Тема 2.3. Земляные работы
Строительство любых зданий и сооружений вызывает необходимость переработки грунтов, включающей в свой состав их разработку, перемещение, укладку и уплотнение. Весь комплекс этих процессов называют земляными работами.
Результатом разработки грунта является земляное сооружение, представляющее собой инженерное сооружение, устраиваемое из грунта в грунтовом массиве или возводимое на поверхности грунта. Земляные сооружения разделяют:
- по отношению к поверхности грунта - выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки;
-по сроку службы - постоянные и временные;
-по функциональному назначению - котлованы, траншеи, ямы, скважины, отвалы, плотины, дамбы, дорожные полотна, туннели, планировочные площадки, выработки;
- по геометрическим параметрам и пространственной форме - глубокие, мелкие, протяженные, сосредоточенные, простые, сложные и т.п.
К постоянным относят сооружения, предназначенные для долгосрочной эксплуатации - земляные плотины, каналы, полотно рельсовых и безрельсовых дорог, выемки и насыпи, возводимые при планировке.
К временным земляным сооружениям относят выемки, отрываемые при возведении фундаментов жилых и промышленных зданий, мостов, плотин, траншеи для прокладки водопроводных, канализационных, газовых и других сетей, насыпи для временных дорог и запруд. Каждое земляное сооружение должно быть устойчивым, прочным и защищенным от размыва водой.
Виды грунтов и их свойства:
Скальные грунты — залегают в виде сплошного массива (граниты, кварциты, известняки) или в виде трещиноватого слоя. Они водоустойчивы, несжимаемы, не подвержены пучению, являются надежным основанием.
Крупнообломочные — несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%). К ним относятся: щебень, галька, гравий. Эти грунты малосжимаемы, водоустойчивы, непучинисты, являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный грунт.
Песчаные — состоят из частиц от 0,1 до 2 мм. В зависимости от крупности частиц пески разделяют на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие, пылеватые.
Подготовительные и вспомогательные процессы должны обеспечивать качественное и безопасное производство работ и в зависимости от местных условий и типа возводимого земляного сооружения включают разбивку земляных сооружений, водоотлив и понижение уровня грунтовых вод, временное крепление стенок выемок, искусственное закрепление грунтов.
Строительную площадку в населенных местах или на территории действующих предприятий ограждают. Если строительную площадку оградить невозможно, границы ее обозначают соответствующими знаками и надписями. Расположение и конструкцию ограждения указывают в ППР. В ограждение включается территория, необходимая для размещения сооружений, указанных в ППР.
Разбивка зданий и сооружений на местности. Разбивку котлованов под фундаменты зданий производят по рабочим разбивочным чертежам, где за оси координат принято пересечение взаимно-перпендикулярных осей здания.
Разбивка сооружений состоит в установлении и закреплении их положения на местности. Приемы разработки и способы закрепления на местности очертаний сооружений разнообразны и зависят от вида земляного сооружения, способа производства работ и др.Разбивку котлованов начинают с выноса и закрепления на местности (в соответствии с проектом) створными знаками основных рабочих осей, в качестве которых обычно принимают главные оси здания /—/и П—П
Земляные работы включают подготовительные, вспомогательные и основные работы. Подготовительные работы: подготовка территории — валка деревьев, корчевка пней, уборка камня, срезка кустарников, снос строений и т. д.; обеспечение водоотвода и осушение территории; геодезическая разбивка и прокладка дорог. Вспомогательные работы: устройство временных креплений котлованов и траншей, водоотлив, понижение уровня грунтовых вод, искусственное закрепление слабых грунтов. Основные работы: отрывка котлованов и траншей, планировка площадок, отсыпка насыпей с уплотнением грунтов, транспортирование грунта в отвал, подчистка и планировка дна котлованов, отделка откосов.
При высоком стоянии грунтовых вод целесообразно устраивать искусственное водопонижение с помощью дренажа. Здесь используют известный в гидродинамике эффект: если на некоторой глубине заводненного грунта проложить коллектор из труб с перфорированными стенками, то водное зеркало как бы втягивается осью трубы, образуя в поперечном сечении очертания вогнутой воронки, внутри которой образуется осушенная зона грунта. Существуют специальные дырчатые гончарные трубы (рис. 7). Можно использовать обычные, асбестоцементные, устроив в них поперечные пропилы шириной 1 мм и длиной 3–5 см с шагом до 20 см. Есть и более простое решение – плотно уложенные в выкопанные по периметру здания траншеи с общим уклоном в сторону водосброса на склоне грунта вязанки хвороста, обмазанные пластичной глиной.
Грунт – породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Свойства и качество влияют на:- устойчивость земляных сооружений;- трудоемкость разработки;- стоимость работ.
Грунты обладают следующими свойствами:- пластичность – масса первого м3 грунта в естественном состоянии;- влажность – степень насыщения грунта водой (если больше 30% влажность, то, следовательно, грунт мокрый, до 5% - грунт сухой);- сцепление – характеризуется начальным сцеплением грунта сдвигу.
От плотности и силы сцепления грунта зависит производительность землеройных машин. Классификация грунтов по трудности их разработки приводится в ЕНиР Сборник 2 выпуск 1 «Земляные работы». Например:
- для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяются на 6 групп;- для многоковшовых экскаваторов и скреперов – на две;- для бульдозеров и грейдеров – на три группы;- при разработке вручную их делят на 7 групп.
Одноковшовые строительные экскаваторы (ЭО) относятся к машинам циклического действия.Главный параметр ЭО - вместимость ковша, м3.Основные технологические параметры:-глубина (высота) копания,-максимальный радиус копания,-высота погрузки.
Рабочее место экскаватора (т. е. место, где он разрабатывает грунт) называется забоем. Геометрические размеры и форма забоя зависят от оборудования экскаватора и его параметров, размеров выемки, видов транспорта и принятой схемы разработки грунта. Применение рациональных приемов работы в правильно выбранном забое обеспечивает максимальную эффективность применяемого оборудования и высокую производительность при минимальной себестоимости землеройных работ.
Кровельная проходка представляет собой узел прохода, применяемый для монтажа стальных шахт вентиляции в точках их прохода в покрытиях кровель различных по типу и назначению зданий.
Механическое управление клапаном осуществляется при помощи специального вспомогательного механизма, который регулируется на два режима работы:«Открыто»;«Закрыто».
Чаще всего проходки для кровли монтируются в системе вентиляции зданий и строений общего назначения, в которых используется вентиляция двух типов:
Естественная вентиляция;
Система принудительной вентиляции.
На этапе проектирования здания выбор на конкретной системы влияет целый ряд различных условий, таких как уровень влажности, минимальная и максимальная температура воздуха, и многие другие.
Проходка кровли рассчитывается при этом при помощи двух параметров:
-Угол уклона кровли;-Расстояние от конька до проходки.
НЕДОБОР ГРУНТА-слой грунта толщиной от 5 до 20 см, оставляемый при устройстве выемки землеройными машинами с целью сохранения структуры грунта основания.
Экскаваторы непрерывного действия предназначены для отрывки траншей и каналов в грунтах I—IV групп как в городских, так и в полевых условиях. Это землеройные машины на гусеничном или пневмоколесном ходу самоходного, полуприцепного и прицепного типов, которые при своем поступательном движении во время работы разрушают грунт с помощью группы непрерывно движущихся по замкнутому контуру ковшей, скребков или резцов, отрывают позади себя продольную выемку определенных размеров и одновременно эвакуируют грунт в сторону от нее (в отвал или транспортные средства) с помощью конвейера, ротора или шнека.
Разработка грунта скреперами.
Рабочим органом скрепера является ковш с ножевым устройством, который при движении осуществляет послойное резание (копание) грунта с одновременным набором его в ковш. Переход в транспортное положение осуществляется выглублением ковша с одновременным его закрытием. Разгружается грунт в процессе движения послойно при помощи наклона ковша или перемещения задней стенки ковша. Полный рабочий цикл включает: наполнение ковша, перемещение грунта к месту разгрузки и укладки ровным слоем заданной толщины. Толщина стружки срезанной при наборе, зависит от мощности двигателя тягача, типа скрепера и от вида грунта и может достигать 20…35 см для прицепных и 30…36 см для самоходных скреперов. Скреперами можно разрабатывать грунты 1 – 3 групп с каменистыми включениями до 300…600 мм.
Грунты уплотняют для увеличения их несущей способности. К механическим способам уплотнения грунтов относятся укатка, трамбование, вибрирование и комбинированный способ. При выборе метода уплотнения грунтов и типа грунтоуплотняющих машин следует учитывать свойства грунта (гранулометрический состав, влажность, степень однородности, требуемую плотность), а также объем работ, время года, особенности выполнения подготовительных и вспомогательных работ и другие факторы. Работы по уплотнению грунтов ведутся при их влажности, близкой к оптимальной, т.е. при которой достигается наибольший эффект уплотнения.
Величина оптимальной влажности принимается:
– для песка мелкого и средней крупности — 10—15%;
– для песка пылеватого — 14—23%;
– для супесей — 9—15%;
– для суглинков — на 1% и для глин — на 2% ниже влажности на границе раскатывания.
Различают следующие способы срезания стружки при работе скрепера: стружкой постоянной толщины, стружкой переменного сечения, гребенчатой, клевками.
Укладка и уплотнение грунтовых масс выполняется при планировочных работах, возведении различных насыпей, обратных засыпках траншей и пазух фундаментов. Отсыпку следует вести от краев насыпи к середине для лучшего уплотнения грунта, ограниченного отсыпными краевыми участками насыпи.
Насыпь следует отсыпать с запасом по высоте на естественную осадку, которую принимают при отсутствии уплотнения до 6 °/о при скальных грунтах и до 9 °/о при нескальных. Искусственные сооружения следует засыпать горизонтальными слоями по всей длине одновременно с обеих сторон.
Гидромеханический метод основан на использовании воды для переработки фунта. Применение этого метода целесообразно при больших объемах работ, необходимости устройства насыпей с минимальной осадкой, при наличии достаточных ресурсов воды и электроэнергии.
Технологический процесс гидромеханизации включает разработку фунта в забое и перевод его в полужидкую массу (пульпу),транспортирование и укладку (намыв) пульпы в сооружение или в отвал.
Бурение скважин заключается в образовании в грунте цилиндрических скважин с разрушением породы на дне скважины и извлечение этой породы. Оборудование, применяемое для бурения, зависит от физических свойств грунта, от размеров скважин, их диаметра и глубины. Бурение осуществляют механическим и физическим способами.
Бурение механическим способом наиболее распространено, оно разделяется:- вращательное сплошным забоем- вращательное кольцевым забоем- ударное бурение- виброударное бурение.
Взрывным способом в основном рыхлят скальные породы с последующей их разработкой землеройными машинами и скалоуборочными механизмами. С помощью взрывов возводят земляные насыпи и перемычки, устраивают (на выброс) выемки для котлованов, дорог и т. п. Взрывным способом дробят мерзлые фунты, валуны, валят деревья, корчуют пни, уплотняют грунты и др.Применение взрыва для созидательных целей основано на использовании энергии избыточного давления газов, образующихся практически мгновенно при химических превращениях взрывчатых веществ.
Для мерзлых грунтов характерным является значительное увеличение трудоемкости их разработки вследствие повышенной механической прочности. Кроме того, мерзлое состояние грунта усложняет технологию, ограничивает применение некоторых типов землеройных (экскаваторов) и землеройно-транспортных (бульдозеров, скреперов, фейдеров) машин, уменьшает производительность транспортных средств, способствует быстрому износу деталей машин, особенно их рабочих органов. В то же время временные выемки в мерзлом грунте можно разрабатывать без откосов.
При комплексной механизации земляных работ разработку грунта осуществляют комплектом машин, в состав которого кроме ведущей (основной) землеройной машины входят машины для транспортирования грунта, подчистки дна выемок и отделки откосов, уплотнения насыпей, предварительного рыхления грунта и др
К управлению землеройно-транспортными машинами допускаются лица, достигшие 18-летнего возраста, которые прошли специальное обучение и получили удостоверение на право управления соответствующим типом машин. Допуск к работе на машине оформляют приказом по строительной организации.