Захисна огорожа глибоких котлованів

1. Захисна огорожа глибоких котлованів, що містить залізобетонні палі, розташовані між ними ґрунтоцементні палі (джети), вертикальний дренаж, з'єднаний з пластовим дренажем дна котловану, яка відрізняється тим, що вертикальний дренаж, який введено замість 3 32582 через вузол з'єднання пластового дренажу з пристінним дренажем, висока трудомісткість улаштування такої конструкції та вартість. Задача, яка розв'язується пропонованою корисною моделлю, - це захист від фільтраційного виносу ґрунту в котлован, підвищення надійності і ефективності роботи захисної огорожі глибокого котловану в умовах високого рівня ґрунтових вод, зниження трудомісткості її улаштування та вартості. Поставлена задача вирішується тим, що в захисну огорожу, що містить залізобетонні палі, розташовані між ними ґрунтоцементні палі (джети) і вертикальний дренаж, з'єднаний з пластовим дренажем дна котловану, замість частини джетів введено вертикальний дренаж, що включає водозабірні свердловини, кожна з яких має фільтр, що містить перфоровану трубу, фільтруючу обсипку і кожух з волокнисто-пористого матеріалу, при цьому відстань між осями залізобетонних паль залежить від діаметру фільтра за умовою L £ 0,6d+D, де L - відстань між осями залізобетонних паль, D - діаметр залізобетонних паль, d - діаметр свердловини. Додаткові відмінності полягають у тому, що пластовий дренаж з'єднано з водозабірними свердловинами фільтром-чулком, який заповнено гравієм або щебенем і який при тиску набуває геометричної форми простору між елементами кріплення залізобетонних плит облицювання котловану до залізобетонних паль і захисною огорожею котловану. Пропонована конструкція захисної огорожі за рахунок примусового пониження рівня ґрунтових вод під час будівництва котловану виключає можливість виникнення умови фільтраційного виносу ґрунту в котлован, а улаштування фільтручулка, який заповнюється гравієм або щебенем, в просторі між облицювальними залізобетонними плитами і захисною огорожею котловану гарантує надійний захист від фільтраційного виносу ґрунту в період експлуатації споруди. Сутність корисної моделі пояснюється малюнками. На Фіг.1 представлено фрагмент поперечного перерізу конструкції захисної огорожі 4 глибоких котлованів, на Фіг.2 - поперечний переріз фільтру водозабірної свердловини, Фіг.3 - схема експериментальної установки, Фіг.4 обґрунтування умови L £ 0,6d+D. Захисна огорожа глибоких котлованів (Фіг.1) має залізобетонні палі 1, ґрунтоцементні палі 2, водозабірні свердловини 3 та фільтр-чулок 4, заповнений гравієм або щебенем 5, елемент кріплення залізобетонних плит облицювання котловану 6. Фільтр водозабірної свердловини (Фіг.2) має перфоровану трубу 1, фільтруючу обсипку 2, кожух з волокнисто-пористого матеріалу 3. Структура кожуха може бути двошаровою з різною по шарам паровою структурою і товщиною. Товщина кожуха визначається за умови його цілісності на продавлювання при максимально можливому тиску на фільтр в період будівництва і експлуатації споруди та міцності матеріалу на розрив. Умова L £ 0,6d+D була отримана при дослідженні методом фізичного моделювання міцності конструкції фільтру водозабірної свердловини. Моделювалась робота огорожі котловану із залізобетонних паль діаметром 0,80м з відстанню в осях через 1,0-1,20м (в більшості проектів будують за такою схемою). Наріжний діаметр фільтру водозабірної свердловини прийнято 0,5м. Схема експериментальної установки приведена на малюнку (Фіг.3). Розрахунковий тиск на огороджу вальну споруду, до складу якої входять водозабірні свердловини, був визначений за відомими залежностями [3]. Тиск ґрунту q1 = g × h × x Тиск води q2 = gв × hв × (1 - y z), де z = tg 2 (45 - j / 2 ); y = 1 - n; j - кут внутрішнього тертя ґрунту, n - пористість ґрунту; h - глибина котловану; hв - глибина ґрунтової води перед огороджу вальною спорудою. В таблиці наведені результати розрахунку q1 і q2 для випадку, коли котлован будується в піску, при j =30°, n - 0,3, g =1,8m/м3 Таблиця h1, м 5 7,5 10 15 q1, кг/см2 0,3 0,45 0,61 0,91 Модель фільтру водозабірної свердловини випробувалась при різних значеннях L0/d, що дало можливість визначити вплив відстані між осями залізобетонних паль на напружено-деформований стан фільтру, від якого залежить міцність конструкції. Тиск на моделі підвищували ступенями до 2,0кг/см2, деформація поперечного перерізу фільтру фіксувалась візуально з послідовним фотографуванням. hв, м 5 7,5 10 15 q2, кг/см2 0,38 0,57 0,7 q1+q2, кг/см2 0,68 1,02 1,31 2,06 На Фіг.4 наведені експериментальні залежності q= f (e) для проведених дослідів при різних значеннях L0/d, де e - відносне подовження кожуха фільтру. Як бачимо, кожух працює при розтягуванні і при тиску 0,5кг/см2 для різних значень L0/d відносна деформація розтягування практично однакова і становить e =0,013. Але в цілому при збільшенні тиску на фільтр зростання величини відносної деформації залежить від L0/d. 5 Незначна відносна деформація розтягування кожуха фільтру e =0,02±0,01 в діапазоні тиску від 0.5 до 2кг/см2 зафіксована при L0/d=0,6 не становить загрози його цілісності. При значенні L0/d>0,6 при тиску q >1,5кг/см2 відносна деформація розтягування кожуха фільтру значно зростає (до e =0,05), що може вплинути на цілісність конструкції фільтру і ставити під загрозу міцність всієї огорожі котловану. Схожі результати були отримані за допомогою математичного моделювання за програмою "Plaxis" роботи фільтру водозабірної свердловини, який розташовано між двома залізобетонними палями. Було зафіксовано при L0/d>0,7 на окремих моделях руйнування кожуха фільтру. Таким чином, на підставі проведених досліджень визначена умова L £ 0,6d+D розрахунку відстані між залізобетонними палями, яка забезпечить міцність конструкції огорожі котловану при заміні частини джетів на водозабірні свердловини. Захисна огорожа працює в такий спосіб. Водозабірні свердловини 3, введені в захисну огорожу котловану замість частини джетів 2, розташованих між залізобетонними палями 1, здійснюють примусове водопониження ґрунтових вод в період будівництва котловану та їх відведення через фільтр-чулок 4 і фільтруючу засипку 5 в пластовий дренаж дна котловану в період експлуатації споруди. Кількість водозабірних свердловин та їх розміщення в плані замість джетів в системі огорожі котловану визначається фільтраційним розрахунком за типовими розрахунковими схемами за умови підтримання необхідного рівня 32582 6 ґрунтових вод у стінки котловану в період будівництва і експлуатації споруди. В конструкції огорожі котловану водозабірна свердловина крім функції водовідведення має нове призначення, а саме буде працювати як несучий елемент конструкції огорожі, який приймає на себе боковий тиск ґрунту, і як захисний елемент від фільтраційного виносу ґрунту за рахунок щільного притискання під дією тиску кожуха фільтру з волокнисто-пористого матеріалу до залізобетонної палі. Така огорожа глибоких котлованів дає змогу будувати їх з примусовим водовідведенням в період будівництва котловану, що виключає небезпеку фільтраційного виносу ґрунту в цей період, а улаштування фільтру-чулка заповненого сипучим фільтром, який при притисканні набуває геометричної форми простору між елементом кріплення до залізобетонних паль залізобетонними плит облицювання котловану і його захисною огорожею, гарантує надійний захист від фільтраційного виносу ґрунту і ефективність роботи огорожі в умовах високого рівня ґрунтових вод в період експлуатації споруди. Позитивний ефект від пропонованого винаходу в порівнянні з відомим технічним рішенням полягає в тому, що підвищується надійність і ефективність роботи захисної огорожі за рахунок можливості підтримання сталого рівня ґрунтових вод у стінки котловану на проектному рівні в період експлуатації споруди, відпадає необхідність будувати пристінний дренаж і перфорувати джети для відведення ґрунтових вод, що значно знизить трудомісткість улаштування захисної огорожі котловану та її вартість. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 32582 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601