9. Определение размеров и объема земляных сооружений.

При определении объемов земляных работ условно принимают, что поверхность и массив грунта состоят из отдельных фигур, образованных плоскостями. Это позволяет при подсчетах применять формулы элементарной геометрии.

Наиболее часто встречающимися в практике строительства видами земляных сооружений являются: котлованы - выемки для устройства подземной части сооружений при их ширине более 3 м и ограниченной длине; траншеи - узкие выемки для прокладки инженерных коммуникаций или устройства ленточных фундаментов, у которых длина значительно превышает ширину; насыпи - искусственно созданные земляные сооружения, имеющие правильную геометрическую форму и служащие для возведения на них тех или иных сооружений или прокладки инженерных коммуникаций; площадки - искусственно выровненные поверхности грунта, незначительно возвышающиеся или слегка заглубленные по отношению к окружающей местности, имеющие одинаковые отметки по всей плоскости или слегка наклоненные в одну сторону для стока воды.

Котлованы и траншеи в зависимости от особенностей грунта и глубины его разработки могут быть прямоугольного или трапецеидального сечения. В последнем случае крутизна откосов выемки характеризуется коэффициентом откоса т, показывающим, как отмечалось выше, отношение заложения откоса выемки к ее глубине. Коэффициент откоса в реальных выемках занимает, как правило, промежуточное значение между нулем и коэффициентом естественного откоса, приближаясь, в случае сыпучих грунтов, к последнему. При определении объемов земляных работ в общем случае составляют продольный профиль котлована или траншеи с отметками Нч существующей поверхности грунта, называемыми черными, и отметками Нкр дна котлована или траншеи, или любыми проектными отметками грунта, называемыми красными. В этом случае глубину копания траншеи или котлована (рабочие отметки) определяют как

hвр = Hч - Hкр (для выемок),

hнр = Hкр - Hч (для насыпей), где hвр, hнр - соответственно рабочие отметки выемок и насыпей.

Размеры траншей или котлованов по дну обычно задают исходя из возможности устройства необходимых по проекту сооружений и конструкций и удобства работы при их возведении. Размеры траншей или котлованов поверху определяются свойствами грунта, его связностью, глубиной выемки и наличием временных креплений.

В табл. 1 приведены некоторые, наиболее часто встречающиеся формы котлованов и траншей и формулы для определения их объемов. 

При сложном очертании котлованов или траншей для применения приведенных формул достаточно разбить их плоскостями на простые фигуры.

Табл. 1. Схемы и формулы для вычисления объемов земляных сооружений.

Для определения технологических параметров работы экскаваторов необходимо предварительно рассчитать размеры и объемы выемок (ширину понизу и поверху, крутизну откосов, глубину). При отрывке траншеи с вертикальными стенками и последующим их креплением (рис. 4.6,а) ее ширина по дну (Ь) для трубопроводов с наружным диаметром Д принимается b = А + 2о, где о — толщина крепления; величина А определяется по справочным данным. Для возведения каких-либо сооружений в траншеях размер последних по дну назначается с учетом толщины крепления и расстояния в свету между ним и боковой поверхностью сооружения, равного 0,7 м. При разработке траншей с откосами (рис. 4.6, б) вгрунтах, расположенных выше уровня грунтовых вод, ширина траншей по дну должна быть не менее Д -4- 0,5 м — при укладке трубопроводов из отдельных труб и Д + 0,3 м — при укладке плетями; в грунтах ниже уровня грунтовых вод, разрабатываемых с открытым водоотливом, ширину дна траншеи определяют с учетом размещения водосборных устройств. Ширина дна траншеи и котлованов с откосами при монтаже в них сборных ленточных или отдельно стоящих фундаментов назначается с учетом просвета (Ь\), равного 0,2 м, между основанием откоса и фундаментом (рис. 4.6, в). При устройстве монолитных конструкций или выполнении защитных покрытий и других работ, требующих прохода рабочих, ширина просвета b1 принимается не менее 0,7 м. В случае совмещенной прокладки в одной траншее различных по назначению и диаметру трубопроводов необходимо учитывать минимально допустимые расстояния между ними и условия расположения их по вертикали с разницей отметок до 0,4 м. При большей разнице в отметках расстояние между трубопроводами увеличивается с учетом угла естественного откоса грунта. Ширина траншей и котлованов по верху (B) определяется с учетом размера по дну и заложения откоса (m). Величина т зависит от крутизны откоса и глубины его заложения, вида и состояния увлажнения грунта. При отрывке траншей и котлованов, расположенных выше уровня грунтовых вод, и в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, наибольшая крутизна откосов принимается по табл. 4.4. 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 (ф) и удельного сцепления грунта (с) с учетом нагрузки на берме откоса. Ориентировочно крутизну откоса таких выемок в непереувлажненных грунтах для средних значений Ф и с можно принять по табл. 4.5. При отрывке выемок ниже уровня грунтовых вод крутизну откосов принимают по табл. 4.6. Определение объемов линейных сооружений (траншеи, каналы, насыпи) и котлованов производят по эмпирическим зависимостям или тригонометрическим формулам. Для этого линейные земляные сооружения предварительно разбивают вертикальными плоскостями по характерным местам продольного профиля на отдельные призматоиды (рис. 4.6, г). Тогда объем призматоида (Vi), расположенного между плоскостями 1—1 и 2—2, будет Vi=L(F1 +F2 + 4Fcp)/6, где F1, F2 и Fcp — площади соответственно в сечениях 1—1, 2—2 и в середине призматоида. Объем котлована прямоугольной формы с откосами (рис. 4.6, в) определяется по формуле для опрокинутой усеченной пирамиды: Vк = hp[ab + cd+ (а + с) (b + d)]/6; объем квадратного котлована с откосами будет: Vк = hp(F1 + F2 + корень изFlF2)/3. Для сооружений цилиндрической или конической формы устраивают круглые в плане котлованы с откосами (рис. 4.6, д): Vк=1,щ5hp/(R2 + r2 + Rr). Объемы насыпей вычисляются по тем же формулам, что и для выемок, с учетом их формы. При значительной неровности рельефа местности или сложной геометрической форме земляного сооружения объем разбивают на более простые геометрические формы.