При классическом способе строительства опускных колодцев опускание их рассчитывается на преодоление сил трения грунта о наружные поверхности стен колодца под действием его массы. В этом случае уменьшение сил трения путем применения тиксотропной рубашки или какого-либо другого способа применяется в основном для уменьшения сроков опускания колодца и исключения его зависания.

Рис. 47. Схема осушения забоя в круглом опускном колодце артезианскими насосами
1 - артезианские скважины; 2 - сбросной трубопровод; 3 - задвижки; 4 - обратный клапан; 5 - артезианские насосы; 6 - опускной колодец; 7 - фильтр; Н₀ - глубина опускания колодца; D_K - наружный диаметр колодца; l -расстояние от колодца до скважины, равное 0,5-1 H₀

Рис. 48. Схема осушения забоя в круглом опускном колодце эжекторными иглофильтровыми установками
1 - сбросной трубопровод; 2 - опускной колодец; 3 - эстакада; 4 - распределительный трубопровод для воды; 5 - задвижки; 6 - эжекторные иглофильтры; 7 - фильтр; 8 - депрессивная кривая; 9 - циркуляционный резервуар; l - расстояние от колодца до иглофильтров, равное 0,5-1 Н₀

При строительстве облегченных опускных колодцев обязательно применение тиксотропной рубашки - так называемое уменьшение сил трения вследствие ее применения учитывается при расчете и конструировании колодца и из этого расчета производят соответствующие уменьшения массы и толщины стен опускных колодцев. Применение тиксотропной рубашки обуславливается созданием вокруг колодца свободной полости, в которую подается тиксотропный раствор (смесь бентонитовой глины с водой и реагентами). На наружной поверхности стены колодца устраивают уступ шириной 150-200 мм, который обычно размещают выше банкетки ножа на 3-4 м (и более). Так, опускной колодец в Железногорске диаметром 37,8 м и глубиной опускания 57 м имел уступ выше на 11,5 м банкетки ножа колодца, а опускной колодец диаметром 60 м и глубиной опускания 18,8 м в Липецке имел высоту уступа 4,35 м. Высота расположения уступа зависит от трех условий. Во-первых, высота уступа должна быть такой, чтобы силы трения по ножевой части колодца были бы оптимальными. Во-вторых, конструктивно уступ на наружной поверхности стены колодца должен располагаться выше на 1-1,5 м уступа внутри колодца, предназначенной для устройства днища. И, в-третьих, эта высота должна обеспечить защиту и в какой-то мере гарантию против прорыва тиксотропной суспензии внутрь колодца, а также устойчивость колодца во время погружения. Исходя из вышеуказанных условий уступ рекомендуется назначать на высоте глубины опускания, считая от банкетки ножа колодца.

На наружном уступе стены колодца делается специальный замок, предназначенный для удержания тиксотропной суспензии и предохранения от вытекания ее внутрь забоя. Замки бывают различных конструкций.

Первый тип замка - резиновый уплотняющий манжет - состоит из трех слоев транспортерной ленты, закрепленной на уступе с помощью болтов, заанкеренных в бетоне стен. Расстояние между болтами принимается 300 мм. Устанавливают и закрепляют транспортерную ленту в тот момент, когда ножевая часть колодца опущена в грунт и наружный уступ в стене колодца находится на уровне верха форшахты колодца или несколько выше. При погружении колодца транспортерная лента отгибается и прижимается к внутренней грани форшахты, а пространство между стеной колодца и транспортерной лентой заполняется мятой глиной на высоту 500-700 мм.

После выполнения замка продолжают опускание колодца, а пространство между наружной стеной колодца и грунтом, по мере опускания, заполняется тиксотропной суспензией. Второй тип замка - глинистый, из пластичной мятой глины, которая заполняет полость стены колодца. Высоту этого замка рекомендуется делать 2-3 м и более. Глину следует армировать мелкопорезанной соломой, ветошью, окатанным гравием и др.

Рис. 49. Схема «замка» на наружном уступе опускного колодца
1 - металлическая форшахта; 2 - глинистый раствор; 3 - опускной колодец; 4 - замок (уплотнение) на наружном уступе опускного колодца; 5 - мятая глина; 6 - опорное железобетонное кольцо форшахты; 7 - болт

Рис. 50. Монтаж резинового уплотняющего манжета на наружном уступе опускного колодца

Тиксотропную суспензию приготавливают на глинорастворном узле, располагаемом вблизи опускного колодца. Для приготовления тиксотропной суспензии применяют глиномешалки МГ2-4 вместимостью 4 м3. Обычно устанавливают две глиномешалки - рабочую и резервную. На случай прорыва тиксотропной суспензии в колодец создают его резерв в объеме 20-50 м³, который располагается в резервных емкостях, установленных вблизи колодца.

Вблизи опускного колодца рекомендуется иметь еще одну резервную емкость с готовой тиксотропной суспензией, расположенную на уровне низа форшахты и соединенную трубопроводом с полостью, заполненной тиксотропной суспензией. Таким образом, тиксотропная суспензия по принципу сообщающихся сосудов может поступать из резервной емкости в полость опускного колодца и заполнять ее в случае утечки суспензии в колодец. При аварийном погружении колодца, происходит автоматическое заполнение его полости суспензией.

Форшахта выполняется из листового металла с ребрами жесткости с наружной стороны и крепится к закладной металлической пластинке, заанкеренной в опорном кольце форшахты. Высота форшахты принимается 1 м, что обусловливается требуемым превышением уровня тиксотропной суспензии над поверхностью грунта, с которой опускается колодец. Форшахта может быть выполнена из дерева, бетона или обвалованием грунтом.

Приготавливают тиксотропную суспензию следующим образом: сначала в глиномешалку заливают воду, затем засыпают кальцинированную соду и перемешивают в течение 5-7 мин, после чего загружают 50% требуемого количества глинопорошка и перемешивают еще 10-12 мин. Затем засыпают вторую половину глинопорошка и перемешивают примерно 15-20 мин. Таким образом, на один цикл приготовления тиксотропной суспензии затрачивается 35-40 мин.

Контроль за подбором состава (компонентов) и качеством приготовления тиксотропной суспензии выполняет передвижная лаборатория глинистых суспензий, которая должна работать непосредственно на строительной площадке весь период опускания колодца.
Высоту ножевой части колодца рекомендуется делать равной высоты погружения колодца, так как при большой высоте значительно возрастает опасность затягивания грунта, прилегающего к наружной поверхности ножа, и образования больших «осадочных воронок» вокруг колодца при его погружении. Это влечет за собой частичный выплыв грунта из-под опорного кольца форшахты, если она делается до погружения ножевой части колодца в грунт, или же происходит частичное и крайне нежелательное разрушение структуры грунта под будущим опорным кольцом форшахты, если ее строительство предусматривается после погружения ножевой части колодца в грунт.

Образованию больших осадочных воронок способствуют резкие и большие (более 30-50 см) «посадки» колодца за один прием в процессе его опускания. Поэтому рекомендуется плавное и равномерное погружение колодца (не более 50 см за один прием) без резких посадок.

В зимний период с низкими температурами (ниже -5°С) следует прогревать тиксотропную рубашку в районе форшахты, а также утеплять глинорастворный узел и трубопроводы, подводящие воду и глинистую суспензию. В последнее время нашли применение так называемые незамерзающие суспензии, приготовленные с хлористым кальцием и нефтеотходами.

Чтобы удерживать глинистый раствор в тиксотропной рубашке, рекомендуется устраивать глинистые или другие «замки» и применять вместо тиксотропной суспензии пасту текучей консистенции. Хотя в последнем случае трение стенок колодца о грунт будет несколько больше, однако вероятность прорыва пасты внутрь колодца уменьшается.

Применение пасты вместо тиксотропной суспензии впервые было осуществлено по предложению работников Главспецпромстроя Минмонтажспецстроя СССР. Опыт показывает, что применение чистых бентонитовых порошков при строительстве опускных колодцев не вызывается необходимостью. В большинстве случаев бентонитовые порошки могут быть успешно заменены более дешевыми местными глинами, которые сравнительно легко можно обогатить путем введения в суспензию определенных реагентов. Поэтому во всех случаях при строительстве опускных колодцев в тиксотропной рубашке рекомендуется прежде всего изучить (лабораторно) с помощью различных приборов возможность использования местных глин для приготовления тиксотройной суспензии. Требования, предъявляемые к тиксотропной суспензии, характеризуются определенными параметрами (табл. 5).

Как видно из табл. 5, при одних и тех же параметрах (удельной массе, содержании песка и расплыве) второй глинистый раствор с содержанием 0,4% кальцинированной соды обладает лучшими тиксотропными свойствами, так как у него значительно меньшая абсолютная величина стабильности - 0,001 г/см3 против 0,02 г/см3 и почти вдвое больше величина статического напряжения сдвига. Значительно лучшие показатели второго раствора по водоотдаче (12 см3 вместо 26 см3) и по толщине глинистой корки (1,5 мм вместо 3 мм). Поэтому в данном случае следует отдать предпочтение второму раствору с содержанием кальцинированной соды 0,4%.

При строительстве облегченных опускных колодцев с применением тиксотропного раствора в водонасыщенных грунтах необходимо учитывать возможность всплытия опускного колодца после устройства днища и поднятия уровня грунтовых вод. Особенно это касается больших опускных колодцев, имеющих большую объемную кубатуру подземного помещения и сравнительно небольшую массу.

Если взвешивающее давление воды превышает массу стен колодца вместе с днищем и сопротивлением трению, то тиксотропный раствор необходимо вытеснить из полости и заполнить ее цементно-песчаным раствором, песком, гравием, глинобетоном или каким-либо другим материалом (достаточно прочным и имеющим большое сопротивление трению).

При расчете опускного колодца на всплытие иногда учитывается и масса «начинки» колодца (внутренние стены, перегородки, фундаменты и технологическое оборудование). В этом случае в основном проекте и в проекте производства работ делается специальная оговорка о том, что водопонижение уровня грунтовых вод должно продолжаться до полного выполнения этой начинки.

Вытеснение тиксотропного раствора из полости и заполнение ее цементно-глинистым раствором особого труда не представляет. Эта работа выполняется с помощь инъекторов, опущенных в полость «рубашки», через которые нагнетают цементный раствор. Хорошие результаты дает заполнение полости (равномерное и послойное) песком или песчано-гравелистым грунтом с последующим устройством по его верху бетонной пробки толщиной не менее 1 м.

В последнее время для предотвращения «всплытия» опускных колодцев и уменьшения толщины стен и днища стали применять различного рода анкерные устройства. К ним следует отнести железобетонные сваи, которые забивают в грунт основания перед устройством днища. Головки свай разбивают и оголенную арматуру связывают с рабочей арматурой днища.

При строительстве опускных колодцев также нашли применение различного рода грунтовые анкеры: в виде буровых скважин с металлическими тяжами, закрепленными в скважинах бетоном или путем нагнетания под высоким давлением цементного раствора.

Однако следует отметить, что вопросы предотвращения всплытия опускных колодцев (особенно сборных) в настоящее время разработаны недостаточно, так же как и вопросы заполнения пазухи за стенами колодца, и требуют дальнейшего изучения и совершенствования.