X X X Л /
Рис. 167. Опускание кессона со льда
а —положение наплавкой части кессона перед спуском; б—в маЛне; в — бетониро-
вание консолей кессона; устройство полонспроииц.чемоП оболочки. монтаж шахтных
труб и шлюзового аппарата; г — бетонирование потолка н степ кессона, опускание
кессона: / — шлюзовой аппарат; 2 —камера кессона; 3 — стены водоприемника; 4 —
лед
477
Зависание кессонов устраняется форсированной посадкой —
временным резким понижением давления в камере кессона (не
более чем на 50 %). Подборка грунта в глубину под банкеткой
больше 0,5 н пребывание людей в кессонах при форсированных
посадках запрещается.
При погружении кессонов в песчаные, супесчаные н песчано-
гравелистые грунты применяют гидромеханическую разработку
грунта; в камере с помощью гидромониторов размывается грунт,
а пульпа удаляется из камеры эжекторами или гидроэлевато-
рами (рис. 166).
Рис. 168. Расчетная схема кессона
а —размеры; б —эпюра давления грунта на нож; в, е — расчетные силы; д — давле-
ние на потолочную плиту кессона
478
При небольших глубинах монолитные кессоны изготавли-
вают на островках иа месте их последующего опускания, а прн
глубинах свыше 10... 12 м — на берегу, затем их спускают на
воду и на плаву доставляют к месту погружения.
В зимний период кессон можно опускать со льда в заранее
подготовленную майну (рнс. 167).
ф Как рассчитать опускной колодец, погружаемый кессонным
способом?
Рассмотрим следующие четыре случая:
1) кессон опущен до проектной отметки или погружен
в грунт на 0,5 м, давление в камере равно гидростатическому на
уровне ножа;
2) кессон опущен до проектной отметки, грунт из-под ножа
выбран, давление в камере понижено на 50 % (форсированная
посадка);
3) кессон опирается на грунт по периметру пожа, потолок
нагружен слоем бетона высотой 1,5 м;
4) кессон стоит на четырех подкладках (фиксированных
точках).
В первых двух расчетных случаях проверяют прочность кон-
соли в месте примыкания к потолку (рис. 168), в третьем слу-
чае — прочность потолка, в четвертом — прочность кессона на
изгиб (перелом).
Пример. Исходные данные для расчета: внутренний диаметр кессона
20 м; отметка верха надкессоиной плиты 13,7 м; грунтовые воды залегают на
отметке 1,4 м; высота кессонной камеры не менее 2,2 м; грунт-неводоиасы-
щенный суглинок выше уровня грунтовых вод с ?«> —1,8 т/мэ и углом внут-
реннего трения <р-=22°, ниже уровня ноды — с ?и=2 т/мэ.
Расчет выполняется в следующем последовательности.
Масса кессона Q слагается из масс (рис. 168, а) наружных стен Qt.
дншца Qt, ножа Qs, внутренних стен Q«, грунта па обрезе Qs:
Qi = 3,14/4 [(22,8е — 20,0е) 11,9+ (23,12 - 20.22) 3.8J 2,5 • 10 =
= 3,14/4 (1425 4- 507) 2,5-10 = 38000 кН;
Q2 = (3,14-202/4) 1,8-2,5-10= 14 100 кН;
<2э = 2-3,14 (11,55 — 0,41) (1,15+0,35) 2,2-2,5-10 = 2880 кН,
где центр тяжести сечения
/ = (1,152+ 1,15-0,35 + 0,352)/(3 (0,35+ 1,15)] =0,41 м;
Qt = 2 V(5,8 + 0,5) (2 — (5.8 + 0,5)] 1 13,9 • 2,5-10 = 6400 к Н;
Qt = 3,14/4 (23.12 — 22,в2) (10,3-2 + 1,4-1,8)-10 =
= 3,14/4-13,3 23,12 = 2500 кН.
Общая масса кессона
Q = 38000+ 14100 + 2880 + 6400 + 2500 = 63880 кН « 64000 кН.
479
Силу трения о наружную поверхность кессона определяем по эпюре
трения. Принимаем изменения трения грунта о стены кессона до глубины 4 м
но линейному закону, ниже—постоянным при удельном трении /=2,5 т/м2.
Приведенная высота эпюры
h„= 17,7 — 2 = 15,7 м.
Полное трение по стенам колодца
7 = 3,14-23,1-15,7-2.5 10 = 28 484 кН.
Коэффициент погружения кессона
К = 64 000/28 484 = 2,25 > 1,15.
Давление сжатого воздуха, определяемое глубиной опускания кессона
ниже уровня грунтовых вол,
S = 3,14-23,1’-16,3-10 = 68 313 кН.
Давление воздуха, отнесенное к I м ножа.
Si = 68 313/(3.14-23,1) = 941 кН/м.
Давление при форсированной посадке
За = 941/2 = 470 кН/м.
Для расчета ножа кессона найдем геометрические характеристики
(рис. 168,6): о=0.35; tga=2.2/(l,15—0,35) = 2.75; a-703; 6=ctga-
=0,5/2,75=0,18 м.
Определим действующие иа нож силы.
1. Вертикальные силы, соответствующие реакции грунта и отнесенные
к I м периметра ножа.
Прелпаритсльио найдем вместимость стакана кессона, который можно
использовать для заливки водой в качестве пригрузки:
V = 3,14-20’/4-13,5 = 4240 м3.
тогла реакция грунта
/? = (64000-’, 42400 — 68313 — 28484)/(3,14-23,1)132 кН/м;
прн форсированной посадке
/?ф = (64 000 + 42 400 — 34 165 — 28 484)/(3,14-23,1) = 603 кН/м.
Принимаем закон распределения силы таким, как показано иа рис. 168,6.
Определим ординаты прямоугольной части эпюры (yt) и треугольной
(Уз)-
yt = 132-0,35/(0,35 + 0,18/2) = 105 кН/м;
ул = 132— 105 = 27 кН/м.
Расстояние точки приложения R до наружной кромки ножа будет
1Г = (105-0,35/2 + 27 (0,35 + 2-0,18/3)1/105 - 0,29 м.
2. Горизонтальная составляющая у/, реакции на скошенную грань ножа
yh 30 кН;
здесь угол трения между грунтом и бетоном принят равным 22°.
Прн форсированной посадке
уг = 603-0,9 = 543 кН;
уа = 603 — 543 = 60 кН;
I, = (543-0,175 + 60-0,45)/603 = 0,202 м;
ул = 60-1,11 = 105 кН.
480
3. Горизонтальное давление волы н грунта снаружи кессона (рис. 168,в):
давление воды
W = (1,63 — 2,2/2) 2,2-10 = 334 кН/м;
давление грунта
£ — 20-16,3 tg» (45 — (22 + 5)/2J = 122 кН/м;
общее давление на 1 м
W4- £ = 334 + 122 = 456 кН/м.
Точка приложения силы W+E находится от верха ножа на расстоянии
I = 2,2/3 ((2-16,3 + 14,1)/(16.3 + 14,1))= 1,13 м.
4. Горизонтальное давление воздуха на нож изнутри камеры кессона
Ut = 16,3 2,2 10 = 359 кН/м;
при форсированной посадке
Ut = 0,5-359= 180 кН/м.
Определим расчетные усилия п месте заделки ножа С—С. Первое рас-
четное положение — кессон опущен до проектной отметки, нож врезался
в грунт на глубину /=0.5 м, в камере — полное давление воздуха. Имеем
(рис. 168,в):
QK= 1.65-2,5-10 = 41.2 кН/м;
эксцентриситет /=1,15/2—0.41=0,16 м;
сила трения Ти=0.5-456= 228 кН.
Тогда момент
Мс = -41,2-0,164- 132 (1,15/2 —0,202)-;-30 (2,2 —0,5/3)—
- 334-1.13 + 359-2,2/2-1- 228- 1.15/2 - 252,2 кН/м;
перерезывающая сила
Q = —334 + 30-;-359 - 55 кН;
снижающее усилие
Nc = 41,2 + 228+ 132+ 163-1,15 = 506,2 кН/м.
Второе расчетное положение — кессон погружен до проектной отметки,
грунт под ножом подобран (R—0), форсируется посадка (рис. 168, г). Ио
этой схеме определяется максимальный отрицательный момент.
При /?=0 происходит опускание кессона, и возникающая при этом сила
трении может быть принята равной сумме вертикальных сил. Масса 1 м кес-
сона
G -= (64 000 |- 42 400)/23,1 = 1470 кН/м;
Sj =470 кН/м;
Т'л = 1470 - 470 = 1000 кН/м.
Сила трения о наружную поверхность консоли
Тк -- 1000-2,2/17,17= 128 кН/м.
Тогда
М'с = -41,2-0,16 — 456-1,13+ 128-1.15/2-i- 180-1,1 = —250 кН-м;
N’c = —41,2+ 128+ 180 = 266,8 кН/м;
Q' = 180 — 456 = — 276 кН/м.
481
Рассчитаем потолочную плиту кессона. Эта плита (рис. 168.0) может
быть рассчитана обычными методамп; в данном случае, например,— как
круглая пластинка, заделанная по контуру, причем можно пренебречь момен-
том. действующим на плнту от ножа из-за его относительной малости,
а также предположить в первом приближении полную заделку плиты о сте-
нах кессона ввиду большой жесткости кольцевых стен.
Рассмотрим две расчетные схемы:
1) иа плиту действует собственная масса и масса расположенных иа ней
материалов и оборудования; давление воздуха в кессоне отсутствует;
2) иа плиту действует собственная масса плиты без временной нагрузки
и полное давление воздуха снизу.
Собственная масса плиты ?,= 1,8-25-10=450 кПа. Поверхностнан на-
грузка 9н=20 кПа. Давление воздуха CZ—163 кПа.
Первая расчетная схема
9 — 65 кПа; а — 10 м;
р = qa^i = 65-10®-3,14 = 20410 кН.
Принимая коэффициент Пуассона р=0,18, радиальный момент
Мг= р1(16я) |1 -ь р —(3-;- |А)Р«) = 20410/(16-3.14) (1 -I-
+ 0,18 — (3 + 0,18) р«1 = 479 — 1290р3.
Тангенциальный момент
Мх = pi'(i6n) [1 + р — (1 + Зр) р®) = 20 410/(16-3,14) (1 + 0,18 —
— (1 + 30,18) р®] = 479 — 625р»,
где p = rla\ 0<р< I.
Вторая расчетная схема
q = 45— 163= — 188 кПа;
Р= 118-10®-3,14 = 37 100
Мг = 37 100/(16-3.14) (1,18— 3,Ifip2) = 870 — 2340р®;
Мх = 37 100/(16-3,14) (1,18— 1,54р») = 870— 1130р®.
Из этих выражений определяют изгибающие моменты в характерных
точках плнты н подбирают арматуру в обоих направлениях. При армирова-
нии следует учитывать влияние внутренней стены, под которой возникают
дополнительные моменты.
Можно рассчитать плиту, вырезав из пес полосы шириной 1 м, н опреде-
лить изгибающие моменты обычным путем, что может, однако, привести
к некоторому излишнему запасу прочности.
При расчете кессонов применительно к водозаборным и очи-
стным сооружениям надо принимать во внимание следующее:
1) внутренняя стена рассчитывается на гидростатическое
давление, смотровое окно — как плита, опертая но трем сто-
ронам;
2) стены цилиндрической части кессона («стакана») рассчи-
тываются на давление окружающего грунта аналогично расчету
стен опускного колодца; при этом нужно учитывать влияние по-
толочной плиты в нижней зоне стеи;
3) производится расчет кессона ирн положении его иа под-
кладках и в начальный момент опускания без подкладок на глу-
бину не более 0,4... 0,5 м;
482
4) устанавливается очередность бетонирования пз условия
обеспечения достаточной массы каждой очереди для опускания
кессона на заданную глубину;
5) определяется величина пригрузки кессона на каждом
этапе погружения и способы ее регулирования.
3. Строительство заглубленных помещений способом
«стена в грунте»
ф В каких случаях применяют способ «стена в грунте»?
Этот способ возведения вертикальных стен подземных и за-
глубленных сооружений, а также противофильтрациониых за-
вес, устраиваемых в траншеях под защитой раствора (суспен-
зии) нз бентонитовых глин, удерживающих грунт от обрушения
(рнс. 169).
Способ «стена в грунте» нашел применение прн строитель-
стве водозаборов н насосных станций, противофпльтрационных
диафрагм, в гидротехнических напорных сооружениях, для за-
щиты прудов-накопителей от промышленных сточных вод, не
поддающихся очистке н загрязняющих поверхностные и подзем-
ные воды, причальных набережных и др.
Целесообразность применения способа «стена в грунте»
в сравнении с открытым котлованом и опускным колодцем
Рис. 169. Технологическая схема устройства «стена в грунте»
I — бетон; 2 — армокаркас; 3 — ограничители; 4 — траншея; 5 — форшахта
483
ТАБЛИЦА 143
Грунт Площадь сооруже- ния. м’ Глубина, м, при которой рекомендуется способ строительства
в открытом котловане опускпоА колодец «степа в грунте», более
Пески естественной влаж- 75 3.5 . . 4.5 4.5 . . 10.0 3.5
пости 450 3,5 . . 5.0 (0,0 . . 20,0 5,0
1250 5.0 . . 6.0 15.0 . . 30.0 8.0
Суглинки естественной 75 3,5 . 4,0 5.0 . . 10.0 4.0
влажности 450 4,0 . . 5,0 6,0 . . 18,0 5,0
1250 5,0 . . 6,0 12,0 . . 40,0 8.0
Пески оодонасыщепиые 75 3,0 . . 4,0 5,0 . . 10,0 4,0
450 4,0 . . 5,0 5,5 . . 10.0 5.0
1250 5,0 . . 6.0 8.0 . .40.0 8.0
Суглинки водоиасыщеи- 75 3.0 . . 4.0 6,0 . . 10.0 5.0
ные 450 4.0 . . 5.0 10,0 . .22.0 8,0
1250 5,0 . . 6.0 18.0 . . 40,0 15,0
зависит от инженерно-геологических условий строительства и
площади сооружения (табл. 143).
ф В чем преимущества способа «стена в грунте» по сравнению
с традиционными способами возведения набережных?
Достаточно известный при возведении некоторых видов со-
оружений способ «стена в грунте» является относительно новым
прн строительстве набережных (с дальнейшим проведением
дноуглубительных работ). Он имеет следующие преимущества;
конструкции сооружений рассчитывают только на эксплуа-
тационные нагрузки;
не опасны повреждения конструкций в случае принудитель-
ного погружения их элементов в грунт;
обеспечивается надежный контакт сооружений с окружаю-
щим грунтом;
возможно широкое разнообразие форм конструкций набе-
режных;
исключаются многие виды подготовительных работ (напри-
мер, устройство перемычек и ограждений);
удобство строительства на площадке, находящейся выше го-
ризонта воды.
ф Какие конструкции набережных применимы для строитель-
ства способом «стена в грунте»?
Типичными конструкциями набережных, сооружаемых спосо-
бом «стена в грунте», являются причальные сооружения типа
484
больверков, причалы из ячеистых элементов таврового, коробча-
того, арочного и сложных сечений, с верхним строением, не тре-
бующим анкеровки. На рис. 170 показана технология строитель-
ства глубоководного причала способом «стена в грунте».
ф Что следует учитывать при проектировании стен в грунте?
При проектировании стен в грунте в зависимости от гидро-
геологических условий строительной площадки необходимо учи-
тывать следующее:
прн расположении подземных сооружений в сухих и водона-
сыщенных грунтах и отсутствии водоупора глубина заделки
стены в грунт определяется статическим расчетом;
прн расположении подземного сооружения в водонасыщен-
ных грунтах и сравнительно неглубоком расположении водо-
упора глубина заделки стены определяется также статическим
расчетом, но с учетом возможности заглубления стены и водо-
упор с целью обеспечения производства работ по разработке
грунта внутри ограждения без применения водоотлива (при
этом низ стены рекомендуется заглублять в скальные грунты,
плотные глины и мергель на 0,5... 1,0 м, а в суглинки пластич-
ные— на 1,0... 1,5 м).
ф Как устраиваются стены из монолитного железобетона?
В зависимости от применяемого оборудования толщина не-
сущих монолитных стен может приниматься равной 40, 60, 80,
100 мм. Предусматривается их устройство захватками мини-
мальной длины 3... 6 м для обеспечения быстрого темпа бето-
нирования и сокращения объема глинистого раствора. Объем
захватки должен быть не более 50...60 м3 (рис. 171).
Арматурные каркасы выполняются из арматуры периодиче-
ского профиля и имеют длину на 20... 30 см меньше глубины
траншеи, ширину — на 10... 15 см меньше длины захватки, тол-
щину— на 12... 15 см меньше ширины траншеи. Расстояние
между арматурными стержнями в каркасе должно быть не
менее 150 мм. Бетонолитные трубы при длине захватки до 4 м
устанавливаются в одном проеме—в середине каркаса; при
длине захватки 4...6 м — в двух проемах. Конструкция моно-
литных стен проектируется в соответствии с принятой схемой их
устройства (рис. 172).
ф Как обеспечивается устойчивость верха траншеи?
Для обеспечения неизменности проектных размеров стен под-
земного сооружения устраивают крепление ее верхней части
(форшахты) нз монолитного или сборного железобетона
485
Рис. 170. Технология строительства глубоководного причала способом «стена
а — разработка котлована; б — укладка воротниковых нлнт; в — разработка траншеи
пых свай 4БХ46 см с металлическими продольными ребрами; д — установка арматур
ж — установка кордонных железобетонных сборных уголковых блоков и отсыпка пазух
с разработкой грунта перед причалом миогочерпаковыы снарядом / — перемычка: 2 —
с узким ковшом; 6 — дренажная траншея; 7 — бстонолитиая труба; в — металлический
о грунте»
для стенки и контрфорсов причала под глинистым раствором; г — погружение стыкован-
ных каркасов и бетонирование методом ВПТ; в — равработка траншеи перед причалом;
первой очереди; а — песчаная засыпка пазух второй очереди и обустройство причала
экскаватор Э-652; 3 — крап МГК-6.3; 1 — воротниковая плита: £ — экскаватор ЭО-2621
кондуктор; 9 — кран РДК-25: 10 — многочерпаковый снаряд
д) Разработка
е' Заполнение Разработка
Рис. 171. Схема устройства сплошных стенок
а — пересекающиеся сваи: / — скаажвна первой очереди бурения; 2 — то же, второй
очереди: б — соединяющиеся сваи; а —пересекающиеся отрезки траншей; г — соединяю-
щиеся траншеи (шов образовав опалубочными трубами); д — непрерывная трапшея с
секционным заполнением; в — то же. с непрерывным ааполненнеы
Рнс. 172. Схема армокаркаса для несущих
t — бетонные трубы; 2 — салазки; 3 — закладные детали
стен в грунте
для устройства дпшца
(рис. 173). Внутреннее расстояние между стенами форшахты
принимается на 10.. 15 см больше ширины траншеи. Одновре-
менно с разработкой траншеи обеспечивается заливка в нее
глинистого раствора в объеме, достаточном для поддержания
заданного уровня раствора в траншее.
После проходкн траншеи на длину захватки проводятся про-
верка глубины траншеи и наличия осадка иа дне, определение
параметров глинистой суспензии, очистка глинистого раствора,
приемка траншей по акту непосредственно перед заполнением.
ф Какие требования предъявляются к бетону сооружения, воз-
водимого способом «стена в грунте»?
Прн возведении сооружений из монолитного железобетона
применяется бетон марок 250... 300, из сборного железобе-
тона — только марки 300. Железобетонные днища выполняются
488
Рис. 173. Варианты кон-
струкций форшахты
а — Г-обраапая втопленная:
б — то же. незатонленная;
а — прямоугольная: г — ме-
таллическая
из бетона марок 200...250. При градиенте напора 15...20 при-
меняется бетон БГТ марки В-6, при градиенте выше 20 — марки
В-8. Проектная марка используемого бетона по морозостойко-
сти 150... 300.
Бетон, укладываемый методом ВПТ под слоем глинистой
суспензии, приготавливают из промытого песка, содержащего
до 20 % мелких частиц крупностью менее 0,3 мм, размер фрак-
ции заполнителя должен быть не более 30 мм. Время схватыва-
ния цемента— не ранее чем через 2 ч. Расход цемента на 1 м3
бетонной смеси — не менее 400 кг. Консистенция в период бе-
тонирования должна соответствовать осадке стандартного ко-
нуса 16... 18 см; подвижность бетонной смеси — около 35...
40 мин; водоцсмснтнос отношение — не более 0,6; срок схваты-
вания бетона — не ранее чем через 2 ч.
ф Какие требования предъявляются к производственным пара-
метрам глинистых суспензий?
Для приготовления глинистых суспензий применяют бенто-
нитовые и другие монтмориллонитовые глины. В некоторых слу-
чаях используют местные полимннеральные глины и сапропеля.
Для 1 м3 тиксотропного раствора из 500 кг порошка кембрий-
ской глины требуется 800 ... 850 л воды, 5... 6 кг кальциниро-
ванной соды и 65 кг бентонита. Кальциевые глины обрабаты-
вают реагентами, содержащими натрий (сода ИагСОз), что де-
лает их пригодными для приготовления глинистых суспензий.
489
Главными критериями пригодности местных глин для при-
готовления суспензий являются бентонитовое число* не ниже
7, содержание глинистых частиц не менее 30 % и число пла-
стичности более 0,2.
Характерная особенность бентонита — его тиксотропность,
т. е. свойство раствора (суспензии) загустевать в спокойном со-
стоянии при постоянной температуре и вновь переходить в жид-
кое состояние при встряхивании или перемешивании с после-
дующим обратимым восстановлением геля, причем этот процесс
может повторяться любое число раз.
Глинистый раствор, обладающий тиксотропными свойствами,
заполняет полость между наружной поверхностью колодца и
грунтом, что значительно уменьшает силы бокового трения и
в то же время гарантирует устойчивость грунтовых стенок.
Кроме того, раствор должен удерживать во взвешенном со-
стоянии частицы разрабатываемого грунта, кольматироватъ
грунт и образовывать водонепроницаемую пленку.
Состав глинистого раствора должен устанавливаться в каж-
дом отдельном случае в лаборатории в зависимости от геологи-
ческих и прочих условий строительной площадки.
Глины для тиксотропных растворов должны иметь следую-
щие физико-механические показатели:
плотность, г/см3.............................. 2.68 . . . 2,74
число пластичности, не менее ..................... 20
гранулометрический состав, %:
песчаных части I—0,05. нс более 10
глинистых частиц мельче 0,005 мм, не
менее....................................... 30 ... 40
глинистых частиц мельче 0.001 мм, не
менее......................................... 10
набухание, %, не менее .................... 15. . . 20
влажность глины на пределе раскатывания,
%, не менее .................................. 25
Для определения расхода глины с учетом ее влажности на
приготовление 1 м3 раствора пользуются табл. 144. В процессе
производства работ происходит загрязнение глинистого ра-
створа. Параметры растворов регулируются механическими и
химическими способами. Механический способ включает очи-
стку раствора от примесей и разбавление водой или свежепри-
готовленным раствором. Химический способ заключается в ве-
дении в раствор химических реагентов (табл. 145).
Качество глинистых растворов для проходки траншей обес-
печивает устойчивость стен грунтовых выработок в период их
* Бентонитовым числом называют показатель суточной стабильности гли-
нистой 4%-ной суспензии, приготовленной в 0.2%-ном растворе оксида
магния.
490
ТАБЛИЦА 144
Концен- трация раствора, % Идей- ность раствора, г/см* Требуемые количества глины, кг, с влажностью. V
воздушно- сухоП б 10 15 20
10 1,06 106/954 111/950 116/947 121/994 125/940
15 1.10 162/938 168/933 173/927 178/922 184/916
20 1.14 222/918 229/911 236/904 243/897 250/890
25 1.17 270/900 279/891 288/882 297/873 306/864
30 1.20 319/881 330/870 341/860 351/848 362/838
35 1.24 382/858 395/845 407/833 420'820 433/807
40 1,29 460/830 475/815 490/800 506/785 521/769
Примечание.
В знаменателе дроби указан объем поды, л- на I м’ растлора.
устройства и заполнения. Их показатели нс должны превышать
следующих величин:
водоотдача I см3 за 30 мин
(но прибору ВМ-6)
толщина глинистой корки .... 4 мм (по прибору ВМ-6)
условная вязкость ...............30 с (по вискозиметру
СПВ-5)
содержание песка ................4 % (по отстойнику ОМ-2)
стабильность.......................0,05 г/см:| (по цилиндру
4С-1)
суточный отстой воды ............4 % (по мерному цилиндру)
Величина показателя реакции среды (pH) должна нахо-
диться в пределах 9... 11.
Растворы из бентонитовых глин должны иметь плотность
в пределах 1,03... 1,10 г/см3, а растворы из глин других видов—
1,13... 1,25 г/см3.
При необходимости увеличения плотности раствора в него
вводят тонкомолотый барит (тяжелый шпат) или окись железа
ТАБЛИЦА 145
Цемент Количество добавки е расчете на сухое вещество. ?♦. от массы цемеитв
СДБ, ССБ СНБ Мылонафт. ГКЖ-Ю.
ГКЖ-П. ГКЖ-э<
Портландцемент: 0.15 . . 0.25 0.01 . . . 0,02 0,1 . . . 0,2
сульфатостойкий 0,1 . . 0,2 0,01 ... 0,02 0,05 . . . 0,15
пластифицированный — 0.05 . . . 0,15
гидрофобный 0.1 . . 0,2 0,01 ... 0,02
пуциолановый 0.2 . . 0.6 0,01 . . . 0,02 0,1 . . . 0,2
Шлакопортландцемент 0.2 . . 0.3 0,01 ... 0,02 0.1 . . . 0,2
491
(нс более 7 % массы глины). Показатели качестна глинистых
растворов улучшают путем добавления кальцинированной соды
СагСОз (0,4...0,5 % от массы раствора), пирофосфата натрия
Na4P2O7 и некоторых других веществ. При проходке крупногра-
велистых грунтов для снижения расхода глинистого раствора
увеличивают его вязкость введением извести или жидкого
стекла.
Количество глины, необходимой для получения 1 м3 глини-
стого раствора, определяется по формуле
Q = Yr (Yi — Тв)/(Тг — ?t).
где Q — масса глины на I м3 глинистого растпора; ?г — плотность глинистых
частиц; у< — плотность глинистого раствора; у. — плотность воды.
Для приготовления глинистых суспензий применяются рас-
творосмесители и диспергаторы (табл. 146). Технические харак-
теристики ситогидроциклонных и гпдроцнклонных установок
приведены в табл. 147.
ф Какие механизмы применяются для устройства глубоких
траншей способом «стена в грунте»?
Все средства механизации разработки траншей разделяются
на буровые, бурофрезерные, ковшовые, струговые, гидромехани-
ческие, виброгрейферные, виброщелеобразовательные. В не-
скальных грунтах при глубинах траншей до 8... 10 м наиболее
эффективны общестронтельные обратные лопаты, при глубинах
ТАБЛИЦА 146
Характеристики Глиномешалки Рэстооросмеснтслп
МГ2-УП ГКЛ-2М РМ-ЯЮ РМ-750 ФСМ-3
Пронзподнтсльность. мУч: комовая глина 4 10 ... 12
глинопорошок 6 — — — 20 ... 25
Вместимость, № 4 2 0,5 0,75 —
Число валов, шт. 2 3 — —
Частота вращения, с-1 1.57 1.67 8,5 9,7 8.5
Мощность электродви- 14 14 4.5 7—10 28
гателя. кВт Количество насосов, шт. Рабочее давление, МПа __
— — — — —
Габаритные размеры, мм: длина 3900 2450 1500 2000 1980
ширина 3015 2150 1400 1100 1410
высота 1445 1500 1300 1000 1580
Масса, кг 3565 1985 350 512 1400
492
Продолжение табл. 146
Характеристики Растворосмеснтелк Гидравлические смесители
АППТК-4 БС-2К ПГР-5М ГДМ-1 гст СП П-70
Производительность, м3/ч: комовая глина 10 ... 15 8 ... 10 15 70 40 24
глинопорошок — 12 ... 15 25 90 - - 70
Вместимость, mj — 1 ... 3 5 1 14
Число валов, шт. - — — —
Частота вращения, с-1 10.2 24,3 16,4 — — —
Мощность электроднп- 20 50 57 — — —
гателя, кВт Количество насосов, шт. Рабочее давление, МПа — — 2 2
— — — — 7,5 .. . 9.5 0,3
Габаритные размеры» мм: длина 3300 6060 4000 2800 1180 1500
ширина 1670 4100 2080 1600 3700 1815
высота 1800 2100 2350 1900 2400 2155
Масса, кг 2000 3390 4100 1120 8390 1994
до 16 м Vi широких траншеях, в основном при строительстве про-
тивофильтрационных диафрагм, — общестроитсльные и специ-
альные (драглайны) экскаваторы, а при узких траншеях —
штанговые экскаваторы; при глубинах до 25...30 м — грей-
феры. При глубинах 25...40 м в нескальных и скальных грун-
тах рекомендуется применять бурофрезерные машины типа
СВД-500Р, при глубинах 25...50 м в нескальных грунтах —
барражные машины, а при больших глубинах в наскальных
ТАБЛИЦА 147
Ситогцдроцмклоииые и гндроциклоииые установки
Наименование показателя ОГХ-8А 2СГУ 4СГУ
Количество сит, шт. Количество гцдроциклонов, шт. Диаметр гидроциклонов, мм Тип насосной установки Давление, Па Мощность, кВт Габаритные размеры, м: длинах ширинаХвысота Масса, кг: с насосами ВШН-150 с насосами ШН-150 1 200 BHM-J8X30 30 3,5 1.44Х0.85Х 1,45 295 400 1 2 250 ВШН-150 30 30,8 2,4X1,7X2,47 2250 2550 2 4 250 ШН-150 30 61,6 4,25X2,4X3,4 4420 550
493
грунтах и прн любых глубинах в скальных грунтах — буровые
станки.
Буровые станки используют для: бурения одиночных сква-
жин при устройстве свай первой очереди на требуемом расстоя-
нии и последующего бурения скважин второй очереди между
сваями первой очереди с целью получения сплошной стенки из
секущихся свай; последовательного бурения (пионерным спосо-
бом) секущихся скважин для устройства в них отдельных свай
одна за другой; бурения коротких траншей, составленных из се-
кущихся скважин, каждая из которых пробурена на всю глу-
бину для устройства секций стены; в случае, когда необходимо
построить «стсиу в грунте» в стесненных условиях в непосред-
ственной близости или ниже подошвы фундаментов зданий и
сооружений, расположенных рядом; при наличии на трассе
траншеи скальных пород или прослоек, нс поддающихся разра-
ботке ковшовыми машинами.
При проходке траншеи бурофрезерным способом грунт раз-
рабатывается путем непрерывного снятия стружки фрезерова-
нием вертикальных и наклонных или горизонтальных забоен.
Для этого применяются машины типа СВД и УБС (табл. 148),
барражные машины типа БМ, гидромеханизированный траншее-
копатель типа ГТ.
ТАБЛИЦА 148
Техническая характеристик? Бурофрезерные машины
СВД-5М <5 i Е ti ( УБС-1 £ ©1 о Ю in о Ш БМ-10/05- 1М I £ ©I
Габарит тран- шеи, м:
ширина 0.5 .. . 0,6 0,5 . . .0.7 0.55 . . . 0.75 0.2 0,5 0,5
глубина До 25 До 40 До 24 До 50 До 10 24
Электробур, шт. 1 4.2 1 2 — — —
Частота вра- щения бурового инструмента, с-1 4,2 4,2 1.1
Производитель- ность эрлиф- та, м3/ч 400 .. . 500 600 300 .. . 450 —— —•
Потребляемая мощность, кВт 94 1'0 — 170 140 —
Масса агрега- та, т 35 4! 47 72 20 21,5
Число обслу- живающего персонала, чел. 4—5 -5 4 4 4
494
Для разработки в грунтах I—IV категорий траншей глуби-
ной до 7... 10 м применяют обратные лопаты, в тех же грунтах
прн глубинах до 16 м и шириной 1 м и более — драглайны, спе-
циализированные траншейные грейферы и штанговые экска-
ваторы.
ф В чем особенность технологии устройства стен путем мон-
тажа панелей в твердеющем растворе?
Заполнение пазух между стеновыми панелями и бортом тран-
шеи связано с техническими сложностями: с одной стороны, воз-
никает опасность повреждения глинистой корки, образованной
на бортах траншеи, с другой — требуется тщательное заполне-
ние узкого узора твердеющим водонепроницаемым материалом.
Поэтому по технологии предусматривается использование од-
ного и того же твердеющего раствора как для удержания бор-
тов траншеи от обрушения, так и для закрепления в ней стено-
вых панелей. Применяют раствор, который набирает прочность
не слишком быстро, водонепроницаем и обладает малой дсфор-
матнвностью.
При разработке траншеи может быть использован твердею-
щий раствор следующих составов (на 1 м3):
I состав II состав
Цемент, кг .................... 100 80
Зола, кг........................... 157 352
Бентонитовый порошок, кг 350 175
Песок, кг........................... — 680
Вода, л............................ 800 600
Меляса, кг ........................ 1,8 5,0
СДБ, л.............................. 2 10
Прочность на сжатие рассматриваемых составов раствора
на 7-е сутки равна 0,2 МПа, на 28-е сутки — соответственно 3 и
2,2 МПа, начало схватывания — через 72 ч, конец — через 136
н 120 ч. Раствор практически не расслаивается. Водоотделенпе
через 24 ч составляет 2,6 %.
Сущность технологии производства работ заключается в раз-
работке участка — захватки траншеи длиной 6...8 м, в которой
монтируется 2... 3 панели. Длина захватки принимается на
200...300 мм больше, чем длина стенки. Траншея отрывается
под защитой твердеющего раствора. Вытесняемый раствор от-
водится в приямок, отрытый на смежной захватке. По бокам
последнего сборного элемента монтируются ограничители, после
чего начинается разработка смежной захватки до момента схва-
тывания раствора. Сборные стеновые панели при монтаже под-
вешивают на бетонное обрамление траншеи или опирают на
495
Рис. 174. Технология устройства стен в грунте из сборных панелей
а — разработка траншей; б —замена растпора; в — установка панелей; / — панель; 2,
5 — соответственно легкий н тяжелый растворы; 3, 4 — уровни, соответственного. лег-
кого и тяжелого растооров
ее дно. Сторона панели, обращенная внутрь возводимого со-
оружения, защищается пленкой или обмазкой, .исключающей
схватывание с ней твердеющего растпора (рис. 174).
ф Как заделываются стыки между сборными элементами?
Единственной возможностью гарантированной равнопрочной
заделки стыка является обеспечение непосредственно доступа
Рис. 175. Стыки открытого типа
а —нерабочий; б —рабочий; в —рабочий типа <ласточкнн хвост»: / — цементный рас-
твор; 2 — стальные вакладкн: 3 — рабочая арматура; 4 — торкрет-бетон
496
Рнс. 176. Сборные стены в грунте конструкции треста Гидроспсцфунламснт-
строй и ГПИ Фуцдамснтпроект
/ — панель; 2 — уголки для подлески паиелеЛ к Форшихте: 3 — подлеска; 4 — напран-
ляющий двутавр; S—двутавры; 6 — закладные детали; 7 — опорный столик; в —уголки;
9 — арматурные стержни
к стыку в процессе его заделки, что возможно в период разра-
ботки грунта изнутри сооружения.
По мере обнажения стыков между панелями нх заделывают
поярусно. Перед заделкой полость стыков очищают от мате-
а)
Рис. 177. Стены в грунте нз сборных элементов с жестким стыком смежных
панелей (конструкции ВНИИ ГС)
о. б — I и II варианты; 1 — замой из уголков; 2— устройство для монтажа панелей;
3 — мстпллнческпй лист, припариваемый к граням панели после пыемки грунта
497
риала забутовки, протирают стальными щетками п проминают
водой из шланга под напором.
Открытые стыки заделывают пнсвмонабрызгом бетонной
смеси или цементно-песчаного раствора. Замоноличивание в пре-
делах каждого яруса высотой 2...3 м выполняют снизу вверх
по всему сечению стыка или послойно (рис. 175).
В комплект механизмов для заделки стыков входят: бетон-
шприц-машппа СБ-67, С-630А или БМ-60 со скиповым подъем-
ником, компрессоры ДК-9 или КС-9, емкость для воды вмести-
мостью 2... 2,5 м3 и набор шлангов.
Конструкции стыков между сборными элементами могут
быть рабочими и нерабочими. В рабочих стыках рабочая арма-
тура стыкуемых панелей соединяется равнопрочно, для чего стык
выполняется открытым клинообразным (рис. 176, 177). Рабо-
чая арматура наружной и внутренней сеток соединяется с поло-
совой накладкой, а закладные части двух смежных панелей
стыкуются между собой накладками (рис. 178).
ф Как устраиваются стены, из сборного железобетона?
Стены из сборного железобетона рекомендуется проектиро-
вать заанкеренными. Толщина стен принимается 15...30 см при
глубине до 10... 12 м. Сборные стены устраиваются из плоских,
многопустотных и ребристых панелей, имеющих максимально
возможные размеры по ширине 100...350 см и длину до 12 м.
ф Как рассчитываются конструкции, возводимые способом
«стена в грунте»?
Расчеты производятся на расчетные нагрузки, учитывающие
возможное отклонение их величины в неблагоприятную сторону
от нормативных значений. Стены круглых в плане сооружений,
имеющие вертикальные стыки, рассчитываются по методике, из-
ложенной при расчете опускного колодца; стены линейных со-
оружений — графическим методом «упругой линии».
При расчете заанкерованиых стенок целесообразно учиты-
вать сцепление грунта, а также силы трения между стенкой и
грунтом. Анкеры в грунте, применяемые в качестве анкерующих
конструкций стен, рассчитываются методами, указанными выше.
Для проведения расчетов устанавливаются расчетные схемы
сооружения на строительный и эксплуатационный периоды в со-
ответствии с заданной технологией строительства и условиями
эксплуатации (рис. 179).
При проектировании стон производится расчет устойчивости
стенок траншеи с учетом гидрологических условий строитель-
ной площадки. Устойчивость стенок может быть обеспечена за
счет повышения плотности глинистой суспензии и грунтовых
вод, а также при уменьшении длины захватки.
498
Рнс. 178. Схема крепления панелей
(а) и заделки угловых стыков (б)
1 — арматурный каркас; 2 — БТГ В-6 (бе-
той гидротехнический мелкой фракции):
3 — торкрет, Л—2Б мм; 4 — траншея; б —
деревянные вкладыши-распорки; 6 —
смонтированные панели; 7 — форшахта;
в — выпуски арматуры; 9 — внутренняя
форшахта; 10— внутренняя пазуха тран-
шеи; // — подстилающий слой нз щебня:
12, /3 —наружные части пазухи и фор-
шахты
Рис. 179. Расчетные схемы
а —для определения бокового давления
на стенку; 6 — консольной стены; в —
стенки с опорами в строительный период
(первый этап); а —то же. с одним анке-
ром (второй этап): д — то же. с двумя
анкерами (третий этап): I — эпюры на-
чального бокового давления: 2 — давление
поды па стенку; 3 —давление грунта пнжс
котлована; 4 — давление тиксотропного
растпора выше уровня бетона
17
Устойчивость стенок траншеи обеспечивается, если будет вы-
полнено условие Pr^Paz+Pn, где рг, paz, Ра — соответственно
давления глинистой суспензии, грунта и грунтовых вод.
Давление глинистой суспензии и грунтовых вод определяется
по формулам
Рг = Уг (г—Лг):
Г₽в = Тв (г — Лв),
где уг. У« — плотности глинистой суспензии и поды; Лг, hB — расстоянии от
поверхности грунта соответственно до уровня глинистой суспензии и до грун-
товой води; z — глубина от поверхности грунта.
4. Ремонтно-восстановительные работы
на гидротехнических сооружениях
ф Какие работы производятся при текущем и капитальном
ремонте гидротехнических сооружений?
При текущем ремонте сооружений производятся: ликвида-
ция начальных деформаций сооружений, устранение незначи-
тельных повреждений и дефектов, не влекущих за собой сни-
жения основных эксплуатационных характеристик сооружений,
и различные профилактические мероприятия, проводимые в про-
цессе эксплуатации. Текущий ремонт осуществляется ежегодно.
Техническая документация для текущих ремонтов — наряд-
заказ, расценочная ведомость дефектов и архивные чертежи
ремонтируемой конструкции.
Капитальный ремонт отличается от текущего технической
сложностью, большими объемами ремонтных работ, выполнение
которых связано с выводом сооружения из эксплуатации на
длительный период. Во время капитального ремонта выполня-
ются сложные ремонтные работы, устраняются крупные дефекты
в несущих конструкциях и устройствах, псе изношенные кон-
структивные элементы сооружений восстанавливаются до на-
чальной несущей способности. В результате капитального ре-
монта ликвидируется физический, а при модернизации — н мо-
ральный износ сооружения.
Сроки службы и периодичность капитального ремонта гид-
ротехнических сооружений приведены в табл. 149.
ф Как производится разборка ограждений из металлического
шпунта?
Шпунтовые ограждения обычно разбирают с помощью свае-
вытаскивателей, свайных молотов двойного действия, вибропо-
гружателей, подвешенных на сухопутные краны-копры или пла-
вучие краны-копры. Когда невозможно применить свасвыдср-
500
ТАБЛИЦА 149
Типы сооружения Срок службы сооружения по норме. лет Периодич- ность капитального ремонта, лет
Морские гидротехнические сооружения
Причальные Из массивовой кладки и массивов-гигантов 90. . 60 35. - 20
Из деревянных ряжей с бетонным верхним строе- нием 50 15
Больверкн нз. металлического шпунта 70.. 30 35. . . 15
Железобетонные свайные эстакады, больверки и пирсы Деревянные свайные набережные: 60. .. 40 25 .. . 18
с железобетонным и бетонным верхним строе- нием с верхним строением из ряжен 60. .. 50 45 25. . . 18 18
Деревянные свайные эстакады Оградительные Из массивовой нладки 60 . . . 90 45 25... 30 18
Из массивовой наброски 120.. . 100 40. .. 25
Из массивов-гигантов 90. .. 75 35. .. 75
Из ряжен Свайные деревинные с каменным ндром 70. . . 65 50 25.. . 20 18
Берегоукрепительные
Из массивов Из заанкеровапного шпунта 80 . . . 50 65 30. . . 15 20
Откосного типа с креплением камнем и железобе- тонными плитами 60. .. 40 18. . 15
Речные гидротехнические сооружения
Причальные Набережные-эстакады 60 20
Гравитационные набережные 65 20
Стенки:
из заанкеровапного шпунта 45 20
из металлического шпунта 45 20
Деревянные ряжевые стенки 30 7
Деревянные эстакады 35 8
Откосные набережные с покрытием откосов желе- 50 15
зобетонными. бетонными плитами н каменными по-
крытиями Огради г е л > н ы е
Земляные волноломы и молы с покрытием откосов: бетонным, железобетонным и каменным креп- 45 15
лением
хворостяными креплениями 30 6
Берегоукрепительные
Из бетона, железобетона и камня 45 15
С хворостяными покрытиями 30 6
шпатели, производят электро кислородную резку шпунтовых
ограждений.
Резка в вертикальном положении особых трудностей не вы-
зывает. В горизонтальном же положении сложность представ-
ляет резка шпунтпн в замках, так как последние забиты илом,
песком, в них образуется ржавчина и эти места нс поддаются
расчистке перед резкой. Поэтому при подходе к замку следует
увеличить подачу кислорода. Резка шпунтовых ограждений до-
пустима только при застроплеииых элементах и навитом иа ле-
бедку канате.
Разборку шпунтовых ограждений, заполненных грунтом (на-
пример, ограждений островков для опускания колодцев), вы-
полняют путем вырезки карт, состоящих из 8... 9 шпуитин. При
извлечении карты грунт, находящийся за шпунтом, высыпается,
засыпая шпунтовые стенки с наружной стороны (рис. 180, а).
Для того чтобы избежать операции по размыву грунта при даль-
нейшей резке, сначала выполняют горизонтальный роз 16... 18
шпунтин, после этого вертикальным резом отделяют карту, со-
стоящую нз 8... 9 шпунтнн (во избежание опрокидывания под-
резанного ограждения остальные шпунтипы предварительно за-
крепляют). В результате грунт, высыпающийся при извлече-
нии карты, закрывает ранее выполненный горизонтальный рез
(рис. 180, б), ие мешая непрерывному процессу резки шпунта.
Грунт удаляют грейферным краном.
ф Почему разрушаются строительные конструкции под во-
дой?
Причин разрушения гидротехнических сооружений много.
К ним следует отнести: коррозию, повреждения судами, льдом,
истирание наносами, отсутствие должной технической эксплуа-
тации сооружения и повседневного инженерного надзора, при-
сутствие в воде живых организмов, приводящих к повреждению
деревянных конструкций, несоответствие натуре принятых гео-
логических н гидрометеорологических условий, что часто при-
водит сооружения к осадкам, сдвигам и вследствие этого к час-
тичному разрушению всего сооружения или отдельных его эле-
ментов.
ф Как заделываются под водой разрушенные места гидротех-
нических сооружений?
Сначала в каменных кладках или в бетонных массивах не-
обходимо удалить разрушенный материал отбойными молотками
до плотного крепкого слоя, затем данные места промыть мощ-
ной гидромониторной струей воды. Для установки арматурного
каркаса, а также щитов опалубки следует просверлить отвер-
502
Рис. 180. Резка шпунтовых ограждений картами
л —с реэом на ширину извлекаемой карты: б— то же. на ширину двух н более карт;
/—шпунтовое ограждение; 2 —линии реза; 5 — карты
стия для заделки штырей или болтов. Опалубка должка быть
выполнена качественно, щели тщательно проконопачены так,
чтобы уложенный подводным методом бетон нс вымывался. Для
повышения качества работ при ремонте под водой мелких ка-
верн их целесообразно объединять.
ф Какие работы необходимо выполнить при сильном повреж-
дении гидротехнического сооружения, выполненного из бетон-
ных массивов?
Необходимо очистить от наносов и загрязнений поврежден-
ные места, выполнить выравнивание каменной постели
(рис. 181), установить опалубку п уложить бетон подводным
методом.
Для восстановления стенки из бетонных массивов следует
выполнить работы по исправлению каменной постели, заделать
разрушенную стенку методом подводного бетонирования, а об-
разовавшиеся просветы между массивами следует заложить
мешками с бетоном. Для производства ремонтных работ необ-
ходимо применять бетон марки не ниже 30 МПа (300 кгс/см2).
Рис. 181. Восстановление стенки
нз бетонных массивов
I — граница разрушения: 2 — бетон;
3 — опалубка; 4 — восстановленная
каменная постель
503
ф Как производятся ремонтно-восстановительные работы гид-
ротехнического сооружения с помощью затвора-присоса?
Затвор-присос имеет вид коробки, открытой в передней части
и сверху (рис. 182), днище и три ее стороны водонепрони-
цаемы.
Металлический каркас присоса образован из уголковой
стали и покрыт листовой сталью толщиной 3 мм. Присосная
часть состоит из обрамляющего по контуру швеллера № 18—
20 и заделанного в него уплотняющего деревянного бруса с ре-
зиновой прокладкой.
По всей длине наружной стенки присоса укреплены трубы
диаметром 1000... 700 мм, при наполнении которых водой при-
сос погружается в воду. При опорожнении труб присос всплы-
вает. Таким образом, он обладает плавучестью и легко транс-
портируется. Наполнение н опорожнение балластных труб мо-
жет производиться самотеком или насосами. Установка присоса
в рабочее положение и фиксация его во время производства ра-
бот осуществляется кранами или лебедками. Для снятия его
с забетонированной плиты, передвижки на новое место и уста-
новки применяются также краны или лебедки. После установки
Рнс. 182 Затвор-присос
а — вид со стороны водохра-
нилища; б — разрез; в — расчет-
ная схема; / — металлические
трубы диаметром 700 мм; 2 —
соединительные патрубки; 3 —
металлические уголки; 4 — пат-
рубки для наполнения труб во-
доЛ: 5 — патрубки для спуска
воздуха; б —хомуты; 7 — при-
ямок для стока воды; 8 — забе-
тонированная плита
504
присоса на место вода откачивается насосами производитель-
ностью 500...1000 м3/ч.
Во время откачки воды и>з полости присоса производится
заделка (конопачение) мест и свищей в плоскости соприкос-
новения бруса уплотнителя с бетонной стенкой. Места интен-
сивной фильтрации заделываются паклей, а также деревянными
клиньями. Эти операции осуществляют водолазы.
Основная трудность при производстве работ с помощью за-
твора-присоса заключается в том, чтобы обеспечить плотное
примыкание его к поверхности наклонной грани стенки. Незна-
чительное количество воды, проникающей за стенку затвора-
присоса, собирается в специальном приямке, откуда сс откачи-
вают постоянно действующим насосом производительностью
120 м3/ч.
Для производства работ по бетонированию экрана стенки
с уступом требуется применение второго затвора-присоса, кото-
рый отличается от первого наличием выступа в нижней части
грани, равного уложенному слою бетона примыкающей стенки.
Второй затвор-присос предназначается для перекрытия двух
забетонированных карт.
Использование затворов-присосов показывает, что этот спо-
соб является весьма эффективным и может быть широко при-
менен при ремонте и восстановлении гидротехнических соору-
жений.
Расчет затвора-присоса помещен в 1-м издании справоч-
ника. Размеры затвора, его длина, высота и ширина устанав-
ливаются в зависимости от характера ремонтных работ и пло-
щади подводной части сооружения, подлежащей восстановле-
нию. Как показывает опыт, число труб принимают таким, чтобы
подъемная сила была в 1,5—2 раза больше общей массы
ящика.
ф Как восстановить разрушенную железобетонную сваю?
Поврежденные места оголить, очистить, арматуру выпра-
вить, установить опалубку для подводного бетонирования. При
разрушении верхней части сваю следует нарастить с установ-
кой дополнительных арматурных стержней (прикрепить их
к сохранившейся арматуре с помощью металлической прово-
локи или специальных хомутов) и последующей постановкой
опалубки для выполнения подводного бетонирования.
ф Как восстановить разрушение в верхней части деревянной
сваи?
Верхнюю часть деревянной сваи восстанавливают нара-
щиванием, которое может быть выполнено: вполдерева при
505
помощи накладок или бугелей; в кожухе нз металлической
трубы с болтовыми креплениями в разных плоскостях с поста-
новкой на каждом конце сваи не менее двух болтов по высоте
на расстоянии, равном (3...4)D. Верхнюю часть разрушенной
сваи можно восстановить и путем постановки бетонной или ме-
таллической трубы.
ф Как восстановить поврежденную стенку из металлического
шпунта?
Изогнутую поврежденную стенку из металлического шпунта
исправляют отдельными участками путем натяжения, придавая
ей первоначальное положение. Натяжение следует производить
равномерно по всей длине деформированного участка, пред-
варительно установив на поврежденный участок съемную ме-
таллическую раму. Можно вырезать часть разрушенных шпуи-
тип и наложить металлический пластырь путем подводной элек-
тросварки или па болтах. Иногда для исправления забивают
дополнительно металлические шпунтииы.
ф Как исправить или восстановить подмытую мостовую опору?
При подмыве мостовой опоры надо размытый участок за-
полнить каменной кладкой, уложить тюфяки из железобетон-
ных плит и габионов, мешки с бетоном и т. д.
ф Как исправить погнутую металлическую сваю?
Погнутую стальную трубчатую сваю следует выпрямить и
усилить путем постановки стальных накладок или устройства
железобетонного бандажа.
ф Как восстановить разрушенные откосы берегоукрепления?
При разрушении откоса, укрепленного железобетонными
плитами, в результате выноса грунта через швы в основании,
следует поднять плиту, заново выполнить обратный фильтр с ус-
тройством нижнего каменного или бетонного упора (зуба) п
уложить плиту на место. При разрушении монолитного асфаль-
тобетонного покрытия требуется восстановление проектного про-
филя откоса путем отсыпки и ровнеиия каменной наброски с по-
следующим покрытием разрушенных участков асфальтобетоном.
ф Как устранить фильтрацию в каменных и бетонных гидро-
технических сооружениях?
Наиболее эффективные способы устранения фильтрации
в гидротехнических сооружениях — цементация и силикатизация.
506
Минимальная ширина трещин, поддающихся заделке посред-
ством цементации, составляет 0,2...0,3 мм. Трещины меньших
размеров лучше всего заделываются путем силикатизации.
Комбинированный способ инъекционного ремонта применя-
ется для заделки в массиве бетона как крупных, так и мелких
нор и трещин. При этом вначале цементируют крупные тре-
щины, а затем в массив через вновь пробуренные скважины на-
гнетают силикатизирующий раствор.
Для проведения силикатизации необходимы две нагнетатель-
ные установки, из которых одна предназначена для нагнетания
жидкого стекла, другая — хлористого кальция. Каждая из этих
установок состоит из поршневого насоса, манометра, пневмати-
ческого шланга длиной 5... 6 м, ведра и ареометра.
Выпускаемое промышленностью жидкое стекло имеет плот-
ность 1,45... 1,50 г/см3. Для приготовления раствора его раз-
бавляют водой (летом — холодной, зимой — горячей). Хлорис-
тый кальций поступает на объекты в жидком или кристалличе-
ском виде и его растворяют водой. Плотность жидкого стекла,
используемого для силикатизации, должна быть 1,33... 1,36,
а раствора хлористого кальция— 1,21... 1,28 г/см3. Сначала на-
гнетают жидкое стекло с начальным давлением от 4 до 40...
50 МПа, которое заполняет все поры. Затем под давлением, при
котором заканчивается нагнетание жидкого стекла, подают рас-
твор хлористого кальция. В результате химической реакции про-
исходит отверждение.
Цементация осуществляется путем нагнетания в тело соору-
жения цементного теста. Для этого необходимо иметь: раство-
ронасос производительностью до 1 м3/ч; механическую смеси-
тельную установку вместимостью 0,5... 1 м3; инъекторы пли от-
резки газовой трубы диаметром 19 мм, длиной 25...40 см,
с резьбой на одном конце для присоединения нагнетательного
шланга; резиновый шланг (пневматический) диаметром 19 мм,
длиной, определяемой непосредственно на месте работ, ио не
более 20 м (расстояние от скважины до насоса не должно
превышать 20 м); резиновый всасывающий шланг диаметром,
равным наружному диаметру штуцера насоса; манометр; ме-
таллическое сито с отверстиями 2X2 мм для просеивания
цемента; перфоратор. При устройстве буровых скважин для це-
ментации и силикатизации грунта рекомендуется применять бу-
рильные молотки, технические характеристики которых приве-
дены в табл. 150 с шестигранными штангами диаметром 19,
25 мм.
Цементацию рекомендуется производить в первую очередь на
участках значительной фильтрации. Очередность устанавлива-
ется прн предварительном обследовании всех участков. В ме-
стах наиболее выраженной фильтрации бурят скважины глуби-
ной 20... 35 см при толщине стены 50... 75 см и глубиной
507
ТАБЛИЦА 150
Показатели Тил молотка
РПМ-17Л ПР-1ЯЛ быстро- ударный ОМ-506Л ПА-23
.Масса, кг 17,5 18 29 23
Давление сжатого возду- ха, МПа 0.5 0.5 0.5 0,5
Число ударов поршня в минуту 1700 2500 1700 1865
Жи вая сила удара поршня, Дж Расход воздуха прн 0,5 МПа. м3/кпн 25 40 40 35
2.0 2,5 2,4 2.5
Диаметр воздушного шланга, мм 16 25 19 19
Размер хвостового бура, мм 22X82 22X82 25Х 108 25X108
50... 60 см при толщине степы 1 м и более. Скважины распо-
лагают по возможности в нижней части фильтрующего участка.
Таким образом снижают напор фильтрующей воды в верхней
части участка и дают возможность наложить на стену цемент-
ную штукатурку. Чтобы ускорить схватывание раствора, к воде
добавляют 20 % жидкого стекла (от объема воды).
На участках, где напор фильтрующей воды снизить пробу-
риванием скважин ие удается, прибегают к заделке раковин и
трещин. Уплотнительный материал в бетоне закрепляют плос-
кими клиньями или колышками. После этого нагнетательную
трубку вставляют в скважину концом, плотно обернутым пак-
лей на всю длину защемления ее в скважине, и закрепляют
специальными деревянными клиньями, также обернутыми пак-
лей. Трубку не доводят до конца скважины на 5... 10 см
(рис. 183). После установки каждую из трубок в отдельности
подключают к насосу и испытывают давлением воды. Так про-
веряют качество их установки и выявляют новые фильтрующие
точки; последние временно тампонируют деревянными клиньями
с паклей. В отдаленных точках дополнительно устанавливают
трубки.
Для ликвидации фильтрации при цементации рекомендуется
применять инъектор (рис. 184). Он состоит из нагнетатель-
ной трубки с внутренним диаметром 19...25 мм; заершенного
штуцера для насадки нагнетательного резинового шланга; на-
кидной гайки; гайки, прижимающей упор из трубы, упираю-
щейся в металлические шайбы, между которыми расположен
эластичный резиновый манжет. Собранный инъектор вставля-
508
Рис. 183. Устранение фильтрации бетонных стен сооружения
л -- закрепление трубки в скважине: б — установка опалубки: в — бурение скважины;
I—трубка 0 10 мм; 2— деревянные клинья; 3 — пакля; 4— бетон; 5 — опалубка: 6 —
рубероид нлн листовая резина; 7 — шов; в — растпор; 9 — шиплька для креплении
опалубки
стся в скважину на две трети длины от выступа нагнетательной
трубки до гайки, с помощью которой уплотняется резиновый
манжет. Внешний обвод манжета создает плотную, водонепро-
ницаемую завесу в скважине.
В тех случаях, когда поврежденные участки сильно фильт-
руют и не могут быть заштукатурены, устраивают плотную опа-
лубку (из досок толщиной 40...50 мм в два щита с прокладкой
рубероида пли листовой резины) площадью, в 1,5...2 раза
большей площади раковины. Перед установкой опалубки на се
внутреннюю поверхность настилают ровный слой строительного
войлока. После закрепления щита его уплотняют паклей.
Трубку для нагнетания смеси заделывают в опалубку заранее.
Для цементации применяют портландцемент марки не ниже
300, допускается использование сульфатостойкого цемента и
Рис. 184. Ииъектор для цементации
/ — нагнетательная трубка 0 19.. .26 мм; 2 — штуцер; 3 — накидная гяПка; 4— гаЛка:
5 — упор для трубы; t — металлическая шайба: 7 — резиновая элпстпчиая манжета:
в — резиновый шланг от растворонасоса
509
шлакопортландцсмента, а также тампонажного портландце-
мента. Для ускорения схватывания цементных растворов приме-
няются жидкое стекло и хлористый кальций. Для повышения
подвижности густых цементных и цементно-песчаных растворов
рекомендуются следующие добавки: сульфатно-спиртовая бар-
да (ССБ)—0,1 до 0,25 % от массы цемента; хлористый каль-
ций— от 0,5 до 3 %. Консистенцию смеси принимают обычно от
I : 12 до 1:1; ее следует подбирать по массе (цемент—вода),
причем наиболее желательно принимать на основе испытания
бетона на удельное водопоглощение или после опытных нагне-
таний. В зависимости от толщины стен колодца или сооружения
определяется безопасная предельная величина давления нагне-
тания, повышающаяся постепенно от начальной до предельной
(расчетной), превышать которую не разрешается.
С целью контроля за давлением в трубке для нагнетания
устанавливаются манометры н кран. Во избежание утечки це-
ментного теста все трещины, щелн н канерны с наружной сто-
роны должны быть заделаны цементным тестом, затворенным
на жидком стекле, что обеспечивает его схватывание за 3...
5 мин.
Процесс нагнетания считается законченным, когда при за-
данном расчетном давлении скважина перестанет поглощать це-
ментное молоко пли тесто; тогда перекрывают кран у трубки,
чтобы схватывание цемента внутри бетона происходило под дав-
лением.
Качество цементации проверяется испытанием бетона на
удельное водопоглощение контрольных скважин, которые бу-
рятся в промежутках между зацементированными скважинами.
Если при проверке оказывается, что удельное водопоглощение *
9 = 0,5 л/мин, цементацию можно считать законченной. Прн
удельном водопоглощении более 0,5 л/мин используют смесь
состава 1 :4... 1 :5, а при фильтрации меисе 0,5 л/мии — соста-
ва 1:8... 1 : 10. При q= 1...3 л/мин используют смесь состава
1 : 2... 1: 1 с добавкой хлористого кальция (5... 7 % по массе
кристаллического кальция к массе сухого цемента). При нали-
чии воды в колодце цементное молоко или тесто нагнетают под
давлением, превышающим гидростатическое на 0,05...
0,25 МПа с учетом массы столба смеси в шланге от нагнета-
тельной трубки до штуцера насоса.
В процессе нагнетания необходимо следить за нормальным
поступлением смеси. При засорении шлангов цементация нару-
шается, а в шлангах образуется цементный камень. Поэтому
* Удельное водопоглощение выражается количеством воды, поглощенной
1 м скважины за 1 мнн. н определяется по формуле <?=Q/(HL), где Q —
полное фактическое водопоглощение, л/мнн; L — глубина скважины при ис-
пытании, м; Н — давление, мм вод. ст.
510
ежедневно по окончании цементации оборудование и шланги
надо тщательно промывать водой.
ф Как повысить водонепроницаемость бетона гидротехнических
сооружений?
Основными видами разрушающего действия воды на бетон
являются:
растворение свободной извести, содержащейся в затвер-
девшем цементном растворе;
воздействие агрессивных веществ, растворенных в
воде;
образование новых химических соединений, нс растворимых
в воде, связанное со значительным увеличением объема (при
воздействии сульфатов н извести), что может вызвать разру-
шение цементного камня;
замерзание воды в порах бетона, сопровождающееся повы-
шением ее объема на 9 %.
Известны случаи разрушения бетона в пресной воде и, на-
оборот, длительной сохранности в агрессивных водах. Решаю-
щим фактором при этом япляется большая или меньшая плот-
ность бетона.
Рассматривая указанные виды разрушающего действия
воды, необходимо в случаях «б» и «в» выбирать цемент, наибо-
лее соответствующий данным условиям; в случае «б», кроме
того, нужно предусмотреть гидроизоляцию, защищающую по-
верхность бетона от воздействия агрессивной среды, и во всех
вариантах применять бетоны повышенной плотности.
Для защиты бетона от непосредственного воздействия воды
служат следующие мероприятия:
нанесение 10-миллиметрового слоя торкрета. Рекомендуется
покрывать поверхность бетона двумя слоями, так как усадоч-
ные трещины, образовавшиеся в первом слое, будут запол-
няться торкретом нз второго слоя (возникновение трещин ис-
ключается уже при толщине намета 3..4 мм); рекомендуется
для приготовления торкрета применять ВРЦ;
укладка бетонной смеси в железобетонную оболочку, изго-
товленную в заводских условиях; стыки между плитами-обо-
лочками (или блоками) можно сделать непроницаемыми
для воды, уложив в них бетонную смесь путем вакууми-
рования;
прогрев поверхности схватившегося бетона, в результате ко-
торого содержащаяся в капиллярах вода частично испарится,
а частично переместится от нагретой поверхности в сторону
непрогрстого бетона. На прогретую поверхность наносят жид-
кий стирол, который легко проникает в капилляры бетона, где
5П
при температуре 60...80°C полимеризуется и превращается
в твердую смолу, благодаря чему бетон становится совершенно
водонепроницаемым.
Для достижения высокой плотности бетона на портландце-
менте необходимо:
принять наименьшее водоцементное отношение (В/Ц), до-
пускаемое по местным условиям укладки смеси. Связанный
с этим повышенный расход цемента (раствора) следует рас-
сматривать как одно из условий получения долговечной кон-
струкции;
весьма тщательно подобрать заполнители по фракциям, так
как правильное составление раствора (цемент и фракциониро-
ванные пески) обеспечивает не только большую плотность бе-
тона, но и снижает расход цемента;
ввести в смесь добавки в виде порошка или эмульсии (рас-
твора); добавки уменьшают пористость цементного камня и
в то же время являются пластификаторами, позволяющими сни-
зить В/Ц и повысить прочность бетона нс менее чем на 20...
30%;
приготовить наиболее равномерную смесь, пользуясь прибо-
рами принудительного перемешивания;
укладывать бетонную смесь в сооружение при вибрировании.
Из добавок, вводимых в смесь, хорошо зарекомендовали
себя следующие:
церезит (церолит, гндрозит и др.), который своими мельчай-
шими частицами заполняет поры цементного камня н придает
ему водонепроницаемость;
алюминат натрия, повышающий морозостойкость и водоне-
проницаемость бетона. Цементно-песчаный раствор состава 1:2
(по массе), затворенный с добавлением 3% алюмината натрия
(по массе от воды затворения), через 1...3 дня становится не-
проницаемым для воды при давлении до 0,08 МПа, однако
прочность его понижается не менее чем на 25 %;
гидроокись железа совместно с гидратом окиси кальция, ко-
торые при твердении цементного раствора заполняют в бе-
тоне микропоры и капилляры, что препятствует прониканию
воды даже при значительном давлении. Эта добавка не ока-
зывает отрицательного действия на физико-механические
свойства портландцемента, но на бетоны на глиноземистом
цементе или пуццолановом портландцементе влияет отрица-
тельно;
фуриловый спирт, вводимый в бетонную смесь в количестве
2... 6 % от массы цемента;
абиетиновая смола (абиетат натрия), растворенная водным
раствором едкого натрия (омыленная), придает бетону наиболь-
шую водонепроницаемость при добавке 0,02 % ее от массы це-
мента.
512
Во всех случаях для применения тех или иных добавок
в смесн бетона нужно получить предварительное заключение
лаборатории.
В настоящее время выпускается пластобетон (полимербе-
тон), состоящий из 82 % песка, 1,5 % фурфурола, 13 % стирола,
3,5 % БСК (бензосульфокислота — белая сажа). Этот материал
при объемной массе 2080 кг/м3 имеет прочность при сжатии
62 МПа; он водонепроницаем, примерно иа 15 % дешевле бетона
марки 300 на портландцементе и устойчив в агрессивной среде,
исключая азотную кислоту.
Для уменьшения водопроницаемости бетона предложено на-
гнетать в него под давлением маловязкую синтетическую кар-
бамидную смолу. Она проникает и заполняет поры бетона
размером от тысячных долей миллиметра до нескольких мил-
лиметров и, затвердевая, увеличивает его прочность, водоне-
проницаемость и морозостойкость.
ф Как оценивается степень увлажнения конструкций подзем-
ных сооружений?
Ограждаемые конструкции по степени увлажнения делятся
на три категории:
/ категория — конструкции с сухой поверхностью, на кото-
рой могут быть отдельные сырые пятна общей площадью не
более 1 % от площади поверхности;
// категория — с отдельными влажными участками без вы-
деления капельной влаги площадью не более 20 % от всей по-
верхности;
/// категория — с отдельными влажными участками с выде-
лением капельной влаги (кроме потолков) общей площадью
увлажненных участков не более 20 % от всей поверхности.
Для отвода просачивающейся воды предусматриваются при-
ямки и свободный или принудительный сброс в канализацию.
Влажностный режим рекомендуется регулировать при помощи
отопления п вентиляции.
Гидроизоляция при наличии гидростатического напора вы-
бирается в зависимости от типа изолируемых конструкций в со-
ответствии с данными табл. 151.
ф От чего зависит коррозия бетона и железобетона?
Коррозия бетона и железобетона зависит от степени агрес-
сивности воды — среды, оцениваемой следующими показате-
лями: кислотностью, выражаемой водородным показателем
pH*; жесткостью (бикарбонатной щелочностью); содержанием
* Водородный показатель: для воды, ие содержащей кислоты, pH=7, при
слабой кислотности pH=4...6, щелочность — более 7.
513
ТАБЛИЦА 151
Изолируемые конструк- ции Категории конст- рукций
Подпалы зданий, за- глубленные и подзем- ные помещения и со- оружения, возводи- мые открытым спосо- бом (тоннели, коллек- торы, галереи, ка- налы. прнимкн, пере- ходы) Подошва 1 II III
Степы Пере- крытия 1 II 111 1 11 HI
Водонаполнепные со- оружения (резервуа- ры, бассейны, лотки, отстойники) Днища
Степы
Пере- крытия
Опускные колодцы Стены 1 11 111
Днища 1 II III
Тип гидроизоляция
Примечание. Знак «|-» означает, что даниыЛ тип 1'илрои:1ол>|ции рекомендует-
ся или допускается, а знак «—» — ие рекомендуется или не допускается.
агрессивной углекислоты, сульфатов магния; общим содержа-
нием солей.
Агрессивность воды в зависимости от плотности бетона
(табл. 152) нормируется по показателю pH (табл. 153).
Эффективным способом повышения стойкости бетона против
коррозии является обработка его поверхности солями кремне-
фтористоводородной кислоты (флуатирование).
514
ТАБЛИЦА 152
Показптелн Плотность
нормальная повышен II 3lf особая
Водоцсмсптнос* отношение В/Ц. нс бо- лее Марка бетона но водонепроницаемости Водопоглощснпе, % по массе 0.6 В-4 5.7 .. . 4.8 0,55 В-6 4.7 .. . 4.3 0.45 В-8 4.2 н менее
Бикарбонатная щелочность определяется содержанием солей
кальция и магния, причем чем выше их содержание, тем быст-
рее образуются труднорастворимые карбонаты. Бетон интен-
сивно разрушается при воздействии иа сооружение сернокис-
ТАБЛИЦА 153
Плотность бетона Безнапорные сооружения
Открытый водоем пли грунты с коэффициентом фильтрации более 0.1 м/сут Слабофмльтрую- щке грунты с коэффициентом фильтрлцнн менее 0.1 м/сут
1 2 3 * 5
Нормальная Повышенная Особая 6,5 .. . G.0 5.9 ... 5.0 5.9 ... 5.0 4,9 .. . 4.0 Менсе 4 4.9 ... 4 3,9 ... 2 Менее 2 5.0 ... 4.0 3.9 ... 3.0
Продолжение табл. 153
Плотность бетона Пеэиппорные сооружения Напорные сооружения (напор не более 10 м)
Слабофильтрующие грунты с коэффициентом фильтрации менее 0.1 м/сут
1 6 7 8 9 10
Нормальная Повышенная Особая 5.0 .. . 4.0 3,9 .. . 3.0 Менее 3 3.9 .. . 3.0 2.9 .. . 1.0 Менее 1 6,5 ... 6 5.9 .. . 5,5 5.9 .. . 5.5 5.4 .. . 5,0 Менее 5 5.4 .. . 5.0 4,9 .. . 4.0 Менее 4
Примечание. В гр. 2, 5. 8 приводятся значения pH для слабой Агрессивности,
в гр. 3, 6, 9 —для средней, в гр. 4. 7, 10 —для сильной.
515
лых солей кальция, натрия и магния. Ионы сульфата прони-
кают в глубь цементного камня и вступают в реакцию с гидро-
алюминатом кальция, сопровождающуюся увеличением объема
твердой фазы, приводящей к образованию трещин.
Наиболее неблагоприятны периодические изменения уровня
воды. На свободной поверхности конструкции осаждаются соли,
происходит их кристаллизация и как результат — разрушение
бетона. Вода считается агрессивной по коррозии кристаллиза-
ции, если содержание в ней растворимых солей превышает:
10 г/л — для бетона нормальной плотности, 20 г/л — повышен-
ной плотности; 50 г/л — для особо плотного бетона.
ф Какие химические добавки рекомендуется применять для
кладочных растворов на стройках Севера?
Растворы с противоморозными добавками следует изготав-
ливать централизованно. Применение добавок при низких тем-
пературах повышает прочность кладки, так как введение доба-
вок в раствор понижает температуру его замерзания и тем
самым создает условие для его твердения при отрицательных
температурах. Чтобы растворы с противоморозными добавками
набрали прочность, необходимо беспрогревный способ допол-
нить искусственным оттаиванием. Поташ активно вступает во
взаимодействие с составляющими цементного клинкера и явля-
ется сильным ускорителем схватывания растворов. Поэтому
необходимо использовать замедлители схватывания и в раствор
не вводить известковое тесто.
Нитрат натрия замедляет схватывание вяжущего в раство-
рах, сохраняет некоторое время их подвижность. Совмещение
добавок поташа н нитрата натрия обеспечивает длительное со-
хранение подвижности растворов (осадка конуса до 8... 10 см),
их морозостойкость и менее деформативную структуру. Раст-
воры с 10 %-ным содержанием комплексной добавки НКМ
(нитрат кальция + мочевина) характеризуются подвижностью,
удобоукладываемостыо и сохранением этих свойств прн отри-
цательной температуре.
Растворы солей рекомендуется приготавливать повышенной
плотности, но не вызывающей выпадение их в осадок: поташ
с плотностью 1,375 (60 %-ный раствор), нитрат иатрия—1,29
(60 %-ный раствор), мочевина—1,085 (40 %-ный раствор),
нитрат кальция— 1,34 (38 %-ный раствор).
ф Какие способы зимнего бетонирования применяют в гидро-
техническом строительстве?
Из многих способов зимнего бетонирования в гидротехниче-
ском строительстве особенно эффективно применяются метод
термоса, электротермообработкн (нагрев и обогрев), устройство
тепляков и шатров.
516
Метод термоса наиболее экономичен и вполне пригоден
в случае возведения массивных конструкций при температуре
наружного воздуха до —20 °C. При температурах ниже —20 °C
укладка бетонной смеси разрешается только в тепляках или
с устройством шатров.
Способ электротермообработки (внутренний или периферий-
ный) применяют для массивных и средней массивности конст-
рукций с модулем поверхности менее 3... 5, когда цементом
в толще бетона выделяется значительное количество экзотер-
мического тепла. Конструкции с модулем поверхности более
3... 5 целесообразно прогревать с помощью электродов, поме-
щаемых в теле бетона, или с нашивкой электродов на опалубке
с двух противоположных сторон (сквозной прогрев). Для мас-
сивных конструкций периферийный обогрев более экономичен,
чем внутренний.
Рекомендуется наружный обогрев бетона в конструкциях
с помощью греющих опалубок. При этом используются сетча-
тые, пластинчатые, струнные, стержневые и другие нагреватели,
заложенные в опалубки.
Использование тепляков и шатров для поддержания темпе-
ратуры бетона, уложенного в гидротехнические сооружения,
является наиболее дорогим способом зимнего бетонирования.
Тепляк — это стационарное устройство сборно-разборной конст-
рукции, а шатер — металлическая пространственная конструк-
ция, которую по мере укладки бетона в сооружение поднимают
электрическими лебедками или винтовыми домкратами.
В шатре пли тепляке поддерживается температура 6...8°C
с помощью переносных элоктрокалориферов в течение 5... 7
суток. Ограждающие утепленные щиты опалубки стандартного
размера 1x2 м обшивают толем. Щит имеет засыпку из слоя
сухих опилок толщиной 12 см.
Температура бетонной смеси при выпуске ее на бетонном
заводе должна устанавливаться в зависимости от местных усло-
вий строительства и быть ие ниже значений температур, указан-
ных в табл. 52.
ф Что называется критической прочностью бетона?
В бетоне прн его раннем замерзании в результате образова-
ния льда возникает внутреннее давление. Если бетон замерзает,
не достигнув так называемой критической прочности, то под
влиянием этого давления происходят частичное разрушение
цементного камня и нарушение его сцепления с заполнителем.
Даже при дальнейшем твердении в условиях положительных
температур связи в бетоне полностью не восстанавливаются,
в результате чего конечная прочность бетона снижается. По-
этому прочность бетона к моменту возможного замерзания
должна быть указана в проекте производства работ и состав-
517
Рис. 185. График нарастания прочности бетона
а — при температуре до 40 *С — на портландцементах М 400.. .М 500: б — то же. на
шлакоиортландцементах М 300.. .М 40»; в — при прогреве на портландцементах
М 400.. .М 500; г — то же. ня шлаконортланлцсмситах М 300. . .М 400
лять для марок: 100 и 150 — 50 % от проектной прочности при
сжатии; 200 и 300 — 40 %; 400 и 500 — 30 %; для особо ответ-
ственных железобетонных конструкций — 70 %; для конструк-
ций, подвергающихся сразу после затвердевания многократному
замораживанию н оттаиванию при действии расчетного давле-
ния поды,—100 %.
Бетон, достигший к моменту замерзания критической проч-
ности, проектную прочность приобретает только после оттаива-
ния и выдерживания при положительной температуре в течение
не менее 28 суток. Для предварительного определения сроков
выдерживания бетона до набора требуемой прочности при раз-
личных температурах твердения следует пользоваться графи-
ками рнс. 185.
Количество тепла в бетоне, полученное при нагреве состав-
ляющих и выделенное цементом в период твердения, должно
быть не меньше количества теплопотерь прн остывании конст-
рукции до конечной температуры, т. е. до получения заданной
прочности бетона.
ф Как бетонируется металлическая цилиндрическая свая-обо-
лочка в холодной воде?
Для бетонирования металлической цилиндрической оболочки
диаметром 1,6...2,0 м, высотой 15...20 м с толщиной стенки
518
16...20 мм применяется гидротехнический бетон марки 300
с осадкой конуса 22 см при В/Ц=0,4. Эти характеристики бетон
приобретает благодаря увеличению расхода цемента (600 кг/м3)
и введению добавки ССБ (0,12 %). Скорость движения смеси
при бетонировании способом ВПТ по бетонолитной трубе не
должна превышать 0,12 м/с.
С целью исключения больших перепадов температур по вы-
соте сваи устраивают намокающую теплоизоляцию из мине-
рального войлока толщиной 15 см или нснамокающую изоля-
цию из пористой резины толщиной 0,002 м. Изоляция монтиру-
ется на оболочку сваи в виде бандажей высотой 0,5... 1 м.
С целью снижения температурного перепада по сечению сваи
применяется электропрогрев (рис. 186) защитного слоя током
пониженного напряжения (30... 50 В) с использованием в ка-
честве электродов армокаркаса (фаза) в металлической обо-
лочке (земля). Предотвращение замыкания их между собой
обеспечивается заменой металлических упоров фиксаторов
армокаркаса на текстолитовые. Электропрогрев начинается
через 18...20 ч после окончания бетонирования и ведется со
скоростью 3... 5 °C до температуры бетона в центральной зоне
30...35 °C. Затем прогрев продолжают таким образом, чтобы
температура бетона в защитном слое была на 5...8 °C ниже
температуры основного массива. Общая продолжительность
электропрогрева 15... 20 ч.
ф Как выдерживается бетон в конструкциях ростверка, находя-
щегося в зоне переменного уровня воды?
Выдерживание бетона осуществляется по методу термоса.
Температура уложенной смеси составляет 15...20 °C. Опалубка
выполняется из двух слоев досок толщиной по 4 см с полиизо-
бутиленовой прокладкой между ними. Открытая поверхность
бетона ростверка изолируется двумя слоями пергамина или
толя со слоем опилок толщиной до 15 см (или слоем шлако-
ваты толщиной 10 см) между ними. На наружную поверхность
свай следует наносить тепловую изоляцию в виде бандажей из
пористой резины толщиной 4 см. В зоне переменного уровня
воды бандажи, заполненные шлаковатой, применять нельзя.
ф Какие растворы рекомендуются для ремонта и омоноличи-
вания бетонных элементов?
Высоким сцеплением с бетоном (старым) при хорошей под-
готовке поверхности обладает цементно-песчаный раствор с до-
бавлением латекса. Оптимальным является латексцементное
отношение Л/Ц=0,20 для днвинилстирольного каучука. С це-
лью снижения объема вовлеченного воздуха рекомендуется
введение в раствор кремннйорганических пеногасителей.
519
Рис. 186. Схема периферийного электронагрева бетона в конструкции сваи-
оболочки
1 — металлическая оболочка: 2 — арматурный каркас; 3 — направляющие из тексто-
лита; 4 — тепловая изоляция; 5 — кабель низкого напряжения; 6 — понпэптсльныП од-
нофазный трансформатор; 7 — кабель заземления: 8 — конденсатор; 9 — промежуточ-
ное реле; 10 — контактный гальванометр; II — дифференциальная термопара; 12 — изо-
лирующие опоры
При использовании латексцсментного растпора для заделки
трещин н других дефектов в элементах бетон вокруг трещин
удаляют на ширину примерно I см и на такую же глубину.
В случае необходимости заделывать дефекты, имеющие боль-
шую глубину, на латексцементиую поверхность наносят слой
раствора толщиной 0,5...2 мм, а поверх него устраивают по-
крытие из обычной цементной смеси.
Высокая адгезионная способность латексцементных раство-
ров позволяет рекомендовать их для омоноличивания и заделки
стыков элементов сборных железобетонных конструкций.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Годсс Э. Г., Нарбут Р. М. Справочник по строительству о подпои среде
п суровых климатических условиях. Л.: Стройиздат, 1984, 384 с.
Годес Э. Г., Нарбут Р. М. Водозаборные и очистные сооружения в ус-
ловиях Севера. Л.: Стройиздат, 1980.
Гольдштейн М. Н., Царьков А. А., Черкасов И. И. Механика грунтов,
основания и фундаменты. М.: Транспорт, 1981.
Гольдин Э. Р. Подводно-технические работы, технология и средства ме-
ханизации. М.: Транспорт, 1987, 200 с.
Единые правила безопасности труда иа водолвэиых работах. М.: ЦРИА,
«Морфлот», 1980, 182 с.
Ливчак И. Ф-, Воронов Ю. В. Охрана окружающей среды: Учебное по-
собие. М.: Стройиздат. 1988, 191 с.
Лобанов В. А. Справочник по технике освоения шельфа. Л.: Судострое-
ние, 1983, 288 с.
Машины п оборудование для устройства оснований и фундамеитов/М. И.
Смородпнов, Л. В. Ерофеев, Б. С. Федоров и др. М.: Машиностроение, 1985,
240 с.
Минаев В. И. Машины для строительства магистральных трубопроводов.
М.: Недра, 1985, 440 с.
Мереное И. В., Смирнов А. И., Смолин В. В. Водолазное дело: Термино-
логический слопарь. Л.: Судостроение, 1989, 224 с.
Основания н фундаменты: Справочинк/Под ред. М. И- Смородипова. М.:
Стройиздат, 1983, 368 с.
Основания, фундаменты и подземные сооружения: Справочник проектн-
ровпшка/М. И. Горбунов-Посадов, В. А. Ильичев, В. И. Крутов н др. М.:
Стройиздат, 1985, 480 с.
Перехвальский В. С., Салов А. Н., Угланов М. А. Подводно-тсхннчсскнс
работы на речном транспорте: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1986,
254 с.
Подводные работы на водных путих/А. Н. Васильев, Э. Р. Гольдин,
Н. К. Никольский, В. П. Козлов. М.: Транспорт, 1982, 248 с.
Яковенко В. Г. Строительство берегоукрепительных сооружений. М.:
Транспорт, 1986, 245 с.
Яковенко В. Г. Строительство молов н волноломов. М.: Транспорт, 1983,
191 с.
Яковенко В. Г. Строительство причалов. М.: Транспорт, 1981, 256 с.
А. с. 1216272 СССР, МКИ Е 01 С 19/26. Способ соединения цилиндриче-
ских оболочек гидротехнических сооруженнй/Верстов В. В. и др. (СССР).
А. с. 195979 СССР. МКИ Е 02 Д. Самозахватывающес устройство для
крепления испытательной устаповкн/Рукавцоп А. И.. Поптелееп А. Н. (СССР).
А. с. 1204668 СССР, МКИ Е 02 В 3/22. Способ монтажа в ряд стальных
цилиндрических оболочек па акваторпи/Перлей Е. М., Ольшевский Г. Ф.
(СССР).
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Анкерные крепления 338
Барда сульфитно-спиртовая
Бентонитовые глины 489
Берегоукрепление 389
активное 390
габионы 410
древесные посадки 413
железобетонные плиты и копры
421
каменная наброска 412
маты асфальтобетонные 417
мощение 408
одерновкв 414
плетнепые клетки с камнем 412
сваи-оболочки 430
стенки уголкового профиля 88.431
стенки типа больверк 87
травосеяние 414
хворостяные тюфяки 412
Беседка декомпрессионная 13
— спусковая 13
Бетон:
водонепроницаемость 541
гидротехнический 68. 387
критическая прочность 577
уплотнение 76
Бетонирование подводное 69
-----с помощью бадей 75
-----способом В ПТ 69
-----способом ВР 73
-----с укладкой в мешках 75
-----способом островным 75
Битумы 417
Бульдозеры подводные 35
Буксирные суда 53
Буровые работы:
бурение канатно-ударное 210
— колонковое 213
— роторное 215
— шнековое
п мерзлых грунтах 2|2
Взрывчатые вещества 46
Вибропогружатель
— высокочастотный 256
— низкочастотный 260
Вола 26
прозрачность
грунтовая 177
приток к котловану
Водолаз 4
Водолазное дело 4
Водолазное обследопанне 18, 26
Водолазные полподно-техпичсскис
работы 6. 24
технические средства 10
Водолазный спуск 7
средства обеспечения 10. 18
Водоотлив 182
Водопроницаемость пород 179
Водопонижение 182
Водозаборные сооружения 152, 35G
Водоноглощеиие 180
Волнение максимальное 16
Волновые нагрузки 398
Восстановительные иодводни-техип -
ческие работы 505
водоспуск 373
водобойный колодец 362
Геодезические знаки 24
Гидромониторы 34, 62
Гравитационные ограждения 349
Грунты
классификации 219
уплотнение 295
Груитосос 61
Г|>ейфср 45
Глубина критическая 404
Дскомпрессионпаи камера 8
Дноуглубительные снаряды 53
Добавки химические 516
Дренаж |82. 367
523
Желонка 212
Затвор-присос 504
Земкараван 56
Землесосные снаряды 55. 59
Знаки предохранительные
— предостерегающие 24
Иглофильтровые установки 191
Инъекторы 509
Инъекционный анкер 346
Кабель 172
— ремонт 175
Камень 404
Канатно-скреперная установка 38
Канаты
— арматурные 345
— спусковой 14
— тяговый 39
Категории сухости помещений 514
Кессон 475
Колодец опускной 449
конструкции 452
расчет 471
технология устройства 452
перекос 468
Компенсаторная муфта
Конец
— сигнальный
— спусковой
— ходовой
Копры 57. 296
Краны планучне 57
Коррозия 291, 572
Лебедки 42
Лед
свойства 97
нагрузки 439
Ледокольные работы 102
Лот
Майна 107
Массивы-гиганты 85
Массивы обыкновенные 84
Метол засечек 355
Молоты 251
Наголовники 259
Наметка 24
Насосы 198
Обечайки металлические 223
Оболочки железобетонные 236
Оголовки 152. 167
Опалубка 170
Осп сооружении 354
524
Откосы 321, 391, 409
Очиетпые сооружения 166
Перемычки
— грунтовые 307
— каменно-набросные 308
— ледяные 315
— ряжевые 352
— шпунтовые
— ячеистые 311
Плиты анкерные 339
Плотина 356
конструкция 363. 369, 382
расчет 366
Пляж 427
Постель
— каменная 80
— песчаная 93
Порода
влагоемкость 180
влажность 180
Пост водолазный 6
Промеры глубин 21
Разработка грунта под водой 46
Разрушение конструкций под водой
50
Резка металла пол водой 15, 62
Рельсовые вути слипов и эллингов
Ремоптпо-носстаиовнтсльиыс работы
500
Репер
Ряж 87, 352
Сваи
— буронабивные 298
— деревянные 227
— железобетонные 231
— нлонементиые 306
— песчаные 306
оборудование для погружения 250
разрушение 280
Сварка электродуговая 15. 66
Светильники подводные 15
Сигналы 17
Скважины 194. 208, 252
Ск|>епер-11ульпомет 38
Слипы 90
Смесь ноэлушпаи 8
Степа в грунте 483
Стыки 236. 496
Сцепление
— с бетоном 519
— со льдом ПО
Тиксотропный раствор 456
Траншея подводная 27. 118
Трап водолазный 13
Трасса подводного перехода 27
Трубозаглубнтслп 139
Трубопровод подводный 111
балластировка 120
испытание 143
зимняя укладка 124
назначение 125
отрицательная плавучесть 1J3
производство работ 124
расчеты ИЗ, 137
ремонт
Узлы морские 22
Фильтры
обратный 407
типы 197
Фильтрационный выпор 464
устранение 501
Флот строительно-технический 52
Флютбет 374
Фор шахта 457
Шуга 104, 165
Шпунт
— деревянный 229, 424
— железобетонный 247
— стальной
Электронасос 197
Эстакада скреперная 44
Эхолот 24
Эллинги 90
СОДЕРЖА НИ Е
Предисловие 3
Раздел I. ПОДВОДНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ 4
I. Квалификационные требования к водолазу и средства обеспече-
ния строительных работ под водой........................... 4
2. Разработка грунта под водой ........................... 27
3. Задачи строительного технического флота и обеспечении строи-
тельства на волной акватории ............................. 52
4. Подводная сварка н резка металла........................62
5. Подводное бетонирование.................................68
6. Устройство засыпок н подводных постелей.................77
7. Основные обязанности водолазов при производств, иодиодно-тсх-
ннческих работ.............................................83
8. Ведение водолазных работ прн отрицательных температурах и
в особых условиях..........................................97
Раздел II. ПОДВОДНЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ. ВОДОЗАБОРНЫЕ
СООРУЖЕНИЯ И КАБЕЛИ ill
(.Требования, предъявляемые к укладке подводного трубопровода ill
2. Расчет подводных трубопроводов.........................113
3. Способы укладки трубопроводов под полон................124
4. Испытания и ремонт трубопроводов.......................143
5. Водозаборные н очистные сооружения.....................152
6. Подводная укладка кабелей..............................172
Раздел III. СТРОИТЕЛЬНОЕ ВОДОПОНИЖЕНИЕ 177
I. Грунтовые полы п их свойства............................177
2. Водопонижение с помощью дренажа........................182
3. Водопонижение с помощью нглофнльтроп...................191
4. Водопонижение с помощью скважни-колодцсп...............194
5. Расчеты по строительному водопонижению.................202
6. Буровые работы для устройства скпажин-кехтодцен........208
Раздел IV. ИНЖЕНЕРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ИЗ СВАИ И СВАЙ-
ОБОЛОЧЕК 219
I. Строительная классификация грунтов.....................219
2. Виды и конструкции свай и свай-оболочек...............227
3. Определение несущей способности свай и епан-оболочек. Произ-
водство работ............................................262
4. Буронабивные, песчаные п илоцементные сваи............298
Раздел V. УСТРОЙСТВО ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИИ
В ВОДНОЙ СРЕДЕ 307
1. Перемычки н ограждение котлованов......................307
2. Расчеты перемычек.....................................316
3. Анкерные крепления н нх расчет........................338
4. Гравитационные оградительные конструкции..............349
Раздел VI. ПЛОТИННЫЙ ВОДОЗАБОР НА МАЛЫХ РЕКАХ 356
I. Общие сведения.................................... . . 356
526
l,.- ir<ii-i iipcmuocin и устойчивости плотин...........366
л I- «шс । рукт ннпые решения и способы строительства......369
.....л XII БЕРЕГОУКРЕПИТЕЛЬНЫЕ И ЗАЩИТНЫЕ СО-
ОРУЖЕНИЯ 389
I Общие сведения о берегоукреплении........................389
2. Определение полновых нагрузок..........................398
3. Укрепление откосов камнем..............................404
4. Габпнпы................................................410
5. Укрепление берегов тюфяками, каменной наброской в плетневых
клетках...................................................412
6. Битумные и бетонные покрытия...........................417
7. Крутые п вертикальные крепления берегов................429
8. Расчеты иа ледовые нагрузки............................439
Раздел VIII. СПОСОБЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗАГЛУБЛЕННЫХ ПО-
МЕЩЕНИИ И СООРУЖЕНИИ 449
1. Метод опускного колодна. Технология п расчет.............449
2. Строительство заглубленных помещений кессонным способом . . 475
3. Строительство заглубленных помещений*способом «стена в грунте» 483
4. Ремонтно-восстаиовнтелы1ые работы на гидротехнических соору-
жениях .....................................................500
Список литературы..............................................521
Предметный указатель...........................................522
Справочник
Годес Эммануил Григорьевич
Нарбут Роман Михайлович
СТРОИТЕЛЬСТВО В ВОДНОЙ СРЕДЕ
Зав. редакцией Н. Н. Днепрова
Редактор Л. В. Партиэенкова
Мл. редактор Е. И. Гарусова
Оформление художника Н. Г. Всесветского
Технический редактор Е. В. Полиектова
Корректоры Т. Б. Верникова, И. С. Лукьянчук
ЦБ № 5363
Сдано в набор 13.06.89. Подписано в печать 23.11.89. М-38852. Формат 60Х90’/ы. Бумага
книж.-журн. Гарнитура «Литературная». Печать высокая. Усл. печ. л. 33. Уч.-изд. л.
36,17. Усл. кр.-отт. 33. Изд. № 2642Л. Тираж 5000 экз. Зак. № 1193. Цена 2 р. 30 к.
Стройиздат, Ленинградское отделение 191011, Ленинград,
пл. Островского, 6
Ленинградская типография № 4 ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского
объединения «Техническая книга» нм. Евгении Соколовой Государственного комитета
СССР ио печати. 191126, Ленинград. Социалистическая ул., 14.