Тема 2. Основні положення по технології розробки ґрунту
2.1.Ґрунти та їх технічні властивості
Ґрунтаминазивають гірські породи, які залягають у верхніх шарах земноїкори.
Розрізняють ґрунти зцементовані (скельні), що мають цупкий зв'язок між частинами (кристалічна градка), які складають гірську породу, та незцементовані, які складаються з раніш зруйнованих гірських порід. В залежності від розмірів частинок та їх взаємозв'язку незцементовані ґрунти розділяють на незв'язані (піщані) та зв'язані (глинисті). Види та характеристики всіх ґрунтів приведені в СНиПі та ЕНиРі на земляні роботи.
Якість та властивості ґрунту залежать від трудомісткості розробки та вартості робіт.
Кут природного укосу — це кут, утворений поверхнею насипаного грунту і горизонтальною площиною. Цей кут характеризується станом граничної рівноваги. Значення його залежить від кута внутрішнього тертя, сил зчеплення та тиску верхніх шарів грунту. Практично крутизну укосу земляних споруд визначають відношенням висоти укосу h до його закладання а: h/а=1/т, де т —коефіцієнт укосу. Крутизна укосів визначається будівельниминормами (табл.1 Збірника ДБН „Земляні роботи” ).
Щільність грунтів — це маса одиниці об'єму речовини грунту без пор. Щільність впливає на опір грунту копанню та на його несучу здатність.
Вологість — ступінь насичення грунту водою. Виражається відношенням маси води в грунті до маси твердих частинок. Так, грунти при вологості до 5% вважаються сухими, при вологості 5...30% — вологими, понад 30% — мокрими.
Зчеплення визначається початковим опором зсуву і залежить від виду грунту та ступеня його вологості.
Розпушуваність — здатність грунту збільшуватися в об'ємі при розробці, характеризується коефіцієнтами початкового та залишкового розпушування. Коефіцієнт початкового розпушування — це відношення об'єму розпушеного грунту до його об'єму в природному стані. Коефіцієнтзалишкового розпушування — це відношення об'єму розпушеного грунту після його ущільнення до його об'єму в природному стані.
Класифікація ґрунтів по умовам розробки. Всі грунти групують та класифікують по умовам розробки (трудомісткості). Проф. А.Г.Домбровським запропоновано 6 груп: І та ІІ м’які та щільні (чорнозем, суглинок); Ш та ІV - дуже щільні (глини); напівскельні ґрунти; V та VІ - відповідно добре та погано спушені напіскельні та скельні грунти.
2.2.Підготовчі та допоміжні процеси перед виконанням земляних робіт
По організаційно-технологічній структурі земляні роботи виконують фаховим потоком, який містить у собі підготовчі, основні та допоміжні процеси.
Підготовчі процеси виконуються перед основними: до початку розробки грунту та зведення земляних споруд. Їх мета - здійснити підготовку території до виробництва робіт, що включає в себе очищення від дерев та кущів, зняття родючого шару грунту (рекультивація), розбирання будівель, осушення та водовідведення, геодезичне забезпечення - влаштування реперів, осей; влаштування під'їзних доріг; розмітка споруди на місцевості, побутові приміщення, вода, водопровід, каналізація тощо.
Допоміжні процесивиконуються одночасно з основними або виконуються на кінцевій стадії зведення земляних споруд. До них відносять: підготовку вибою (забою) для роботи землерийних механізмів, спушування щільних та мерзлих ґрунтів, водовідведення, водо пониження, штучне закріплення грунтів, улаштування огорож, подмостів, переходів та інших заходів по охороні праці, тимчасове кріплення стінок виїмокта схилів.
Розпланування земляних споруд. Зміст розпланування в тому, що споруду (контури та розміри будівлі) встановлюють та закріплюють на місцевості. Розпланування починають з виносу та закріпленні на місцевості основних вісей. Після цього навколо майбутнього котловану виконують обноску на віддалі 2...3 м від краю паралельно основним вісям. Вона складається із забитих в грунт металічних стійок або брусів та закріплених до них дощок. Дошка повинна бути товщиною не менше 40 мм (обрізна) і спиратись на 3 стовпчики. Всі вісі закріплюють на обносці цвяхами та нумерують. Залишають місця для пропуску транспорту та робітників
2.3Водовідведення. Зниження рівня ґрунтових вод (легким голкофільтровим устаткуванням, системою свердловин, які обладнані глибинними помпами, вакуумне водопониження, явищем електроосмосу та ежекторним голкофільтровим устаткуванням)
Водовідведення застосовують під час невеликих притоків води у виїмці. Захищають виїмки шляхом водоперехоплення водовідвідними каналами. Повздовжній нахил призначається не менше 0.003. Висушування виїмки відкритим водовідведенням здійснюється наступним чином: долівку котловану роблять з нахилом, та роблять приямок. Приямок закріплюють дерев'яними ящиками без дна розміром 1x1 м. На дно приямка насипають фільтруючий матеріал. Відкрите водовідведення є найбільш простим та економічнім. Водовідведенняпроводиться безпосередньо з виїмки. Вода відпомповується діафрагмовими або іншими помпами.
Недоліки метод: у виїмці практично завжди присутня вода, що ускладнює виробництво та сприяє руйнуванню природної структури підвалин.
Зниження рівня ґрунтових вод
Найбільш удосконаленим прийомом водовідведення є штучне пониження рівня ґрунтових вод. Зниження застосовують і коли швидкість фільтрації більше 1 м/доб. Зниження рівня забезпечується шляхом безперервного відпомповування води з водоносного шару до початку земляних роби та під час роботи. Зниження може здійснюватись п'ятьма основними засобами: легким голкофільтровим устаткуванням, системою свердловин, які обладнані глибинними помпами, вакуумне водопониження, явищем електроосмосу та ежекторним голкофільтровим устаткуванням.
Легке голкофільтрове устаткування (ЛГУ). В комплект входять: голкофільтри (100 шт), водозбиральний колектор (трубопровід) діаметром 150 мм та 2 помпи. Для занурення фільтру застосовують гідравлічний засіб. Вода подається через фільтр, а піднімаючись між ним та стінами грунту знімає тертя і фільтр опускається під власною масою. У більш цупких грунтах спочатку свердлять свердловини
Під час відпомповування води, під дією вакууму, кульковий клапан піднімається, чим відкриває шлях ґрунтовій воді. Голкофільтри влаштовуються неї периметру котловану на віддалі 0.5 и від краю схилу. Якщо необхідно знизити рівень ґрунтових вод більш, як на 4 м, голкофільтри монтують в два яруси.
Устаткування з вакуумним водопониженням (УВВ). Зміст роботи устаткування: у фільтровій ланці вакуумного голкофільтра та в оточуючому середовищі утворюється та безперервно підтримується вакуум, який сприяє більш інтенсивному зниженню дзеркала ґрунтових вод.
Водоповітряна суміш надходить у голкофільтр та відпомповується вакуум - помпою. Так як повітря в грунті недостатньо,, для нормальної роботи помпи через трубку, яка проходить всередині голкофільтру, до кінцевика додатково подають атмосферне повітря. Коефіцієнт фільтрації становить 0,001-1,0 м/добу
Ежекторне голкофільтрове устаткування (ЕГУ). Застосовують для зниження рівня води з коефіцієнтом фільтрації до 40м/добу та до 20 м глибини. Ежекторний голкофільтр складається з двох колон-труб. Зовнішня колона внизу обладнана фільтровою ланкою, а внутрішня колона (приєднаний ежектор) виконана із труби із змінним діаметром.
Рис. 2. 1. Схема визначенні об’ємів котлованів
а/ геометрична схема визначення об’єму котловану;
б/ розріз котловану.
Рис. 2.2. Розпланування земляних споруд
а/ схема обнесення; б/ Інвентарна металічна обноска.
З допомогою кінцевика в грунт занурюється тільки зовнішня колона. Після її занурення шпарина між колоною та грунтом заповнюється обсипкою (легко фільтрований матеріал), а верхню частину замащують глиною длязапобігання прориву повітря. Після цього у зовнішню трубу монтують внутрішню з ежектором. «Робоча» вода подається помпою до ежектора. Завдяки зниженому тиску, через фільтр з грунту надходить вода, яка змішується з «робочою» та попадає у бак
Спосіб електроосмосу- переміщення води в грунті під впливом діючого (перепускаючого) через нього постійного струму. Додатково до голкофільтрового устаткування зі сторони котловану, паралельно ряду голкофільтрів, занурюють труби або крицеві стрижні, до яких від'єднують позитивний полюс двагун генератора з напругою 30...60 В. Голкофільтри під'єднують до його негативного полюсу. Під дією електричного струму вода переміщається до голкофільтра. Завдяки цьому засобу з грунту дістається не тільки гравітаційна але й капілярна вода. Коефіцієнт фільтрації менше 0, 1 м/добу
Трубчасті криниці(водознижувальні свердловини) застосовуються з глибинними помпами для зниження ґрунтових вод на глибину більш як на 20 м, при коеф. фільтрації більше 40 м/добу. По периметру виїмки свердлять свердловини, в які занурюють обсадні труби діаметром 200…400 мм з влаштуванням піщано-гравійної подушки висотою 0.2...0.3 м. В кожну криницю монтують помпу, яка влаштовується разом з двигуном нижче рівня води. Даний спосіб застосовується при великій товщині водоносного шару, тривалому терміні та обсягах відкачки.