Земляные работы

ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ

ВИДЫ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ И СООРУЖЕНИЙ

Земляные работы выполняют при постройке зданий и сооружений. В связи с большой трудоемкостью земляных работ они должны выполняться с помощью машин и механизмов. Только при малых объемах земляных работ и при наличии особых условий строительства, когда невозможно применять механизмы, допускается ручная разработка грунта.

Если земляные работы ведут вблизи действующих подземных коммуникаций (кабелей, паропровода, водопровода и др.), то грунт разрабатывают только после принятия необходимых мер полного сохранения этих коммуникаций: отшурфовки их вручную, временного крепления или подвески, установления границ допускаемого приближения к ним механизмов, соответствующего инструктажа рабочих, установки предупредительных знаков и др. Для производства земляных работ необходимо получить письменное разрешение от организаций, ответственных за эксплуатацию подземных коммуникаций.

В состав земляных работ входит разработка выемок или возведение насыпей с целью создания земляных сооружений, которые подразделяются на постоянные и временные.

К постоянным земляным сооружениям относятся: выемки для каналов, дорог, хранилищ (силосные траншеи, навозохранилища и др.), насыпи для дорог, дамб, плотни, запруд, а также выемки и насыпи, выполняемые при планировке площадок на территории строительства.

К временным земляным сооружениям относятся выемки для возведения фундаментов зданий и сооружений, траншей для инженерных сетей -- водопровода, канализации, телефонизации, теплофикации, газовых сетей и сооружений.

Выемки шириной более 3 м называют -- котлованами; узкие выемки, отрываемые для ленточных фундаментов, а также инженерных сетей, -- траншеями или рвами, специальные выемки, отрываемые для добычи грунта, -- резервами, а специальная насыпь, служащая для отсыпки излишнего грунта, -- кавальерами.

К постоянным земляным сооружениям предъявляется ряд требований, общими из которых являются: прочность основания, устойчивость откосов, сопротивляемость атмосферным воздействиям (дождю, снегу, морозам и размывающему действию вод). Насыпи плотин и дамб не должны допускать фильтрации воды через свое тело и основание. Временные выемки и насыпи должны иметь устойчивые откосы в период кладки фундаментов, укладки труб и т. д.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ

Из многих факторов, влияющих на технологию производства и стоимость земляных работ, основными являются физические и механические свойства грунтов. Грунтами в строительстве называют горные породы и почвы, представляющие собой сложное тело, состоящее из минеральных частиц и органических примесей. Грунтовый скелет состоит из песчаных, пылеватых и глинистых частиц, содержание которых, выраженное в процентах, характеризует состав и свойства грунта. Скальные грунты состоят из каменных горных пород различной крепости и пористости.

К основным физическим свойствам грунтов относятся: удельная и объемная масса, плотность (степень заполнения объема грунта твердым веществом), влажность, влагоемкость (водопоглощаемость), пористость, угол естественного откоса, водопроницаемость и угол внутреннего трения.

Основными механическими свойствами грунтов являются: прочность, твердость (сопротивление прониканию твердого тела), пластичность (способность грунта под действием внешних сил изменять свои размеры и форму без образования трещин), размываемость (способность оказывать сопротивление разрушающему действию воды) и разрыхляемость.

Наибольшее влияние на выбор методов производства работ, устойчивость земляных сооружений оказывает прочность и разрыхляемость грунтов, а также угол их естественного откоса. Прочность грунта характеризуется степенью сил сцепления между его частицами. Величина сцепления частиц в нескальных грунтах меняется в зависимости от степени влажности грунта. По ЕНиР все грунты делятся на группы в зависимости от трудоемкости их разработки, способов производства и применяемых машин и механизмов. Так, по трудоемкости разработки вручную и буровзрывным способом все грунты делят на 2 группы, разрабатываемые одноковшовыми экскаваторами -- на 6 групп, бульдозерами -- на 3 группы и т. д.

В процессе разработки естественная структура грунта нарушается, и он из плотного состояния переходит в разрыхленное (при этом вместе с объемом увеличивается пористость грунта). Величина характеризующая изменение объема грунта при его. разработке, называется коэффициентом первоначального разрыхления -- Кр, который определяется отношением объема грунта в насыпи к объему этого же грунта в плотном теле (в естественном состоянии). Уложенный в насыпь грунт под действием собственной массы, климатических факторов либо механического воздействия (укатки, трамбования) уплотняется, но плотности в естественном состоянии все равно не достигает. Последнее характеризуется коэффициентом остаточного разрыхления -- /С0.р, который определяется отношением объема уплотненного и слежавшегося грунта к объему этого же грунта в плотном теле

Указанный в табл. коэффициент /(р учитывают при определении емкости транспортных средств во время перевозки грунта, а /^ор--При назначении величины запаса на осадку насыпей, возводимых без уплотнения грунта.

Нормы уплотнения грунтов для различных сооружений характеризуются коэффициентом стандартного уплотнения грунтов. Устойчивость грунтовых откосов характеризуется углом естественного откоса грунта (табл. 1.3) и зависит от сцепления его частиц между собой. Угол естественного откоса грунта в значительной степени зависит от его влажности.

Устойчивость грунта, часто определяет безопасность работы землеройных машин в, отношении оползней.

Сопротивление грунта резанью и копанию измеряется усилием (Па), приходящимся на 1 см2 стружки грунта, снимаемой ножом ковша землеройной машины. При копании это усилие представляет собой сумму всех сопротивлений, возникающих при наполнении ковша экскаватора, а при резании -- только сопротивление от срезании стружки грунта.

В зависимости от трудности и трудоемкости разработки грунтов механизированным способом их делят на четыре группы:

· песок, супесь, рыхлый лесс, торф без корней, мелкий гравий, галька и другие несвязанные грунты;

· слежавшаяся глина, торф с корнями, крупный гравий, предварительно разрыхленный песчаный и супесчаный грунт;

· жирная и ломовая глина, отвердевшие солончаки и другие грунты с большой связью;

· предварительно разрыхленные скальные грунты, мягкий гипс, опоки, слабый трепел, предварительно разрыхленные глинистые и суглинистые мерзлые грунты.

При разработке грунтов все их группы применяют для нормирования работ одноковшовых экскаваторов. Для многоковшовых экскаваторов и скреперов пригодны только первые две группы грунтов, которые они могут разрабатывать. Для бульдозеров применимы три первых группы грунтов. Для нормирования ручных земляных работ также применимы первые три группы грунтов.

При расчетах выработки грунта за единицу времени степень разрыхления грунтов учитывается коэффициентами первичного и остаточного разрыхления грунта, которые приведены в ЕНиР.

Крутизна (или коэффициент) откосов постоянных выемок и насыпей зависит от угла естественного откоса грунтов, а также от величины давления вышележащих слоев насыпи. Уклон характеризуется коэффициентом откоса (tn), который равен отношению высоты откоса к его заложению

Крутизну откосов котлованов и траншей глубиной более 5 м при любых гидрогеологических условиях или глубиной менее 5 м при неблагоприятных гидрогеологических условиях (оползни, просадки, грунтовые воды и т. п.), а также для постоянных земляных сооружений устанавливает проект.

Очень часто при рытье глубоких траншей и котлованов, особенно в стесненных условиях, устраивать откосы невозможно. В этих случаях траншеи и котлованы роют с вертикальными стенками и крепят их стены от обрушения. Установка креплений также обязательна при влажных грунтах и наличии грунтовых вод, так как даже пологие откосы могут сползти из-за разжиженности грунта.

При отсутствии грунтовых вод и в грунтах естественной влажности глубина выемок без крепления не должна превышать: в насыпных, песчаных и гравелистых--1 м; в супесях -- 1,25 м; в суглинках и глинах--1,5 м; в особо плотных нескальных -- 2 м. Во всех остальных случаях вертикальные стенки траншей и котлованов глубиной до 3 м крепят способом, указанным ниже.

Для узких траншей глубиной до 4 м в сухих грунтах применяют горизонтально-рамное крепление, состоящее из стоек, горизонтальных досок или дощатых (сплошных и полусплошных) щитов и распорок, прижимающих доски или щиты к стенам траншеи. Распорки устраивают по длине траншеи па расстоянии 1,5-- 1,7 м одна от другой и по высоте через 0,6--0,7 м.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМОВ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Объем земляных работ определяют проектировщики во время разработки проекта организации строительства (ПОС). Объемы земляных сооружений правильной геометрической формы можно определить по формулам геометрии. В условиях пересеченного рельефа земной поверхности такой подсчет усложняется. Для практических. целей применяют способы подсчетов, объемов земляных сооружений с различной степенью точности и приближения к действительности.

Объемы земляных работ при отрывке котлованов или при устройстве насыпей с параллельными основаниями многоугольного очертания определяют по площади поперечных сечений и подсчитывают по формуле Симпсона.

где // -- глубина котлована пли расстояние между основаниями, м; F\ -- площадь многоугольника верхнего основания, м2; F% -- площадь многоугольника нижнего основания, мг;

F-- площадь среднего сечения призматоида, параллельная крайним основаниям, м2.

Для подсчета объема котлована с прямоугольными, основаниями формула Симпсона может быть представлена в следующем виде:

V = H |(afc-f cd+a-j-c) [b-\-d)\:Q, где

Fi=ab- F,^cd\ F = (a+c):2(6+rf):2.

Объемы земляных работ на больших площадях можно определять по трехгранным или четырехгранным призмам (средняя отметка квадрата).

Планируемый участок с нанесенными на нем горизонталями разбивают на ряд квадратов со стороной от 10 до 100 м в зависимости от величины планируемой площади, рельефа местности и требуемой точности подсчетов.

В углах каждого квадрата интерполяцией по горизонталям определяют и проставляют отметки поверхности земли Н (черные отметки) с числовым индексом, у которого первая цифра означает номер горизонтального ряда, а вторая -- порядковый номер точки в горизонтальном ряду, например: Нц, Н& и т. д.

В том случае, когда отметка планировки Нпя задана, приступают к подсчету объемов призм, лежащих в выемке и в насыпи, предварительно определив рабочие отметки. Величина рабочей отметки есть разность между проектной и черной отметками.

Рабочие отметки, лежащие выше проектной плоскости планировки (выемки) принято считать положительными ( + ). а лежащие ниже проектной плоскости планировки (насыпи) -- отрицательными (--).

Объем выемок и насыпей получается суммированием объемов отдельных призм.

Имеет место, когда при планировании территории под горизонтальную плоскость требуется определить отметку планировки, исходя, из условия равновесия объемов выемки и насыпи, т. е. нулевого баланса земляных масс.

При планировке площадок может быть избыток (положительный баланс) или недостаток (отрицательный баланс) грунта. Для получения нулевого баланса требуется, когда это возможно, при распределении избыточного или недостаточного объема отметку планировки #0 в первом случае повысить ( + ), а во втором -- понизить (--) на величину v'/maz, распределив избыток или недостаток грунта v' на всю планируемую площадь таг.

Рабочие отметки +ft в выемке и --h в насыпи определяют по черным отметкам #черн и красным отметкам //0 планировочной плоскости

Для определения объемов работ по методу квадратов, объемы четырехгранных призм, целиком лежащих в выемке или в насыпи, определяют по средней рабочей отметке

Квадраты, пересекаемые линией нулевых работ и имеющие в одной своей части выемку, а в другой -- насыпь, подсчитывают по формулам: в насыпи в выемке или по формулам:

V=bc:2(h-f:3); V =(a2 -- bc):2 (h.,

Для правильного выбора методов производства работ составляется баланс грунта, т. е. ведут расчет, устанавливающий соотношение между объемами выемок и насыпей. Балансом землянйх масс проверяют правильность назначения проектных отметок. При больших расстояниях перемещения грунта из выемки в насыпь может оказаться, что более целесообразно уложить этот грунт в кавальер и возводить насыпь из резерва грунта. В этом случае следует руководствоваться соотношением

где Св-- стоимость разработки 1 м3 выемки с укладкой грунта я кавальер; Свр -- стоимость возведения 1 м3 насыпи из резерва;

Стр-- стоимость разработки выемки, транспортирования и укладки в насыпь 1 м3 грунта иа расстоянии L.

Для резания мерзлого грунта применяют так называемые баро-вые машины, смонтированные на тракторах С-80, С-100 и Т-180, а также на базе траншейных экскаваторов ЭТН-171, ЭТУ-353, ЭТУ-354, ЭТН-124 и др. С помощью этих баровых машин мерзлый грунт разрезают на отдельные блоки либо в нем устраивают прорези, после чего грунт разрабатывают экскаватором.

Мерзлые грунты рекомендуется рыхлить при глубине промерзания более 0,4 м. Разработка мерзлых грунтов экскаватором без предварительного рыхления допускается при толщине мерзлого слоя до 0,25 м, с ковшом вместимостью 1 м3 -- до 0,4 м3.

При отрывке котлованов и траншей в зимних условиях необходимо предохранить их основания от промерзания путем недобора грунта или укрытия основания опилками, шлаком и др. изолирующими материалами. Основание зачищают перед устройством фундаментов, укладкой трубопроводов.

Способы оттаивания мерзлых грунтов. При невозможности применения взрывного или механического способа рыхления мерзлого грунта его оттаивают способами: огневым, электропрогревом, паровым или водяными иглами. Эти способы рекомендуются при небольших объемах работ, выполняемых в населенных местностях, при уровне грунтовых вод не менее 1 м ниже глубины промерзания.

Для оттаивания мерзлого грунта огневым способом применяют специальный агрегат , состоящий из коробов, уложенных на грунт и засыпанных шлаком или песком на 15--20 см. Агрегат работает на жидком топливе с паровым дутьем. Участок длиной 8 м, шириной 1 м оттаивает за 8 ч на 20--30 см. В конце смены агрегат убирают, а поверхность прогретого грунта засыпают опилками слоем 20--30 см и через 10--12 ч после этого грунт дополнительно. оттаивает до 1 м.

Для оттаивания грунтов паром или горячей водой применяют паровые или водяные циркуляционные иглы, устанавливаемые в скважины, пробуренные на глубину 0,7 толщины мерзлого грунта.

При оттаивании мерзлого грунта электропрогревом применяют электроды. Электроды представляют собой куски водогазопроводных труб длиной 1,2--1,5 м, диаметром 12--16 мм, которые присоединяют к электрической сети. При горизонтальном расположении электродов их укладывают на поверхность мерзлого грунта с расстоянием между ними 0,4--0,8 м и засыпают слоем опилок толщиной 0,15--0,2 м. При вертикальном расположении электродов их забивают в грунт на глубину 0,2--0,25 м, а затем по мере оттаивания грунта электроды погружают глубже. Располагают их друг от друга на 0,4--0,8 м. Место электропрогрева грунта огораживают.

Оттаивание грунтов глубинными электродами. Глубинные электроды забивают в грунт в шахматном порядке через всю толщу мерзлого .слоя и далее в талый грунт на 0,15--0,2 м. В этом случае грунт оттаивает снизу вверх. Расстояние между электродами зависит от напряжения электрического тока: при напряжении 220 В расстояние 0,4--0,5 м, а при напряжении 380 В расстояние между электродами 0,7--0,8 м. Грунты разрабатывают через 24--48 ч после электропрогрева. Расход электроэнергии составляет 12--40 кВт-ч на 1 м3 грунта.

Для оттаивания мерзлого грунта электроиглами последние устанавливают в пробуренные в мерзлом грунте отверстия на расстоянии 0,5--1,3 м друг от друга; грунт оттаивает за 12--14 ч.

Водоотвод и водоотлив. Воды со строительной площадки отводят путем предварительного устройства временных водоперехва-тывающих и водоотводных канав, лотков и дренажей. Для защиты строительной площадки на время производства земляных работ от ливневых и талых вод устраивают с нагорной стороны выемок нагорные канавы, отвалы грунта или кавельеры для отвода в сторону ливневых и талых поверхностных вод.

При рытье котлованов и траншей в условиях грунтовых вод производят открытый водоотлив или искусственное водопонижение.

Открытый водоотлив состоит в непосредственном откачивании воды из котлована или траншеи при помощи насосов: поршневых, диафрагмовых, центробежных и специальных глубинных насосов; для этого в пониженной точке котлована (траншеи) устраивают колодец (приямок для воды), куда опускают приемный рукав насоса.

Грунтовые воды при разработке котлованов и траншей можно отводить через дренажи, которые устраивают открытыми или закрытыми. Открытые дренажи представляют собой канаву или лоток, дно которых должно быть ниже уровня водопонюкеиия, находиться в плотном, не пропускающем воду грунте и иметь уклон в пониженное место.

Закрытый дренаж устраивают в виде глубоких траншей, заложенных ниже промерзания грунта с заполнением дренирующими материалами: песок, галька, щебень. При большом притоке воды по дну траншеи укладывают бетонные или керамические трубы с отверстиями в стенках .

Искусственное водопонижение грунтовых вод осуществляется с помощью легких иглофильтровых установок, представляющих ряд фильтров из металлических труб, погруженных в грунт по периметру верхней бровки котлована и соединенных с водосборным коллектором, который в свою очередь присоединен к насосному агрегату. Грунтовая вода непрерывно откачивается через иглофильтры насосом и отводится за пределы строительной площадки в пониженные места.