74

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт –

филиал НИЯУ МИФИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ»

Волгодонск 2010

ПРЕДИСЛОВИЕ

Строительное производство – совокупность работ на строительной площадке в подготовительный и основной периоды строительства, включая работы по возведению подземной и надземной частей здания, все отделочные работы, монтаж оборудования и т.п. Строительное производство объединяет технологию и организацию строительного производства.

Технология строительных процессов рассматривает теоретические основы, способы и методы выполнения строительных процессов, обеспечивающих обработку грунта, строительных материалов, полуфабрикатов и конструкций с качественным изменением их состояния, физико-механических свойств, геометрических размеров с целью получения продукции требуемого качества. В ходе производства строительных работ выполняются сотни технологических операций и процессов, характеризующихся разными параметрами и показателями. Многие из них носят вероятностный характер и подвержены резким и частым изменениям в короткие промежутки времени. Эти факторы и условия трудно прогнозируются, а устранение влияния большинства из них требует дополнительных затрат времени, труда и средств.

Таким образом, технико-экономический уровень строительных технологий является определяющим показателем эффективности и современности строительного производства.

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Технология строительных процессов» содержат современные методы расчетов, выбора оборудования и технологии и будут способствовать получению более глубоких теоретических и практических знаний у студентов.

1. Определение объемов земляных работ

При строительстве зданий и сооружений выполняются различные виды земляных работ: планировка площадки, рыхление твердых или мерзлых грунтов, заглубление фундаментов, обратная засыпка, устройство постоянных, временных и вспомогательных сооружений.

По трудоемкости выполнения земляные работы составляют до 20% всей трудоемкости возведения здания. Поэтому основная задача при выполнении земляных работ – полностью исключить ручной труд.

К основным свойствам грунтов, влияющим на технологию и трудоемкость их разработки, относятся плотность, влажность, сцепление, разрыхляемость, угол естественного откоса, удельное сопротивление резанию, водоудерживающая способность. Параметры и классификация грунтов приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1 – Параметры и классификация грунтов /1/

Параметр	Песок	Супесь	Суглинок	Глина
Угол естественного откоса при естественной влажности, град. Содержание частиц, %: глинистых песчаных Оптимальная влажность уплотнения, %	25…30 До 5 Более 80 8…12	30…40 До 12 Более 50 9…15	40…50 12…33 – 12…20	40…45 Более 33 – 19…23

Примечание. Прочерк означает, что параметр не нормируется.

От плотности и силы сцепления между частицами грунта в основном зависит производительность землеройных машин. Классификация основных видов грунтов по трудоемкости их разработки в зависимости от конструктивных особенностей используемых землеройных машин и свойств грунта показана в табл. 1.2. Как при механизированной, так и при ручной разработке в состав первой группы входят легко разрабатываемые грунты, а последней – самые трудно разрабатываемые.

Таблица 1.2 – Распределение немерзлых грунтов на группы в зависимости

от трудности их разработки механизированным способом /1/

Наименование и характеристика грунтов	Средняя плотность в естественном залегании, кг/м3	Разработка грунта						Рыхление грунта бульдозерами-рыхлителями
		экскаваторами			скреперами	бульдозерами	грейдерами
		одноковшовными	траншейными цепными	траншейными роторными
Глина:
жирная мягкая без примесей	1800	II	II	II	II	II	II	–
жирная мягкая с примесью щебня, гравия, гальки или строительного мусора свыше 10 % по объему	1900	III	–	III	II	II	–	–
тяжелая ломовая сланцевая, твердая карбонная	1950..2150	IV	–	IV	–	III	–	–
Грунт растительного слоя:
без корней и примесей	1200	I	I	I	I	I	I	–
с корнями кустарника и деревьев	1200	I	II	II	I	II	–	–
Песок	1600	I	II	II	II	II	II	–
Скальные грунты, предварительно разрыхленные	–	VI	–	–	–	–	–	VII
Суглинок:
легкий и лессовидный с примесью щебня, гальки или строительного мусора до 10 % по объему	1700	I	II	II	I	I	I	–
тяжелый без примесей и с примесью щебня, гравия, гальки или строительного мусора до 10 % по объему	1750	II	–	II	II	II	–	–
то же, с примесью свыше 10 % по объему	1950	III	–	IV	–	II	–	–

Продолжение таблицы 1.2.

Наименование и характеристика грунтов	Средняя плотность в естественном залегании, кг/м3	Разработка грунта						Рыхление грунта бульдозерами-рыхлителями
		экскаваторами			скреперами	бульдозерами	грейдерами
		одноковшовными	траншейными цепными	траншейными роторными
Супесь:
без примесей, а также с примесью гравия, гальки, щебня или строительного мусора до 10 % по объему	1650	I	II	II	II	II	II	–
с примесью свыше 10 % по объему	1850	I	–	II	II	II	–	–
Строительный мусор рыхлый и слежавшийся	1800	II	–	–	–	II	–	–
Торф:
с корнями толщиной до 30 мм	850…1100	I	I	I	I	I	–	–
то же, более 30 мм	900…1200	II	–	–	–	II	–	–
Чернозем и каштановый грунт:
мягкий	1300	I	I	I	I	I	I	–
отвердевший	1200	II	II	II	II	II	III	–

Грунт при разработке разрыхляется и увеличивается в объеме. Это явление, называемое первоначальным разрыхлением грунта, характеризуется коэффициентом первоначального рыхления К_р, который представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии. Однако грунт длительное время не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта К_о.р. Степень первоначального и остаточного разрыхления приведена в табл. 1.3.

Таблица 1.3. – Показатели разрыхления грунтов /1/

Наименования грунтов	Первоначальное увеличение объема грунта после разработки, %	Остаточное разрыхление грунта, %
Глина ломовая Гравийно-галечные Растительные Лесс мягкий Лесс твердый Песок Скальные Солончак и солонец: мягкий твердый Суглинок: легкий и лессовидный тяжелый Супесь Торф Чернозем и каштановый	28 … 32 16 … 20 20 … 25 18 … 24 24 … 30 10 … 15 45 … 50 20 … 26 28 … 32 18 … 24 24 … 30 12 … 17 24 … 30 22 … 28	6 … 9 5 … 8 3 … 4 3 … 6 4 … 7 2 … 5 20… 30 3 … 6 5 … 9 3 … 6 5 … 8 3 … 5 8 … 10 5 … 7

Для обеспечения устойчивости земляных сооружений их возводят с откосами, крутизна которых характеризуется отношением высоты к заложению: Н/А=1/m, где m – коэффициент заложения. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса , при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия (рис. 1.1.)

рис.1.1. Крутизна откоса

Нормативные значения крутизны откосов для временных земляных сооружений приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4 – Крутизна откосов в зависимости от вида грунта

и глубины выемки /2/

Наименование грунтов	Крутизна откосов (отношение его высоты к заложению) при глубине выемки, м, не более
	1,5	3	5
Насыпной неуплотненный Песчаный и гравийный Супесь Суглинок Глина Лессы и лессовидные	1 : 0,67 1 : 0,5 1 : 0,25 1 : 0 1 : 0 1 : 0	1 : 1 1 : 1 1 : 0,67 1 : 0,5 1 : 0,25 1 : 0,5	1 : 1,25 1 : 1 1 : 0,85 1 : 0,75 1 : 0,5 1 : 0,5

Объемы разрабатываемого грунта измеряют кубическими метрами плотного тела. Для некоторых процессов (уплотнение поверхности, планировка и т.д.) объемы могут измеряться квадратными метрами поверхности.

Подсчет объемов разрабатываемого грунта сводится к определению объемов различных геометрических фигур. При этом допускается, что объем грунта ограничен плоскостями, отдельные неровности не влияют значительно на точность расчета.

В промышленном и гражданском строительстве приходится в основном рассчитывать объемы котлованов, траншей, выемок и насыпей при вертикальной планировке площадок /1/.

Объем котлована (рис. 1.2, а)

(1)

где – глубина котлована; – длины сторон котлована у основания; – длины сторон котлована поверху ( ); – коэффициент откоса (нормативное значение по табл. 1.4.)

Рис. 1.2. Схемы определения объемов земляных работ:

а, в – геометрические схемы определения объема соответственно котлована и траншеи; б – разрез котлована; г – план площадки с откосами (с линией нулевых работ и схематическим представлением геометрических фигур для определения объемов разрабатываемого грунта); С – сооружение; О – обратная засыпка

Для определения объема обратной засыпки пазух котлована, когда объем его известен, нужно из объема котлована вычесть объем подземной части сооружения (рис. 1.2, б):

(2)

где a′, b′ – размеры здания в плане.

При расчете объемов траншей и других линейно протяженных сооружений их продольные профили делят на участки между точками переломов. Для каждого такого участка объем траншеи вычисляют отдельно, после чего их суммируют. Так, объем траншеи на участке между пунктами 1 и 2 (рис. 1.2, в) вычисляют по формулам:

(завышенный) (3)

или

(заниженный), (4)

где F₁, F₂ – площади поперечного сечения в соответствующих пунктах продольного профиля; F_ср – площадь поперечного сечения на середине расстояния между пунктами 1 и 2.

Более точно

(5)

или

(6)

Для получения объемов планировочных работ всю площадь на плане с горизонталями делят на элементарные участки, затем суммируют объемы работ по ним. В качестве элементарных участков обычно применяют квадраты (реже прямоугольники и треугольники) со стороной 10 … 100 м. Чем спокойней рельеф местности, тем больше сторона квадрата.

В вершинах квадратов приемами, известными из курса геодезии, подсчитывают рабочие отметки H_i (разность между проектными отметками – отметками планировки h_п и отметками местности – отметками поверхности земли h_м). Рабочие отметки со знаком плюс «+» указывают на необходимость устройства насыпи, отметки со знаком минус «–» – выемки (рис. 1.2, г).

Между двумя вершинами с рабочими отметками разного знака всегда находят такую точку, в которой рабочая отметка равна 0, в этой точке не требуется никаких земляных работ. Расстояние от этой точки до вершин, имеющих соответствующие рабочие отметки H₃ и H₄ (или H₈ и H₉), находят по правилу пропорциональности сторон подобных треугольников:

, (7)

где X₁ – расстояние нулевой точки от вершины, имеющей отметку H₃; a – сторона квадрата между вершинами с рабочими отметками H₃ и Н₄; Н₃, Н₄ – абсолютные величины параметров.

Соединяя нулевые точки, получают линию нулевых работ, отделяющую зону планировочной выемки от зоны планировочной насыпи (линия 0 – 0 на рис. 1.2, г). Объемы выемок или насыпей, заключенные в отдельных квадратах или в их частях, рассчитывают по формулам, приведенным в табл. 1.5.

Таблица 1.5 – Расчетные формулы для определения объемов работ

при вертикальной планировке /1/

Фигура	Расчетная формула
Целый элементарный квадрат Фигуры, отсекаемые нулевой линией: треугольник трапеция пятиугольник Элементы откосов: угловой типа четырехгранной пирамиды боковой типа призматоида то же трехгранной пирамиды	V = F(H1 + H2 + H7 + H6)/4 V = FH8/3 V = F(H4 + H9)/4 V = F(H9 + H14 + H13)/5

Примечание. F – площадь в плане соответствующей фигуры; m – коэффициент заложения откоса.

Общий объем разрабатываемого грунта при планировке площадки определяют как сумму всех частных объемов.

Задача №1.1.

Определить объем траншеи длиной L = 150м, шириной по дну а = 1,5м. Глубина траншеи в её начале Н₁=3,0м. Продольный уклон траншеи i₁= –0,002; продольный уклон поверхности земли i₂= –0,008. Крутизна откосов траншеи 1:m = 1:1,5. В поперечном направлении к траншее поверхность земли горизонтальна. Определить также ошибку между точным и приближенным вычислением.

Решение.

На первом этапе составляется схема определения объема траншеи (см. рис. 1.2).

1. Определим глубину траншеи Н₂ в конце участка

2. Рассчитаем ширину траншеи по верху в начале участка (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема определения ширины траншеи

3. Рассчитаем ширину траншеи по верху в конце участка

4. Определим площадь поперечного сечения траншеи в начале участка F₁ и в конце участка F₂:

5. Вычислим объем траншеи V_1-2 по приближенной формуле (3)

6. Вычислим объем траншеи по точной формуле (6):

7. Ошибка, получаемая при применении приближенной формулы, равна:

Задача №1.2.

Определить объем траншеи длиной L = 80м, шириной по дну а = 2,5м. Глубина траншеи в её начале Н₁ = 2,0м. Продольный уклон траншеи i₁ = –0,002; продольный уклон поверхности земли i₂ = –0,01. Крутизна откосов траншеи 1:m = 1 : 1. В поперечном направлении к траншее поверхность земли горизонтальна. Расчет объема произвести с использованием приближенной и точной формулы и определить ошибку в результатах вычислений.

Решить задачу №1.2 с изменением её условий, согласно вариантам, приведенным в табл. 1.6.

Таблица 1.6 – Исходные условия и варианты задач

№ варианта задачи	Исходные условия
	L, м	H1, м	i1	i2	1:m
1.3	110	2,6	– 0,003	– 0,008	1:0,67
1.4	120	4,2	+ 0,004	+ 0,002	1:1,25
1.5	140	2,9	– 0,005	– 0,01	1:0,5
1.6	180	3,8	+ 0,003	+ 0,006	1:1,25
1.7	220	2,8	+ 0,004	+ 0,007	1:0,25
1.8	380	3,4	– 0,006	– 0,012	1:1

Задача №1.9.

Определить объем котлована прямоугольной формы в плане (см. рис. 1.2 а), размерами по дну , глубиной Н = 4,0м. Определить объем грунта (песок), подлежащий вывозу после обратной засыпки пазух котлована.

Решение.

1. Нормативное значение крутизны откосов для песчаного грунта составляет 1:m=1:1 (см. табл. 1.4.)

2. Определим размеры котлована по верху:

• ширину

• длину

3. По формуле (1) определим точный объем котлована

4. Рассчитаем приближенный объем котлована

Ошибка от применения приближенной формулы составляет

5. Объем грунта (в плотном состоянии) в пазухах составляет

Коэффициент остаточного разрыхления песка составляет 2…5% (см. табл. 1.3). Принимаем его значение равным 2%. С учетом этого, объем грунта, подлежащего вывозу (в плотном состоянии) составляет

6. Коэффициент первоначального разрыхления для песка составляет 10…15% (см. табл. 1.3). Принимаем его значение равным 12%. С учетом этого, объем грунта в рыхлом состоянии

Решить задачу №1.9 с изменением её условий согласно вариантам, приведенным в табл. 1.7.

Таблица 1.7 – Варианты задач

№ варианта задачи	Исходные данные			Наименование грунта
	а, м	b, м	H, м
1.10	8,0	8,0	4,0	песок
1.11	16,0	22,0	3,6	суглинок тяжелый
1.12	14,0	26,0	4,4	глина ломовая
1.13	6,0	6,0	2,8	супесь
1.14	20,0	34,0	4,8	гравийно-галечный
1.15	5,0	5,0	1,6	лесс мягкий

Контрольные вопросы

1. Классификация грунтов и их основные свойства?

2. Методы определения объемов земляных работ?

3. Методы искусственного закрепления грунтов?

4. Временное укрепление стенок выемок?

5. Методы понижения уровня грунтовых вод?