Тема лекции 4. Технология земляных работ.

По назначению и длительности эксплуатации земляные сооружения могут быть постоянными и временными. Посто­янные сооружения являются составными элементами строя­щихся объектов и предназначены для нормальной и длитель­ной их эксплуатации. К ним относят плотины, дамбы, кана­лы, выемки и насыпи автомобильных и железных дорог и т. п.

Временные сооружения устраивают лишь на период стро­ительства и предназначены для выполнения строительно-монтажных работ по возведению фундаментов подземных частей здания, технологического оборудования, прокладки инженерных коммуникаций и др.

Выемки, у которых ширина соизмерима с длиной, но не меньше 1/10 длины, называются котлованами, при ширине менее 1/10 — траншеями. Котлованы разрабатывают, как правило, при возведения заглубленной части объемных со­оружений, например, фундаментов, подвальных этажей. Траншеи копают при прокладке линейно-протяжных комму­никаций, наружных сетей водоснабжений, канализации, га­зоснабжения, теплоснабжения.

Наклонные боковые поверхности выемок и насыпей назы­вают откосами, а горизонтальные поверхности вокруг них — бермами. Остальными элементами земляных сооружений яв­ляются: дно выемки — нижняя горизонтальная земляная вы­емка; бровка — верхняя кромка откоса; подошва — нижняя кромка откоса; резервы — это выемки, из которых берут грунт для устройства насыпи; кавальера — это насыпи, обра­зующиеся при отсыпке ненужного грунта.

Грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Грунт состоит из трех основных фаз: твердой (минеральные частицы, образующие скелет), жидкой (вода, частично или полностью заполняющая поры грунта) и газо­образной (воздух).

Грунты подразделяют на четыре основные группы: скаль­ные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.

Скальные — изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами, залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива.

Крупнообломочные — несцементированные грунты, содер­жащие более 50% по массе обломков кристаллических или осадочных пород с размером частиц более 2 мм.

Песчаные — сыпучие в сухом состоянии грунты, содержа­щие менее 50% по массе частиц крупнее 2 мм и не обладаю­щие свойством пластичности, число пластичности J_p < 0,01;

Глинистые — связанные грунты, для которых число плас­тичности J_p > 0,01;

Разрыхляемость — это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке вследствие потери связи между час­тицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффи­циентами первоначального разрыхления К_р и остаточного разрыхления К_р.о.

Подготовительные процессы, связанные с разработкой выемок и насыпей, выполняют до начала разработок грунта. Они включают в себя очистку территории, геодезическую разбивку сооружения, снятие плодородного слоя почвы для использования при рекультивации земель, рыхление плотных грунтов, осушение территории, устройство поверхностного водоотвода.

Очистка территории состоит в удалении деревьев и кустар­ников, корчевке пней, уборке крупных камней — валунов, сноса строений. Деревья и кустарники выкапывают вместе с корнями и пересаживают в новые места.

Геодезическая разбивка земляных сооружений заключается в обозначении их положения на местности. Разбивку ведут в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной.

При горизонтальной разбивке определяют и закрепляют на местности положение осей строящихся объектов и намеча­ют очертание земляных сооружений в плане, а при вертикаль­ной — глубину выемок и высоту насыпей.

При возведении зданий и сооружений для определения их положения на местности и перенесения в натуру их размеров на генеральном плане наносят геодезическую строительную сетку в условной системе координат со стороной квадратов 100—200 м. Оси координат ориентируют параллельно осям зданий.

Строительная сетка должна быть привязана к пунктам ге­одезической основы топографической съемки местности, по которым был составлен генеральный план известными в ин­женерной геодезии способами переноса на местность. Пос­троенная на местности геодезическая строительная сетка яв­ляется ориентиром для перенесения проекта в натуру.

Для детальной разбивки осей зданий, обозначения конту­ра котлованов и закрепления их на местности служит строи­тельная обноска. Она может быть сплошной по всему пери­метру здания или прерывистой. Обноску устраивают из дере­вянных стоек и досок, прибитых к ним горизонтально с внешней стороны или инвентарных металлических труб. Ус­танавливается обноска с использованием геодезических ин­струментов параллельно основным осям. На обнос­ке обозначаются оси здания и отметки, перенесенные с за­крепленных на местности створных знаков и реперов. Раз­бивка зданий и сооружений проверяется и принимается по акту.

Снятие плодородного слоя почвы. В зависимости от тол­щины плодородного слоя грунта срезка его производится бульдозерами или скреперами с окучиванием и дальнейшим перемещением из отвалов автосамосвалами или одноковшо­выми экскаваторами с погрузкой в транспортные средства.

Рыхление грунтов. Для облегчения разработки плотных грунтов их предварительно рыхлят. Плотные нескальные грунты разрыхляют плугами и рыхлителями, являющимися прицепным или навесным оборудованием к трактору.

Осушение территории производят путем устройства осу­шительных канав и дренажей. Основную осушительную ма­гистраль прокладывают по наиболее низкому месту. К ней подводят поперечные канавы, соблюдая требуемый проектом уклон для отвода воды от строительной площадки.

Поверхностный водоотвод предназначен для предохране­ния от заполнения атмосферными водами разрабатываемых выемок. Для этого до начала земляных работ устраивают водоотводные канавы, через которые атмосферные воды само­теком поступают за пределы строительной площадки.

К подготовительным работам по устройству земляных со­оружений приступают после отвода земель в установленном порядке. Организации, осуществляющие строительство и проводящие работы, связанные с нарушением почвенного покрова, обязаны снимать и хранить плодородный слой поч­вы в целях использования его для рекультивации земель и повышения плодородия малопродуктивных угодий. Рекульти­вация земель состоит в восстановлении плодородия почвы на площадях с нарушенным почвенным покровом. При этом планируют неровности, подсыпая в необходимых случаях грунт, а затем покрывают всю поверхность новым почвен­ным слоем.

Вспомогательные процессы, связанные с устройством зем­ляных сооружений, выполняют в ходе устройства земляных сооружений или после их возведения. Классификация приме­няющихся в настоящее время перспективных видов вспомога­тельных процессов при устройстве земляных сооружений.

Открытый водоотлив. Осушение выемок открытым водо­отливом заключается в том, что при разработке котлована в водоносном грунте подошве выемки придают небольшой ук­лон к устраиваемому в самой пониженной части приямку (зумпфу), из которого воду откачивают насосами и отводят по водоотводным канавам или лоткам от выемки на расстоя­ние не менее 100 м. Для водоотвода применяют поршневые, диафрагмовые и центробежные насосы, всасывающие воду, содержащую разжиженный грунт, с глубины 4—6 м. При раз­работке траншей приямки устраивают в специальном отсеке траншеи (рис. 4).

Искусственное водопонижение. Заключается в понижении гидростатического уровня грунтовых вод ниже нулевой от­метки выработки. Оно может осуществляться с помощью лег­ких иглофильтровых установок, эжекторными установками, устройством водопоглощающих и водопонижающих сква­жин.

1-шпунтовое ограждение; — водосборный приямок; — всасывающий рукав; – насос; 5 — водоотводный желоб Рис. 4. Схема открытого водоотлива

Применение того или иного способа определяется прежде всего проницаемостью водосодержащих грунтов, мощностью водоносного горизонта, его гидравлическими особенностями и требуемой глубиной понижения уровня грунтовых вод. В наиболее сложных геологических условиях, например при че­редовании пластов различной водонепроницаемости, может осуществляться сочетание открытого водоотлива с одним из способов водопонижения.

Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) применяют для искусственного понижения грунтовых вод на глубину 4—5 м в песчаных отложениях. При понижении уровня воды на большую глубину используют двух – трехярусные установки.

Иглофильтры обычно устанавливают по периметру осушаемого котлована на расстоянии 0,5 м от бровки откоса. Если нужно понизить уровень грунтовых вод более чем на 4 – 5 м, иглофильтры монтируют в два яруса. Установки ЛИУ – 2, ЛИУ – 3, ЛИУ – 5 и ПВУ – 2 имеют производительность соответственно 30, 60, 120 и 400 м3 воды в 1ч.

Количество иглофильтров можно определить по формуле

N = Q/q,

где Q – приток воды, м3/ч; q – пропускная способность одного иглофильтра.

Шаг иглофильтра определяют:

h = P/N,

где Р — периметр котлована.

Эжекторные иглофильтровые установки (ЭИУ) использу­ют для понижения уровня грунтовых вод на 15—20 м в грун­тах с коэффициентом фильтрации 1—40 м/сут и при близком залегании водоупора от дна котлована. Эжекторные игло­фильтровые установки (ЭИ-2.5, ЭИ-4, ЭИ-6 и др.) состоят из иглофильтров с эжекторными водоподъемниками, распреде­лительного трубопровода (коллектора) и центробежных на­сосов. Применяют схемы эжекторной установки с циркуляци­онным резервуаром и без него.

Тампонаж заключается в нагнетании в трещиноватые и крупнопористые грунты, обладающие коэффициентом филь­трации больше 80 м/сут, тампонажных растворов или смесей, которые в результате взаимодействия придают грунту водо­непроницаемость и монолитность. Нагнетание тампонажных смесей производится через систему тампонажных скважин, расположенных вокруг будущей выработки. Существует три разновидности тампонажа: цементация, глинизация и биту­мизация.

В строительстве в настоящее время применяется четыре способа разработки грунта: механический, гидромеханичес­кий, взрывной и комбинированный.

Механический способ. Он заключается в разработке грун­та резанием землеройными и землеройно-транспортными ма­шинами. К числу землеройных машин относятся одноковшо­вые и многоковшовые экскаваторы. К землеройно-транспортным относятся бульдозеры, скреперы, грейдеры, автогрейде­ры, струги, планировщики и др. Они предназначены для пос­лойного резания, транспортирования, отсыпки и планировки грунта.

Гидромеханический — широко распространенный в водо­хозяйственном строительстве способ. Он предусматривает размыв грунта напорной водяной струей гидромониторных установок или всасыванием его со дна водоемов плавучими земленасосными снарядами. Гидромониторные установки и земснаряды, которые с помощью воды размывают, транспор­тируют и укладывают грунт в насыпь, служат для разработки котлованов, каналов, углубления водоемов, а также для на­мыва территорий, плотин, насыпей под дороги и т. п. Размы­ваемый грунт транспортируется в виде жидкой суспензии (пульпы) по трубопроводам.

Взрывной способ. Сущность данного способа заключается в отделении грунта от массива, а иногда и его перемещения на небольшие расстояния за счет энергии взрыва зарядов взрывчатых веществ, помещенных в предварительно устроен­ные в грунте шпуры, скважины, щели или шурфы.

Комбинированный способ представляет собой сочетание, например, механического и гидромеханического или механи­ческого и взрывного способа, что зависит от конкретных ус­ловий строительства.

Технологический процесс устройства выемки включает разработку грунта с выгрузкой в транспортные средства или на бровку выемки; крепление вертикальных сеток; транспортирование грунта; срезку откосов и планировку дна; обрат­ную засыпку и уплотнение грунта.

Технологические схемы разработки грунта. Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами независимо от типа рабочего органа может осуществляться по одной из двух тех­нологических схем: в отвал (на вымет) или с погрузкой в транспортные средства. Выбор той или иной схемы зависит от вида и условий расположения земляного сооружения, воз­можности дальнейшего использования разработанного грун­та, его физико-механических свойств.

Рабочая зона экскаватора, где находится его стоянка и разрабатываемый с этой стоянки массив грунта: называется забоем. (В этой зоне располагается загружаемый в транспорт­ные средства или отвал грунта.) Выемка, образующаяся в ре­зультате последовательной разработки грунта при периоди­ческом передвижении экскаватора в зоне, называется проход­кой. По характеру разработки грунта проходки могут быть лобовыми (торцевыми) и боковыми. При лобовой проходке экскаватор двигается по оси выемки и разрабатывает грунт впереди себя и по обе стороны от оси, а при боковой — с од­ной стороны по ходу движения. Характер проходки зависит от глубины и ширины котлована и условий его разработки.

Эксплуатационная производительность экскаватора зави­сит от длительности цикла, а также продолжительности ис­пользования экскаватора в течение смены и определяется по формуле:

П_э = Т 60 q n К_е К_в,

где Т — продолжительность смены, ч; q — геометрический объем ковша, м3; п — количество циклов в минуту 60/t_y; t_y — время одного цикла; К_е — коэффициент наполнения ковша; К_в — коэффициент использования экскаватора по времени.

Коэффициент К_е и К_в зависят от вида рабочего оборудова­ния, группы грунта, емкости ковша и вида работ, а число циклов n определяется условиями работы экскаватора.

Технологический процесс гидромеханизированной разра­ботки грунтов включает: размывку грунта в карьере (резер­ве), транспортирование водогрунтовой массы (пульпы) к мес­ту возведения насыпи; послойное устройство насыпи и отде­ление от грунта излишней воды.

Различают два основных способа гидромеханической раз­работки грунта: гидромониторный и земснарядный.

Разработка грунта гидромониторами. Гидромониторная установка состоит из гидромониторов, присоединенных к ма­гистральному трубопроводу, по которому из насосной стан­ции подают воду. На конец ствола каждого гидромонитора навинчивается насадка, формирующая выбрасываемую с большой кинетической энергией струю, которая превращает грунт в гидросмесь, направляемую самотеком по лоткам или канавам в насыпь. Расход воды и скорость струи регулируют с помощью сменных насадок.

Основная литература 1, 2, 4.

Контрольные вопросы.

1. Назовите основные виды земляных сооружений и их отличия.

2. Назовите виды грунтов.

3. Назовите способы разработки грунтов.

4. Для чего проводят искусственное водопонижение грунтов?

Тема лекции 5. Технология свайных работ.

Свайные работы выполняют при устройстве фундаментов зданий и сооружений промышленного и гражданского, сель­скохозяйственного и транспортного строительства и пред­ставляют собой совокупность комплексно-механизирован­ных технологических процессов.

По способу погружения в грунт сваи могут быть: забивные, погружаемые в грунт различными приемами в готовом виде, и сваи, приготавливаемые в проектном положении непосред­ственно в грунте (набивные).

По характеру работы сваи подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи. Сваи-стойки передают нагрузку от сооруже­ния путем опирания своими нижними концами непосред­ственно на плотные грунты, висячие — передают нагрузку от сооружения главным образом, путем сопротивления трением своих боковых поверхностей в грунте.

По роду материалов сваи бывают: деревянные, бетонные, железобетонные, металлические и комбинированные.

По форме поперечного сечения различают сваи квадрат­ные, прямоугольные, многогранные и круглые, сплошного сечения и полые трубчатые, сваи-оболочки, постоянного по длине сечения и переменного (пирамидальные).

Ростверк — конструкция, которая объединяет сваи и слу­жит для равномерной передачи нагрузки сооружения на них и на грунтовое основание. Различают сборные, сборно-моно­литные и монолитные в виде папок и плит.

Наиболее распространенным методом является ударное погружение свай с помощью падающих механических и ди­зель-молотов, реже паровоздушных молотов (рис. 5.1).

Вибропогружение эффективно при наличии рыхлых песча­ных грунтов и супесчаных водонасыщенных грунтов.

Вибровдавливание рекомендуется при погружении в мягкопластичные, текучепластичные и текучие суглинки и глины.

Вдавливание статической нагрузкой ограничивается гли­нистыми грунтами текучей консистенцией.

Для забивки свай применяют копры и копровое оборудо­вание, дизельные паровоздушные и гидравлические молоты, вибромолоты, вибропогружатели (рис.5.2).

Молот для забивки свай выбирают исходя из нагрузки, приходящейся на сваю, и ее массы. Необходимую при этом ми­нимальную энергию ударов молота определяют по формуле:

Э = 1,75аР, Дж

где а — коэффициент, равный 25 Дж/кН; Р — расчетная нагрузка, допускаемая на сваю (по данным проекта), кН.

а — схема движения сваебойного агрегата; 1 — положение агрегата; 2 — путь его движения; 3 — забитые сваи; б — копровый агрегат; 1 — базовая машина; 2 — копровая мачта; 3 — молот; 4 —свая

Рис. 5.1 Схема забивки свай сваебой­ным агрегатом на базе крана-экскаватора

Сменную эксплуатационную производительность сваепогружающей установки определяют по формуле:

П_см = 492К_в/Т_ц,

где 492 — продолжительность смены, мин; К_в — коэффициент использования установки по времени, принимается равным 0,9; Т_ц — продолжительность цикла, мин.

Необходимое количество сваепогружающих установок для выполнения работ по забивке свай в заданный срок опре­деляется по формуле:

N = V /П_см Т_н ,

где V—количество свай на объекте, подлежащих забивке, шт; П_см — сменная эксплуатационная производительность установки, свай/смен; Т_н — заданный срок забивки свай, смен.

Сваи забивают в строго определенной технологической последовательности.

Рис. 5.2,а. Трубчатый дизель-молот: 1- наголовник сваи; 2 - шабот; 3 - топливопровод; 4 - топ-•цшный насос; 5 - рычаг включения топливного насоса; 6 -кольцевой топливный бак; 7 - поршень; 8 - проушина для крепления поршня к канату лебедки; 9 - сферическая голов­ка бойка; 10 - всасывающе-выхлопной патрубок; 11 -цилиндр; 12 - свая	Рис. 5.2,б. Комплект оборудования для вибропогружения свай: 1- трубчатая свая; 2 - гидравлический захват; 3 - мотор вибровозбудителя; 4 - амортизи­рующая платформа; 5 - виброизоляторы; 6 — патрубок с гидравлическим разъемом; 7 -'"Дромотор: 8 - вибратор; 9 - гидравлический шланг; 10 - панель управления; 11 - дистанционный пульт управления; 12 - силовая установка с маслонасосным агрегатом	Рис. 5.2,в. Самоходная копровая установка: 1- базовое шасси; 2 - грузовой канат; 3 - грузовые блоки; 4 - наголовник; 5 - мачта; 6 - направляю­щие для сваепогружающего агрегата; 7 - сваепогру-жающий агрегат; 8 - свая; 9 - опорный шарнир

а — рядовая; б — концентрическая; в — секционная; 1... 17 — направление и последовательность забивки свай

Рис. 5.3 Схемы погружения свай забивкой

Последовательно рядовую схему забивки применяют в несвя­занных грунтах; в глинах и суглинках такая схема забивки может привести к неравномерным осадкам сооружения (рис. 5.3 а).

Концентрическая забивка от центра к краям возможна в слабосжимаемых грунтах, иначе сваи в процессе забивки будут откланяться из-за неравномерного уплотнения грунта со сто­роны забитых свай к свободной внешней части (рис. 5.3 б).

При секционной схеме забивки, применяемой в связанных грунтах, погружение ведут в два этапа. Свайное поле разби­вают на секции по схеме (рис. 5.3 в). На первом этапе сваи можно погружать одновременно в нескольких рядах с про­пуском соседних. На втором этапе погружают сваи в пропу­щенных рядах. Погружение сваи по секционной схеме позво­ляет равномерно распределить нагрузку на грунт по всей площади свайного поля.

Набивные сваи (рис. 5.4) классифицируют по способу ус­тройства скважин, технологии возведения и по виду используемого материала.

Скважины для устройства набивных свай можно пробури­вать буровыми станками или пробивать специальными лиде­рами. В первом случае грунт извлекают из скважины; во вто­ром происходит уплотнение стенок скважины.

а — бетонная; б — железобетонная цилиндрическая; в —коническая; г — с профилированной поверхностью; д — с одним уширением; е — с несколькими уширениями; ж — с камуфлетным уширением

Рис. 5.4 Набивные сваи

По технологии возведения набивные сваи подразделяются на трамбованные, буронабивные, виброштампованные, камуфлетные, частотрамбованные. В слабых грунтах набивные сваи устраивают с использованием обсадных труб, или жид­кого глиняного раствора; в плотных грунтах стенки скважин не закрепляют.

По виду используемого материала различают бетонные, железобетонные, грунтобетонные, песчаные, грунтовые сваи.

Основная литература 1, 2, 4.

Контрольные вопросы.

1. Приведите классификацию свай.

2. Назовите виды машин и оборудования для погружения и забивки свай.

3. Приведите схемы погружения свай забивкой.