1.Назначение и виды земляных работ. Грунты и их технологические свойства. В промышленном и гражданском строительстве переработку грунта ведут с целью подготовки оснований под здания и сооружения, изменение природного рельефа местности, устройство земляного полотна временных дорог, устройства подземных закрытых с поверхности земли выемок и др. Результатами переработки грунта являются земляные сооружения - выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки. Выемку, имеющую ширину до 3 м и длину значительно превышающую ширину, называют траншеей. Выемку, длина которой не превышает десятикратной ее ширины, называют котлованом. Котлованы и траншеи имеют дно и боковые поверхности, наклонные откосы и вертикальные стены. Выемки, закрытые с поверхности и устраиваемые для сооружения транспортных и коммунальных туннелей и других целей называют подземными выработками. После устройства подземных сооружений частей зданий грунт укладывают в так называемые пазухи - пространство между боковой поверхностью сооружения и откосом котлована для полного закрытия подземного сооружения или коммуникаций - обратная засыпка. Основными процессом переработки грунта, в результате которого создаются земляные сооружения проектных параметров, являются разработка грунта, его перемещение и укладка. Выполнению этих процессов предшествуют подготовительные процессы, которые осуществляют до начала разработки грунта вспомогательные - до или в процессе возведения земляных сооружений. Этот комплекс процессов называют земляными работами - массовые, тяжелые и трудоемкие виды строительных работ. На 1 м³ объема промсооружения в среднем перерабатывается 1,5.,.2м^З грунта. При возведении земляных сооружений, переработку грунта ведут по 4 методам): механический (95%), гидравлический (2%). взрывной (1%) и ручной (2% с привлечением специнструмента). Кроме того в ряде случаев грунт перерабатывают методами вытрамбовывания и бурения.

рис. Виды земляных сооружений: а – открытый котлован, б – закрытый котлован, в – траншея, г – планировочная насыпь, д – земляное полотно дороги, е – подземная выработка, 1 – здание, 2 – обратная засыпка.

Грунты и их технологические свойства

Грунты - породы, залегающие в верхних слоях земной коры и представляющие собой рыхлые и скальные породы. Свойства и качество грунта влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость переработки и стоимость работ. При выборе наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать характеристики грунтов: плотность, влажность, липкость, разрыхленность, сцепление, угол естественного откоса трудность разработки. Плотность - масса 1 м^З грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов: 1,6...2,1 т/м^З, а скальных, неразрыхленных грунтов - до 3,3 т/м^З. Влажность характеризует степень насыщения грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта. При влажности более 30% грунты считают мокрыми, а при влажности до 5% - сухими. Липкость - способность грунта при определенной влажности прилипать к поверхности различных предметов. Большая липкость усложняет выгрузку грунта из ковша машины или кузова, условия работы транспорта и др. Липкость определяю усилием, необходимый для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин 0,05 МПа).Разрыхляемость - способность грунта увеличиваться в объеме в процессе его разработки. При этом плотность грунта уменьшается - первоначальное разрыхление грунта и характеризуется коэффициентом разрыхляемости Кр - отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии (для песчаных = 1,08... 1,17; суглинистых = 1,14... 1,28 и для глинистых = 1,24…1,3).Уложенный в насыпь разрыхленный грунт под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, движения транспорта или смачивания дождем уплотняется. Однако грунт не занимает такого объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления Ко.р., значение которого для песчаных грунтов 1,01. ..1,025; суглинистых 1,015... 1,05; глинистых 1,04... 1,09. Сцепление характеризуют начальным сопротивлением грунта сдвигу, оно зависит от вида грунта и его влажности. Так, сила сцепления для песчаных грунтов 0,03...0,05 МПа; для глинистых 0,05...0,3 МПа. Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоянии предельного равновесия. Для обеспечения устойчивости земляных сооружений их возводят с откосами. Крутизна которых определяется отношением высоты к заложению: h/а= 1/m, где m коэф-т откоса. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса.Удельное сопротивление резанию зависит как от свойств и показателей разрабатываемого грунта. Так и от конструктивного рабочего органа землеройного или землеройно-транспортного оборудования. С учетом этого в строительном производстве грунты по трудности их разработки классифицируют в группы (ЕНиР 2-1-1). Так для одноковшовых экскаваторов грунты делят на 6, для многоковшовых экскаваторов и скреперов на 2, для бульдозеров и грейдеров на 3. При разработке грунтов в ручную их делят на 7 групп. В состав 1 группы входят легко разрабатываемые грунты, а в последнюю - трудно разрабатываемые. Грунты подразделяются по гранулометрическому и химико-минералогическому составу. Гранулометрический состав - количественное содержание в грунте минеральных частиц определённой крупности. Согласно существующей классификации грунты м/б песчаными, супесчаными, суглинистыми и глинистыми. Гр., обладающие только силами сухого трения - несвязные (крупнообломочные, песчаные). Грунты, характеризующиеся наличием сил сцепление м/у частицами, носят название - связных. К таким груп­пам относятся глины и суглинки. Промежуточное поло­жение занимают так называемые мало связные грунты. Наряду с силами трения они обладают слабо выражен­ными силами сцепления. К этой группе относятся супе­си. Гранулометрический и химико - менарологический состав гр., а также количественное соотношение в нем твердой и жидкой фазой обусловливают его физико -механические свойства., которые, в свою очередь, влия­ют на эффективность разработки и выбор оптимальных технологических параметров применяемых средств ме­ханизации. К физическим свойствам гр. относят объём­ная масса, пористость, плотность, пластичность, угол внутреннего трения, разрыхляемость, тиксотропность, водопроницаемость др., а к механическим свойствам - прочность, деформативность, сопротивление сдвигу. Разрыхляемость — способность гр. увеличивать свой объем при разработке. Характеризуется к-ом. разрыхле­ния Kp=Vpазр/Vест Тиксотропность - способность гр. переходить из пла­стичного в текучее состояние под воздействием ударно - вибрационной нагрузки. Зависит от химико-минералогического состава и гранул ометричес кого со­става гр. Водопроницаемость - способность гр. фильт­ровать воду под воздействием внешнего давления (к-нт фильтрации). Липкость - способность гр. прилипать к твердым поверхностям. Абразивность - способность гр. оказывать истирающие действие на рабочие органы ма­шины. В практике проектирования земляных работ ис­пользуется такая характеристика, как трудность разра­ботки. Она учитывает не только свойства гр., но и тру­доёмкость их разработки использованием соответст­вующих машин и механизмов.

2. Водоотлив. Понижение уровня грунтовых вод иглофильтрами, глубинными насосами в водопонижающих скважинах. Водоотлив.

При устройстве выемок, расположенных ниже УГВ, необходимо: осушать водонасыщенный грунт и обеспечивать таким образом возможность его разработки и устройства выемок; предотвращать попадание грунтовой воды в котлованы, траншеи и выработки в период выполнения в них строительных работ. Эффективный технологический прием - откачка грунтовой воды. Выемки при небольшом притоке ГВ разрабатывают с применением открытого водоотлива, а если приток значителен и толщина водонасыщенного слоя большая УГВ понижают с помощью грунтового водоотлива. Открытый водоотлив - откачка воды из котлованов и траншей. При открытом водоотливе ГВ просачивается через откосы и дно котлована и поступает в водосборные канавы и по ним в приямки, откуда ее откачивают насосами. Канавы делают шириной по дну 0,3…0,6 и глубиной 1…2 м с уклоном 0,01…0,02 в сторону зумпфа. Зумпф – приямок, площадью 1м на 1м. Стенки приямков крепят деревянными бревнами в устойчивых грунтах, а в оплывающих – шпунтовой стенкой.

Рис.1 Открытый водоотлив1-зумпф2-насос3-желоб (3%)

Открытый водоотлив простой и доступный способ, но имеет большой недостаток: ГВ разжижают грунт и выносят из него на поверхность мелкие частицы – суффозия грунта. Из-за этого несущая способность грунта снижается, поэтому на практике применяют чаще Грунтовый водоотлив, который обеспечивает снижение УГВ ниже дна выемки. УГВ понижается из-за непрерывной откачки воды водопонизительными установками из трубчатых колодцев и скважин, расположенных вокруг котлована или вдоль траншеи. Дренаж – борьба с подземными грунтовыми водами. Это траншея, выполняемая с уклоном в сторону сброса воды. Применяется для осушения грунта на глубину до 2м. Может быть временным (на период строительства) и постоянным ( на весь период эксплуатации). Дренаж может быть: открытым, закрытым, вертикальным, горизонтальным, комбинированным специальным. Горизонтальный открытый дренаж – с повышенной стороны населенного пункта отрывают канаву глубиной до 1.5 м с пологими откосами 1 к 2. Канавам (дну) придается продольный уклон для стока. Грунт кладется на повышенную сторону.

Рис.2 Открытый дренаж

Закрытый дренаж – отрывается траншея на необходимую глубину (ниже глубины промерзания грунтов), в неё закладывается перфорированная труба, просыпают фильтром и засыпают местным грунтом.

Рис.3 Закрытый дренажПристенный дренаж – устраивается во время монтажа фундамента. Перфорированная труба укладывается рядом со стеной по периметру фундамента, оборудуется фильтром, обратная засыпка грунтом. Труба укладывается на глубину ниже пола подвала. Пластовый дренаж – устраивается под всей подложкой фундамента. Вертикальный дренаж – бурят скважины под защитой обсадных труб (труба удерживающая вертикальные стенки скважины от разрушения) и глубинными насосами откачивает воду. Комбинированный дренаж – включает в себя горизонтальные и вертикальные участки. Иглофильтровый способ искусственного понижения УГВ реализуется с помощью иглофильтровых установок, состоящих из стальных труб с фильтрующим звеном в нижней части, водосборного коллектора и самовсасывающего вихревого насоса с электродвигателем. Стальные трубы погружают в обводненный грунт по периметру котлована или вдоль траншей. Фильтрующее звено состоит из наружной перфорированной трубы и внутренней глухой трубы. Наружная труба внизу имеет наконечник с шаровым и кольцевым клапанами. На поверхности земли иглофильтры присоединяют водосборным коллектором к насосной установке. При работе насоса уровень воды в иглофильтрах понижается и из-за дренирующих свойств грунта он понижается и в окружающих грунтовых слоях, образуя новую границу УГВ. Иглофильтры погружают в грунт через буровые скважины или путем нагнетания в трубу иглофильтра воды под давлением 0,3 МПа. Поступая к наконечнику, вода опускает шаровой клапан, а кольцевой клапан, отжимаемый при этом к верху, закрывает зазор между внутренней и наружной трубами. Выходя из наконечника под давлением, струя воды размывает грунт и обеспечивает погружение иглофильтра. Когда вода всасывается из грунта через фильтровое звено, клапаны занимают обратное положение.Применение иглофильтровых установок наиболее эффективно в чистых песках и песчано-гравелистых грунтах. Наибольшее понижение УГВ одним ярусом иглофильтров около 5 м. при большей глубине понижения применяют двухъярусные установки.

Вакуумный способ – используют вакуумные водопонизительные установки. Их используют в мелкозернистых грунтах, в которых применять легкие Иглофильтровые установки нецелесообразно. При работе вакуумных установок вакуум возникает в зоне эжекторного иглофильтра. Его фильтровое звено устроено по принципу легкого иглофильтра, а надфильтровое звено состоит из наружной и внутренней труб с эжекторной насадкой. Рабочую воду под давлением 750…800 кПа подают в кольцевое пространство между внутренней и наружной трубами, и через эжекторную насадку она устремляется вверх по внутренней трубе. В результате резкого изменения скорости движения рабочей воды в насадке создается разрежение и тем самым обеспечивается подсос ГВ. ГВ смешивается с рабочей и направляется в циркуляционный резервуар, из которого избыток воды откачивается низконапорным насосом или сливается самотеком.

ис. 5 Вакуумный способ

Явление электроосмоса используют в грунтах с коэф-м фильтрации менее 0,05 м/сут. В этом случае с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5…1 м от иглофильтров в сторону котлована погружают стальные трубы или стержни. Иглофильтры подключают к отрицательному (катод), а трубы – к положительному полюсу источнику постоянного тока (анод). Электроды размещают в шахматном порядке, с шагом А и К в своем ряду = 0,75…1,5 м. А и К погружают на одинаковую глубину. Источник электропитания – сварочные агрегаты или передвижные преобразователи. На 1 м2 площади электроосмической завесы необходима сила тока 30…60 В. Под действием электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, освобождается и перемещается в сторону иглофильтров. За счет движения этой воды коэф-т фильтрации увеличивается в 5…25 раз. Способ применяется в слабопроницаемых глинистых грунтах.

Водопонижение при помощи водопонизительных скважин – применяется при понижении УГВ более чем на 4м и для осушения больших площадей и строительных площадок с большим притоком воды. На территории строительной площадки пробуривается скважина, в которую опускается водяной насос и при помощи него производится откачка воды

Рис.7 Водопонизительные скважины