Временными земляными сооружения являются котлованы
Виды земляных сооружений
Результатом разработки грунта является земляное сооружение, представляющее собой инженерное сооружение, устраиваемое из грунта в грунтовом массиве или возводимое на поверхности грунта. Грунт представляет собой естественную среду, в которой размещается подземная часть зданий и сооружений.
Грунтами в строительстве называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры и представляющие собой главным образом рыхлые и скальные породы.
Виды грунтов: песок, супесь, суглинок, глина, лессовый грунт, торф, гравий, растительный грунт, различные скальные и уплотненные грунты.
При выборе методов производства земляных работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность, влажность, липкость, разрыхленность, сцепление, угол естественного откоса, сложность (трудоемкость) разработки.
В зависимости от этих характеристик грунты в строительстве рассматривают с точки зрения:
- пригодности в качестве оснований различных зданий и сооружений и размера допускаемой на них нагрузки;
- возможности их использования в качестве постоянных сооружений, т. е. как материала для устройства насыпей и выемок;
- целесообразности или возможности применения того или иного метода разработки грунтов.
Земляные сооружения разделяют:
-по отношению к поверхности грунта- выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки;
-по сроку службы- постоянные и временные;
-по функциональному назначению -котлованы, траншеи, ямы, скважины, отвалы, плотины, дамбы, дорожные полотна, туннели, планировочные площадки, выработки;
-по геометрическим параметрам и пространственной форме- глубокие, мелкие, протяженные, сосредоточенные, простые, сложные и т.п.
К постояннымотносят сооружения, предназначенные для долгосрочной эксплуатации - земляные плотины, каналы, полотно рельсовых и безрельсовых дорог, выемки и насыпи, возводимые при планировке.
К временнымземляным сооружениям относят выемки, отрываемые при возведении фундаментов жилых и промышленных зданий, мостов, плотин, траншеи для прокладки водопроводных, канализационных, газовых и других сетей, насыпи для временных дорог и запруд. Каждое земляное сооружение должно быть устойчивым, прочным и защищенным от размыва водой.
Выемки шириной более 3 м называют котлованами,более узкие выемки для ленточных фундаментов или сетей коммуникаций — траншеями,выемки под отдельно стоящие фундаменты или столбы — ямами.Эти сооружения имеют дно и боковые поверхности, наклонные откосы или вертикальные стенки. Выемки, разрабатываемые для добычи недостающего для строительства грунта, называют резервами;насыпи, в которые осуществляют отсыпку излишнего грунта, - кавальерамиили отвалами.Места для отсыпки строительного и другого мусора называют свалками,аместа, где осуществляют разработку песка, щебня и других строительных материалов — карьерами.Выемки, закрытые с поверхности земли и устраиваемые для прокладки транспортных и коммуникационных туннелей называют подземными выработками.Выемки имеют дно и наклонные откосы,после устройства подземных сооружений (или подземной части сооружений) выполняется обратная засыпка пазух- заполнение грунтом пространства между сооружением и откосами котлована.
В процессе проектирования технологической карты на земляные работы последовательно решаются следующие задачи:
- изучаются отметки планировки и рельефа, уклоны, форму и привязку котлованов под сооружение, грунтовые условия;
- определяются объемы грунта при вертикальной планировке и отрывке котлована;
- составляется сводный баланс грунта на площадке;
- определяется средняя дальность перемещения грунта, составляется схема перемещения грунта на площадке;
- назначаются и обосновываются способы разработки, перемещения и уплотнения грунта;
- выбирается комплект машин и технологические схемы разработки, перемещения и укладки грунта при вертикальной планировке площадки;
- выбирается механизм для разработки грунта в котловане и транспортные средства для вывоза лишнего грунта из котлована;
- разрабатывается технологическая карту на отрывку котлована;
- составляется календарный график работ на строительной площадке;
- проводятся исследования для разработки предложений по совершенствованию технологии земляных работ
Особенность разработки грунта в мерзломсостоянии заключается в том, что при замерзании грунта механическая прочность его возрастает, а разработка затрудняется. Вода, с которой много неприятностей в теплое время года, в замерзшем состоянии становится союзником строителей.
Процессы возведения земляных сооружений систематически контролируют, проверяя:
- положение выемок и насыпей в пространстве (в плане и высотное);
- геометрические размеры земляных сооружений;
- свойства грунтов, залегающих в основании сооружений;
- свойства грунтов, используемых для устройства насыпных сооружений;
качество укладки грунта в насыпи и обратные засыпки (характеристики уложенных и уплотненных грунтов).
Постоянный контроль за качеством производства работ осуществляют инженерно-технические работники, операционный контроль производят с привлечением представителей геодезической службы и строительной лаборатории.
Подсчет объемов земляных работ выполняется в процессе проектирования и при производстве работ.
Земляное сооружение - выемку или насыпь - можно представить в виде геометрического тела, объем которого подсчитывается по известным правилам геометрии. Формулы для подсчета характерных земляных сооружений приводятся в справочниках по земляным работам. При обсчете объема земляного сооружения сложной конфигурации прибегают к его членению на простые геометрические фигуры и суммированию их объемов, либо пользуются приближенными методами подсчетов. При производстве и подсчете объемов работ отметки поверхности имеют следующие наименования:
красная - проектная отметка, под которую необходимо спланировать площадку или земляное сооружение;
черная - фактическая отметка поверхности земли до начала производства работ;
рабочая- это разность между красной отметкой (проектной) и отметкой поверхности земли, рабочие отметки определяют глубину выемки или насыпи. Основными исходными документами для подсчета объемов земляных работ служат продольные и поперечные профили сооружений, расположение отдельных фундаментов и зданий на плане с горизонталями.
Объем котлована с прямоугольными основаниями, имеющего откосы со всех четырех сторон, определяется, например, по преобразованной формуле: V = (Н/6) (аb + cd + (а + с)(b + d)), где Н - глубина котлована;
а и b - соответственно ширина и длина котлована по дну; с и d - то же, поверху.
Общий объем земляных работ при планировке площадок определяется как сумма всех частных объемов.
7.Монтаж подземной части здания является частью работ нулевого цикла.
В состав работ нулевого цикла входят:
• отрывка котлована с зачисткой основания под фундаменты;
• водоотвод и водопонижение;
• подготовительные работы к монтажу подземной части здания — устройство усиленного основания под самоходный кран;
• разбивка осей фундаментов в вырытом котловане;
• монтаж подземной части здания, включая фундаменты, фундаментные балки, стены подвалов;
• прокладка подземных коммуникаций водопровода, канализации, газопровода, теплосети, водостока, дренажа, телефонной канализации, электрокабелей;
• устройство бетонной подготовки под полы;
• монтаж перекрытия над подземной частью здания;
• гидроизоляция фундаментов и стен подвала;
• обратная засыпка пазух с уплотнением;
• подготовительные работы к монтажу надземной части здания — укладка подкрановых путей на усиленное основание и монтаж башенного крана.
Работы нулевого цикла базируются на технологиях переработки грунта и устройства земляных сооружений различных типов, форм и расположения по отношению к дневной поверхности. Работы нулевого цикла считаются завершенными после возведения подземной части здания со всеми необходимыми вводами в него, обеспечивающими без дальнейших разрытии строительство надземной части здания и ввод его в эксплуатацию. Стоимость работ нулевого цикла в среднем составляет до 20% общей стоимости строительства, а трудозатраты — до 30% общих трудозатрат.
Монтаж подземной части здания, включая фундаменты, фундаментные балки, стены подвалов;
Фундаменты стаканного типа.После подготовки основания размечают оси фундаментов, которые выносят на обноску с последующей разметкой осей на месте установки фундаментов. Для этого на обноске натягивают осевые струны и с помощью отвесов переносят точки их пересечения на дно котлованов и траншей.
Разметка положения фундаментов стаканного типа:
1— главные оси здания; 2 — обноска; 3 — гвозди, показывающие положение осей; 4 — шаблон; 5 — колышки, штыри
Во всех каркасных зданиях фундаменты стаканного типа имеют отрицательную отметку верхнего обреза — 0,15 м, что позволяет в удобное время устраивать бетонную подготовку под полы, а значит в полном объеме завершать работы нулевого цикла.
Фундаменты ленточного типа — блоки-подушки.Сборные ленточные фундаменты состоят из блоков двух типов, блоков-подушек, укладываемых в основание фундаментов и стеновых блоков, которые являются стенами подземной части зданий.
Разметка положения фундаментных подушек: 1 — обноска; 2 — торцевые фундаментные подушки; 3 — причалка
Монтаж блоков стен подвала.Раскладку фундаментных подушек и блоков стен подвала осуществляют в соответствии с технологической картой, по приведенной в ней схеме раскладки блоков, учитывающей необходимость оставления отверстий и проходов между ними для ввода через фундаменты в здание трубопроводов и кабелей. До начала монтажа стеновых фундаментных блоков на ленте фундаментных подушек размечают продольные и поперечные оси, используя для этих целей проволочные оси с обноски. По всей плоскости фундаментов, выровненной раствором и приведенной в горизонтальное положение, укладывают 1. 2 слоя гидроизоляции. При наличии подвальных этажей устраивают вертикальную гидроизоляцию и проводят мероприятия по утеплению их стен в соответствии с данными проекта. Монтаж перекрытия над подвалом начинают после установки перегородок, устройства вводов и выпусков подземных коммуникаций.
Особенности монтажа подземной части здания. Для монтажа подземной части здания могут быть использованы пневмоколесные, автомобильные, гусеничные краны, краны-нулевики и башенные краны, запроектированные для возведения надземной части здания.
Основные особенности работ:
• увязка с земляными работами — монтажный кран или спускают в котлован и для него устраивают въездной пандус или для крана оставляют достаточно широкую полосу для перемещения по кромке котлована;
• тщательность обратной засыпки грунта и послойного уплотнения, так как необходимо гарантировать устойчивость подкрановых путей, которые часто располагают и в зоне обратной засыпки грунта.
Характеристики и виды земляных сооружений
Подготовительные работы: отвод поверхностных вод от территории строительной площадки, понижение уровня грунтовых вод ниже проектной отметки дна котлована. При этом объем работ может быть значительным и величина его зависит от параметров сооружения. Кроме того, скальные, прочные и мерзлые грунты предварительно разрыхляют специальными механизмами.
Подготовительные работы выполняются с целью повышения производительности землеройной и транспортной техники и создания благоприятных условий для рабочих при выполнении основных работ.
Основная работа состоит из следующих процессов: разработки, перемещения и укладки грунта. Проведение землеройных работ, как правило, осуществляется землеройными машинами и механизмами - экскаваторами или землеройно-транспортными - бульдозерами, скреперами, грейдерами. Перемещение грунта на большие расстояния производится автомобильным транспортом, на небольшие - землеройно-транспортными машинами и механизмами. Укладка грунта может быть выполнена с применением вышеперечисленной техники с уплотнением его и созданием проектных параметров земляного сооружения.
Выполняются также вспомогательные работы:
- установка и разборка креплений вертикальных откосов выемки или насыпи,
- откачивание воды из выемки (водоотлив),
- выравнивание откосов, уплотнение грунта и т.п.
Перечисленный комплекс процессов обладает значительной трудоемкостью и стоимостью. Так, например, в промышленном строительстве землеройные работы составляют около 15% общей стоимости возводимого объекта и около 20% трудоемкости от общего объема работ. Сокращение объемов работ при планировке площадки достигается соблюдением нулевого баланса земляных масс, когда грунт из выемок полностью укладывается в полезные насыпи.
Кроме того, при проведении землеройных работ применяют наиболее эффективные по стоимости и трудоемкости методы производства и механизацию. Для этого необходимо прежде всего выбрать прогрессивную технологию с применением комплекта машин, механизмов и транспорта.
Проведение землеройных работ обычно осуществляется механизированным способом, однако при малых объемах, в стесненных условиях, где невозможно применение средств механизации, применяют ручной труд. Производительность ручного труда в 20-30 раз ниже механизированного, поэтому применение его должно быть обосновано.
Земляные сооружения - это инженерные сооружения, которые устраиваются в грунтовом массиве или возводятся из грунта на поверхности.
Классификация земляных сооружений
По сроку службы (продолжительности использования) - постоянные и временные. Постоянные сооружения - это составные элементы строящихся объектов и предназначены для нормальной их эксплуатации. К числу таких сооружений относятся каналы, выемки и насыпи автомобильных и железных дорог, дамбы гидротехнических сооружений, скважины для снабжения водой и т. п. Временные сооружения устраиваются при возведении заглубленной части зданий и сооружений, инженерных сетей. После этого они частично или полностью ликвидируются (рис.1)
По назначению - основные, вспомогательные и защитные. Комплекс этих сооружений наиболее характерен и необходим при строительстве и эксплуатации автомобильных и железных дорог, проезжая часть которых располагается в выемке или на насыпи. Так, в соответствии с рис. 2 к основным сооружениям относится дорожное полотно к защитным - нагорная канава, кавальер забанкетная канава банкет, берма и кювет, к вспомогательным - отвал и резерв грунта для ремонтно-восстановительных работ.
Виды временных земляных сооружений
Рис. 1. Виды временных земляных сооружений
а - траншея под ленточные фундаменты;
б - траншея под трубопровод;
1 - обратная засыпка; 2 - фундамент;: 3 - трубопровод
3 - забанкетная канава; 4 - банкет;
5 - берма; 6 - кювет; 7 - дорожное полотно;
8 - отвал грунта; 9 -резерв
В строительной терминологии часто применяются понятия "траншея„ и "котлован". Если длина выемки больше ее ширины не менее, чем в 10 раз, - это траншея, если эта пропорция не сохраняется - котлован. Как правило, траншеи устраивают для прокладки инженерных коммуникаций - канализации, водоснабжения, отопления и т.п. Котлованы разрабатывают для заглубленной части сооружений - фундаментов, подвальных и полуподвальных этажей, технических помещений и т.п.
Виды земляных сооружений
При строительстве зданий и сооружений выполняются различные земельные работы: планировка площадки, рыхление твердых или мерзлых грунтов, заглубление фундаментов, обратная засыпка, устройство постоянных, временных и вспомогательных сооружений. На рис.1, а, б, в - поперечные профили выемок; г, д - сечения подземных выработок; е, ж - профили насыпи; з, и - обратная засыпка.
Рис.1. Виды земляных сооружений. Земельные работы
I - поперечные профили выемок; а - траншея прямого профиля;
б - котлован (траншея) трапецеидальной формы; в - профиль постоянной выемки;
II - сечения подземных выработок; г - круглой; д - прямоугольной;
III - профили насыпи; е - временной; ж - постоянной;
IV- обратная засыпка; з - пазух котлована; и - траншеи; 1 - бровка откоса; 2 - откос;
3 - берма; 4 - основание откоса; 5 - дно выемки; 6 - банкет; 7 - нагорная канава
Постоянными называют земляные сооружения, которые после строительства эксплуатируются: каналы, дороги и т. п. Временные сооружения после производства работ ликвидируются: котлованы под фундаменты, траншеи под трубопроводы и т. д. Кюветы, водоотводные канавы и т.п. являются вспомогательными земляными сооружениями.
Временные выемки шириной до 3 м и длиной, значительно превышающей ширину, называются траншеями. Выемку, длина которой не превышает десятикратной ширины, называют котлованом. Котлованы и траншеи имеют дно и боковые стенки или откосы. Временные выемки под транспортные магистрали, шахты, штольни и т. п. земляные сооружения, закрытые с поверхности, называются подземными выработками. После устройства подземных сооружений и частей зданий грунт укладывают в пространство между боковой поверхностью сооружения и откосом котлована. Такую работу называют обратной засыпкой "пазух".
По трудоемкости выполнения земельные работы составляют до 20% всей трудоемкости возведения здания, поэтому земляные работы всегда стремились механизировать. В настоящее время до 97% объемов земляных работ в строительстве комплексно механизированы, однако при мелких рассредоточенных объемах работ, устройстве фундаментов в стесненных условиях, зачистке дна и откосов котлованов, устройстве дренажных канав в гористой местности еще применяется ручной труд. Поэтому основная задача при выполнении земляных работ - полностью исключить ручной труд.
Виды земляных сооружений. Подсчет объемов земляных работ
По продолжительности использования классифицируют земляные работы на постоянные и временные.
Постоянные земляные сооружения предназначены для эксплуатации на длительное время, к ним относятся – выемки и насыпи, спланированные площадки, земляное полотно дорог, плотины, водосборные канавы, гидротехнические сооружения, ирригационные и мелиоративные оросительные и осушительные каналы, пруды.
Временные земляные сооружения устраиваются для выполнения таких строительно-монтажных работ как выемка для укладки подземных сетей, размещение котлованов и траншей предназначенных для устройства фундаментов.
Существуют земляные сооружения под такими названиями как:
шурф – выемка с небольшими размерами в плане и достаточно глубокая;
насыпь – сооружение состоящее из насыпного и уплотненного грунта;
котлован – широкая выемка, мало отличавшаяся от длины;
резерв – специальное место вне строительной площадки для разработки грунта;
кавальер – насыпь из лишнего грунта, имеет правильную форму;
отвал – место осыпи лишнего грунта;
траншея – выемка с шириной меньшей по сравнению с ее длиной.
Подсчёт объёмов земляных работпо устройству выемок (котлованов, траншей) и насыпей при известных размерах достаточно прост. При сложных формах выемок и насыпей их разбивают на ряд более простых геометрических тел, которые затем суммируют. Подсчёт объёмов земляных работ необходим для того, чтобы обоснованно выбрать методы и средства их выполнения, установить необходимость отвозки или возможность распределения вынутого из котлованов или траншей грунта на прилегающей территории и последующего его использования для устройства обратных засыпок, определить стоимость и продолжительность производства земляных работ.
Определение объёмов котлованов. Уточнив по приведённым выше формулам размеры котлована понизу Вк и Lк, назначив крутизну откосов m и зная глубину котлована H, определяют размеры котлована поверху Bкв, Lкв и затем вычисляют объём грунта, подлежащего разработке при устройстве котлована.
Рис. 11.4 Схема для определения объёмов земляных работ при устройстве котлованов различной формы, траншей, насыпей:а, б, в - котлованы прямоугольные, многоугольные, круглые; г - траншея с откосами; д - насыпь |
Объём котлована Vк прямоугольной формы с откосами (рис. 11.4, а) определяют по формуле опрокинутой усечённой пирамиды (призматоида):
Vк = H/6*,
где Bк и Lк - ширина и длина котлована по дну, м; Bкв и Lкв - то же, поверху; H - глубина котлована,
Объём котлована, имеющего форму многоугольника с откосами (рис. 11.4, б),
Vк = H/6*(F1 + F2 + 4Fср),
где F1 и F2 - площади дна и верха котлована, м; Fср - площадь сечения по середине его высоты, м2.
Объём квадратного котлована с откосами определяют по формуле опрокинутого призматоида:
Объём круглого в плане котлована с откосами (рис. 11.4, в) определяют по формуле опрокинутого усечённого конуса:
где R и r - радиусы верхнего и нижнего оснований котлована.
Котлованы для сооружений, состоящих из цилиндрической и конической частей (радиальные отстойники, метантенки и др.), которые обычно возводятся группами, т.е. по несколько в одном котловане, отрывают в два этапа: вначале устраивают общий прямоугольный котлован с размерами Bк, Lк понизу и Bкв, Lкв поверху от отметки заложения их цилиндрической частей, а затем делают углубления для конических частей сооружения. Соответственно и объёмы земляных работ определяют в два этапа: вначале рассчитывают объём общего прямоугольного котлована по приведённым выше формулам, а затем объём конических углублений с использованием приведённой формулы усечённого конуса.
При расчётах объёмов земляных работ следует также учитывать объёмы въездных и выездных траншеё:
где Н - глубина котлована в местах устройства траншей, м; b - ширина их понизу, принимаемая равной при одностороннем движении 4,5 м и при двухстороннем - 6 м; m - коэффициент откоса (уклона) въездной или выездной траншеи (от 1: 10 до 1 : 15).
Общий объём котлована с учётом въездных и выездных траншей: Vобщ = Vк + nVв.тр.,
где Vк - объём собственно котлована, м3; n - количество въездных и выездных траншей; Vв.тр. - их объём, м3.
Из общего объёма котлована следует выделить объём работ по срезке растительного слоя, которую обычно производят бульдозером или скрепером, а также объём работ по срезке недобора, который оставляют у дна котлована, разрабатываемого экскаватором, чтобы не нарушить целостность и прочность грунта у основания, на которое опирается сооружение.
Объём срезки растительного слоя можно определить по формуле:
Vс = Vск + Vср,
где Vск - объём срезки грунта в пределах котлована, м3; Vср - то же, в пределах рабочей зоны, м3.
Vск = BквLквtс,
где Bкв, Lкв - ширина и длина котлована поверху, м; tс - толщина срезаемого слоя, принимаемая равной 0,15-0,20 м.
Vср = B*l,
где B - ширина рабочей зоны на берме котлована, необходимая для складирования материалов, конструкций и движения строительных машин, принимаемая равной 15-20 м; l - протяженность рабочей зоны, м.
Объём работ по зачистке недобора по дну котлована равен:
Vз.к = BкLкhн, где Bк, Lк - ширина и длина котлована понизу, м; hн - толщина недобора, м.
Толщина недобора при отрывке котлованов одноковшовыми экскаваторами определяют в зависимости от вида рабочего оборудования экскаватора и вместимости его ковша по табл. 11.5.
Для определения объёмов траншей продольный профиль траншеи делят на участки с одинаковыми уклонами, подсчитывают объёмы грунта для каждого из них и затем суммируют.
Объём траншеи с вертикальными стенками
Vтр = Bтр(H1 + H2)L/2 или Vтр = (F1 + F2)L/2,
где Bтр - ширина траншеи; H1 и H2 - глубина её в двух крайних поперечных сечениях; F1 и F2 - площади этих сечений; L - расстояние между сечениями.
Объём траншеи с откосами (рис. 11.3, д) можно определить по вышеприведённой формуле, при этом площади поперечных сечений
5. Величина заложения откосов выемок
Заложение откосов — обеспечение устойчивости земляных сооружений (насыпей, выемок). Крутизна откосов характеризуется отношением высоты земляного сооружения к заложению, т.е. коэфф. откоса. Крутизна откоса сооружения зависит от угла естеств. откоса грунта, при к-ром он находится в состоянии пред. равновесия. На угол естеств. откоса влияет угол внутр. трения, сцепления и давления вышележащего слоя грунта. При отсутствии сцепления пред. угол естеств. откоса равен углу внутр. трения. В фунтах, имеющих сцепление, угол естеств. откоса изменяется от максим, величины в верхней части выемки или насыпи до миним. — в нижней, приближаясь к углу внутр. трения. В связи с этим З.о. высоких насыпей, выемок осуществляется с перем. крутизной, с более пологим очертанием внизу. Откосы насыпей постоянных земляных сооружений делают более пологими, чем откосы выемок. Более крутые откосы допускаются при устройстве врем, котлованов и траншей. Напр., при суглинистых грунтах и глубине выемок до 3 м в постоянных сооружениях крутизна З.о. принимается 1:1,25; в постоянных насыпях — 1:1,5; в котлованах и траншеях—1:0,67
Виды земляных сооружений
В промышленном и гражданском строительстве земляные работы приходится выполнять при устройстве котлованов и траншей под фундаменты и подземные коммуникации, при возведении земляного полотна дорог, а также планировке площадок.
Выемки и насыпи, получаемые в результате разработки и перемещения грунта, называют земляными сооружениями. Они имеют следующие названия:
котлован — выемка шириной более 3 м и длиной не менее ширины;
траншея — выемка шириной менее 3 м и длиной, многократно превышающей ширину;
шурф — глубокая выемка с малыми размерами в плане;
насыпь — сооружение из насыпного и уплотненного грунта;
резерв — выемка, из которой берут грунт для возведения насыпи;
кавальер - насыпь, образуемая при отсыпке ненужного грунта, а также создаваемая для его временного хранения.
Земляные сооружения бывают:
· постоянные — насыпи дорог, плотины, дамбы, ирригационные и мелиоративные каналы, водоемы, планировочные площадки жилых кварталов, промышленных комплексов, стадионов, аэродромов и т. д.
· временные — выемки для прокладки подземных коммуникаций и устройства фундаментов, насыпи для временных дорог.
В зависимости от назначения земляных сооружений к ним предъявляют различные требования в отношении крутизны и тщательности отделки откосов, степени уплотнения и фильтрующей способности грунта, его устойчивости к размыванию и других механических свойств.
2 Способы обеспечения устойчивости земляных
Обеспечение устойчивости земляных сооружений является важнейшим требованием, предъявляемым к ним. Чтобы её обеспечить, земляные сооружения возводят с откосами необходимой крутизны. Крутизна откоса выемки или насыпи зависит главным образом от угла естественного откоса грунта. Её принимают в зависимости от глубины выемки или высоты насыпи, свойств грунта, их влажности, характера сооружений (постоянные или временные) и других факторов. Наибольшая допустимая крутизна откосов котлованов и траншей глубиной до 5 м, отрываемых в нескальных грунтах выше уровня грунтовых вод (УГВ) или в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, регламентируемого СНиПами.
При напластовании различных видов грунтов (кроме растительного) крутизну откоса для всех пластов назначают по более слабому грунту (с меньшей крутизной).
Для отрывки выемок глубиной более 5 м крутизна откоса устанавливается по расчету исходя из значений угла внутреннего трения (сигма) и удельного сцепления грунта (с) с учётом нагрузки на берме откоса.
Однако не всегда имеется возможность отрывки котлована или траншей с наклонными откосами необходимой крутизны, чтобы обеспечить их устойчивость. Такое, в частности, может быть при отрывке выемок в стеснённых условиях городской застройки и тогда приходится их отрывать с вертикальными откосами.
Для предотвращения обрушения вертикальных стенок необходимо устраивать их временное крепление. При этом необходимо иметь в виду, что без креплений вертикальных стенок траншей и котлованов, расположенных выше УГВ, допускается при глубине их не более, м:
в песчаных и крупнообломочных грунтах | 1,0 |
в супесях | 1,25 |
в суглинках и глинах (кроме очень прочных) | 1,5 |
в очень прочных суглинках и глинах | 2,0 |
Способы и конструкции креплений вертикальных стенок котлованов и траншей зависят от их глубины и размеров, физических и гидрогеологических свойств грунтов, наличия динамических нагрузок у краёв выемки (от машин и механизмов) и принятых способов последующих работ (монтажа строительных конструкций, труб и т.п.).
В зависимости от конструктивного решения различают крепления следующих типов: распорные, консольные, консольно-распорные, консольно-анкерные, подкосные. Тип крепления выбирают в зависимости от назначения и размеров выемки, свойств грунтов, величины притока грунтовых вод и условий производства работ.
3 Основные способы разработки грунтов
Грунт при строительстве разрабатывают тремя основными способами: способом резания, гидромеханическим и взрывным способом.
Выбор того или иного способа преимущественно зависит от вида земляного сооружения и его размеров, вида грунта и гидрогеологических условий.
При разработке грунта и устройстве земляных сооружений любым из перечисленных выше способов используют соответствующий комплект машин, работающих в определенной технологической взаимосвязи. Комплект машин должен обеспечивать выполнение всех процессов непрерывным и равномерным потоком в течение всего времени производства работ при максимальной загрузке всех участвующих машин.
Машина, выполняющая основной объем работ, является ведущей. В зависимости от ее производительности определяют число и мощность других входящих в комплект машин.
Выбор машин основан на технико-экономическом расчете, позволяющем определить наиболее эффективное сочетание машин по стоимости и трудозатратам.
Разработка грунта резанием. Разработку грунта резанием осуществляют с использованием землеройных и землеройно-транспортных машин.
Землеройные машины режут грунт и перемещают его на небольшие расстояния с выгрузкой в отвал или на транспортные средства. К этим машинам относят экскаваторы различных типов — одноковшовые (прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер), многоковшовые (цепные и роторные) и фрезерные.
Наибольшее применение в строительстве вследствие своей универсальности и хорошей маневренности получили одноковшовые экскаваторы с вместимостью ковша 0,15. 2 м3.
В зависимости от ходового устройства экскаваторы разделяют на гусеничные, пневмоколесные, автомобильные и шагающие с гидравлической, пневматической или электрической системой управления.
Они имеют комплект сменного оборудования, включающий прямую и обратную лопату, драглайн и грейфер (рис.7).
Рис. 7. Одноковшовые экскаваторы со сменным рабочим оборудованием: а—прямая лопата; б—обратная лопата; в—драглайн; г—грейфер; д—кран; е—сваебойный копер; ж—струг; з—планировщик откосов; и—рыхлитель грунта.
Кроме того, одноковшовые экскаваторы могут быть оснащены грузовым крюком, сваебойным оборудованием, стругом, приспособлением для планировки откосов и другими специальными устройствами.
Прямая лопата (рис.7,а) представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем, жестко насаженный на рукоять, которая шарнирно соединена со стрелой. Опорожняют ковш, открывая его днище.
Экскаваторы с прямой лопатой используют при разработке грунта I. III групп, чаще, с погрузкой в транспортные средства, реже при отсыпке в отвал.
Такой экскаватор разрабатывает грунт, находящийся выше уровня его стоянки и поэтому всегда находится внизу котлована.
Обратная лопата (рис. 7,6) -это открытый снизу ковш с режущим передним краем, жестко насаженный на рукоять, которая шарнирно соединена со стрелой. Грунт разгружают, опрокидывая ковш.
Рабочая зона экскаватора с обратной лопатой расположена ниже горизонта стояния, что позволяет разрабатывать переувлажненный грунт. Экскаватор особенно удобен при разработке котлованов небольшой глубины.
Ковш драглайна (рис. 7,в) имеет гибкую канатную подвеску, с помощью которой его крепят к удлиненной стреле кранового типа и забрасывают в выемку на расстояние, несколько превышающее длину стрелы.
К ковшу крепят также тяговый канат, позволяющий осуществлять наполнение и опорожнение ковша.
Драглайном можно разрабатывать грунты, находящиеся под слоем воды. Наибольшей производительности его достигают при работе в отвал, так как гибкая подвеска затрудняет наводку ковша при погрузке в транспортные средства.
Грейфер (рис. 7,г) представляет собой ковш с двумя или более челюстями, смыкающимися с помощью индивидуального канатного или гидравлического привода. Его, как и ковш драглайна, навешивают, используя систему канатов на удлиненную стрелу крана. С помощью грейфера можно разрабатывать выемки с вертикальными стенками. Применяют грейфер при разработке грунтов малой плотности (I и II групп), выемке песка и гравия из-под воды, а также на погрузочно-разгрузочных работах.
Место работы экскаватора называют экскаваторным забоем, параметры которого зависят от марки экскаватора, вида транспорта и принятой схемы разработки грунта.
Высота (глубина) забоя должна обеспечивать заполнение ковша экскаватора за одно черпание. Если высота забоя относительно мала (например, при разработке планировочной выемки), то целесообразно использовать; экскаватор вместе с бульдозером. Последний разрабатывает грунт и перемещает его к рабочему месту экскаватора, обеспечивая для него достаточную высоту забоя.
Применение рациональных приемов работы в правильно назначенном забое позволяет обеспечить наивысшую производительность машин при минимальной себестоимости земляных работ.
Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами. Разработку грунта экскаваторами с прямой лопатой ведут лобовой и боковой проходкой. В лобовом забое (рис. 8,а,б,в) экскаватор разрабатывает грунт впереди себя и грузит его на транспортные средства, подаваемые к экскаватору сзади по дну забоя то с одной, то с другой стороны от оси проходки.
В боковом забое (рис. 8,г) экскаватор разрабатывает грунт по одну сторону от оси проходки и грузит его на транспортные средства, подаваемые по другую сторону.
Глубокие выемки разрабатывают в несколько ярусов. За ярус принимается высота забоя данного типа экскаватора.
Рис. 8. Схема разработки котлованов одноковшовыми экскаваторами.
а - лобовая проходка прямой лопаты с односторонней погрузкой грунта в самосвалы;
б - то же, с двухсторонней погрузкой,
в - то же, с зигзагообразным перемещением экскаватора,
г - боковая проходка,
д. - торцовая проходка обратной лопаты или драглайна;
е - то же, при большей ширине котлована,
ж - то же, с зигзагообразным перемещением экскаватора,
з. - боковая проходка,
и — продольно-челночная проходка драглайна
Обратной лопатой экскаватор разрабатывает грунт «на себя» с торцовой или боковой проходкой. При торцовом забое (рис. 8,д,е,ж) экскаватор перемещается по оси отрываемой им траншеи или котлована, попеременно разрабатывая грунт то с одной, то с другой стороны в зависимости от того, куда подходят транспортные средства. Если грунт разрабатывают с одной стороны оси движения экскаватора, то образуется боковой забой (рис. 8,з).
Экскаваторы с обратной лопатой целесообразно применять для отрывки траншей и котлованов глубиной до 6 м.
Экскаватор, оборудованный драглайном, разрабатывает грунт аналогично экскаватору с обратной лопатой. Но более эффективной схемой разработки является челночная, так как ковш драглайна имеет гибкую подвеску. При этой схеме транспортные средства подходят по дну котлована и угол поворота экскаватора при выгрузке грунта будет минимальным (рис. 8,и).
Разработка грунта многоковшовыми экскаваторами.Многоковшовые экскаваторы являются машинами непрерывного действия и отличаются высокой производительностью. Рабочим органом у них являются ковши, насаженные через равные интервалы на замкнутой цепи или колесе (ротор), в зависимости от чего различают экскаваторы цепные и роторные (рис. 9).
Рис. 9. Разработка грунта многоковшовыми экскаваторами а - цепным; б - роторным
По характеру перемещения рабочего органа относительно направления движения экскаваторы бывают продольного и поперечного черпания. Экскаваторы продольного черпания (цепные и роторные) используют для устройства траншей небольших размеров; экскаваторы поперечного черпания — для разработки котлованов и траншей большого сечения, планировки откосов, при работе в карьерах. При устройстве траншей вдоль трассы выполняют планировку поверхности бульдозером на ширину хода многоковшового экскаватора. Экскаваторы непрерывного действия способны разрабатывать грунты I. III групп, не содержащие камней, пней и крупных включений.
Разработка грунта землеройно-транспортными машинами. Землеройно-транспортные машины за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь или кавальер и возвращаются в забой порожняком. Основными землеройно-транспортными машинами являются скреперы, бульдозеры и грейдеры.
Скреперы отличает высокая производительность. Их используют при разработке котлованов и на планировочных работах в грунтах I. IV групп. Плотные грунты перед разработкой скрепером предварительно рыхлят. Толщина разрабатываемого за один проход слоя грунта зависит от мощности скрепера и составляет 120. 320 мм.
Рабочим органом скрепера является ковш с ножевым устройством, расположенным в нижней его части, которым при движении осуществляют послойное резание грунта с одновременным перемещением его в ковш. Разгружают ковш с одновременным разравниванием грунта слоем толщиной 220—550 мм также при движении скрепера.
Скреперы бывают прицепными с вместимостью ковша 2,25. 10 м3, работающие в сцепе с трактором-тягачом, и самоходными с вместимостью ковша 8 м3 и более. Самоходные скреперы являются более совершенными машинами. Они обладают хорошей маневренностью и высокой скоростью передвижения.
Схема работы скрепера зависит от взаимного расположения выемок и насыпей. Простейшей является схема работы по эллипсу (рис. 10,а). Но в этом случае машина делает поворот только в одну сторону, что приводит к неравномерному износу рабочих частей скрепера. Для устранения этого явления используют схему работы скрепера по «восьмерке» (рис. 10,6).
Рис. 10. Схема разработки грунта скреперами а—проходка по эллипсу; б—то же, по восьмерке; в—сдвоенная проходка по эллипсу при двух насыпях; г—то же, при двух выемках; 1—участок загрузки; 2—груженый скрепер; 3—участок разгрузки; 4—порожний скрепер
Эта схема в два раза уменьшает число полных разворотов скрепера, что повышает его производительность.
При чередовании насыпи и выемки наиболее эффективной схемой работы скрепера является сдвоенная проходка (рис. 6.10.в.г). Дальность транспортировки грунта прицепными скреперами - до 1000 м, самоходными - до 3000 м.
Бульдозерами разрабатывают грунт в неглубоких и протяженных выемках и резервах для перемещения его в насыпь на расстояние до 100 м. Бульдозерами также обваловывают, разравнивают и планируют грунт, зачищают дно котлованов после экскаваторной разработки. Они часто входят в комплект оборудования, обеспечивающего комплексную механизацию земляных работ, разравнивая грунт, доставляемый различными транспортными средствами.
Разработку выемок бульдозером ведут ярусами, равными толщине слоя, снимаемого за один проход. При этом обеспечивают работу бульдозера под уклон.
На планировочных работах грунт разрабатывают преимущественно траншейным или послойным способом.
В первом случае ярусы глубиной 400. 500 мм разрабатывают траншеями шириной в отвал бульдозера, оставляя между ними нетронутый грунт полосами 400. 600 мм (рис. 11,а). Их срезают бульдозером в последнюю очередь.
Рис. 11. Схема разработки грунта бульдозерами траншейным (а) и послойным (б).
При послойном способе грунт разрабатывают слоями, на толщину снимаемой стружки за один проход бульдозера, последовательно по всей ширине выемки или отдельной ее части (рис. 11,6).
При дальности перемещения грунта более 40 м применяют способ разработки с промежуточным валом, а также спаренную работу двух бульдозеров. Отсыпку грунта в насыпи ведут послойно, начиная с более удаленной точки от места забора.
Грейдерами осуществляют планировку территории, устройство откосов земляных сооружений и протяженных насыпей высотой до 1 м, профилируют дорожное полотно, отрывают кюветы. Плотные грунты перед их разработкой грейдером рыхлят тракторным рыхлителем или плугом. Грейдеры используют при перемещении грунта на небольшие расстояния.
Земляные сооружения. Виды земляных сооружений.
Земляные сооружения характеризуются тем, что имеют горизонтальную привязку на местности, высотные отметки, размеры, величину временных или постоянных грунтовых откосов.
Виды земляных сооружений:
- выемки — котлованы, траншеи, скважины, а также специальные сооружения: рудники, карьеры, каналы,
шахты (угольные, ракетные); - насыпи — плотины, дамбы, дорожное полотно
- обратные засыпки — пазухи котлованов , засыпка
траншей; - спланированные площадки ;
- технологические подсыпки — искусственные основания;
- усиленные естественные основания — уплотнением; уплотнением тяжелыми трамбовками; уплотнение замачиванием грунта; закрепление грунта химическими агентами.
Земляные сооружения присутствуют при возведении любых зданий и сооружений (жилых, промышленных, инженерных сооружений), из любых материалов (дерево, кирпич, железобетон, сталь). Качество выполнения данного процесса в значительной мере определяет прочность и долговечность здания в целом.
Качественно выстроенное здание может разрушиться от просадок грунтового основания в результате неверно выполненной обратной засыпки; в результате неравномерных деформаций фунта под фундаментом при замачивании или от промораживания открытого дна котлована. По этим же причинам происходят протечки подземных секционных трубопроводов из керамических и бетонных труб.
Особенности возведения земляных сооружений:
- большое разнообразие материалов (грунтов) и их физико-механических характеристик (влажность, засоленность и т.д.);
- разнообразие природно-климатических условий (сухой и жаркий климат, сезонные отрицательные температуры, условия многолетнемерзлых грунтов (вечная мерзлота);
- сложность точного подсчета объема фунта, реально вынутого из конкретного земляного сооружения.
Процесс возведения земляных сооружений:
Процесс является комплексным и включает ряд простых строительных процессов:
Виды земляных сооружений
Земляные работы в промышленном и гражданском строительстве выполняют при устройстве траншей и котлованов, земляного полотна дорог, изменении природного рельефа местности.
В результате разработки грунта образуются различные виды земляных сооружений.
В зависимости от сроков эксплуатации сооружения разделяются на постоянные и временные.Временные земляные сооружения возводят на период строительства зданий и сооружений. Например, котлован под здание, траншея для прокладки инженерных сетей и др.
Постоянные сооружения предназначены для эксплуатации в течение продолжительного времени. Например, земляное полотно дороги, дамба, плотина, туннели и т. д.
Котлован – это выемка, длина которой не превышает десятикратной её ширины (рис. 1а).
Траншея – это выемка, имеющая, ширину до 3 м, и длину, значительно превышающую ширину (рис. 1б).
Основание котлованов и траншей носит название дна, боковая поверхность – откос или вертикальная стенка; у откоса боковая поверхность имеет наклон.
После возведения подземных конструкций зданий и сооружений, производится обратная засыпка пространства между боковой поверхностью подземной части здания и откосом котлована (пазух) грунтом – обратная засыпка.
Читайте также: