Технология строительного производства – земляные работы

Разбивка земляных сооружений. Разбивка состоит в установлении и закреплении положения сооружений на местности. Разбивку осуществляют с помощью геодезических инструментов и различных измерительных приспособлений.

Разбивку котлована начинают с выноса и закрепления на местности (в соответствии с проектом) створными знаками основных рабочих осей, в качестве которых обычно принимают главные оси здания I-I и II-II. Затем вокруг будущего котлована на расстоянии 2…3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливают обноску.

Обноска разового использования состоит из забитых в грунт металлических стоек или вкопанных деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Доска должна быть толщиной не менее 40 мм, иметь обрезную грань, обращенную кверху, и опираться не менее чем на три столбика. Более совершенной является инвентарная металлическая обноска, состоящая из металлических стоек и труб, укрепленных на стойках хомутами. Для пропуска транспортных средств в обноске должны быть разрывы. При значительном уклоне местности обноски делают с уступами.

На обноску переносят основные разбивочные оси и, начиная от них, размечают все остальные оси здания. Все оси закрепляют наобноске гвоздями или пропилами и нумеруют. На металлической обноске оси закрепляют краской. Размеры котлована поверху, понизу и другие характерные его точки отмечают забитымив грунт хорошо видимыми колышкамиили вехами. После возведения подземной части здания основные разбивочные оси переносят на его цоколь.

Для линейно протяженных сооружений (например, для траншей) устраивают только поперечные обноски, которые располагают на прямых участках через 50 м, на закруглениях – через 20 м. Обноску устраивают также на всех пикетах и точках перелома профиля трассы.

5.2. Водоотвод и водоотлив, понижение уровня грунтовых вод

Водоотвод выполняется для защиты выемки от поверхностных вод путем устройства водоперехватывающих нагорных и водоотводящих канав или системы дренажей. Продольный уклон лотков или канав назначают в зависимости от рельефа местности и принимают равным не менее 0,003. На размеры лотков или канав и на методы их укрепления влияют приток воды и скорость течения. При этом, вокруг места будущей выемки или только с нагорной стороны устраивают водоотводные канавы так, чтобы поступающая вних водаотводиласьвпониженныеточки местности.Стенки идно канавпри

71

необходимости укрепляют различными материалами – дерном, камнем, деревом, фашинами и т.п.

Водоотлив применяют при незначительном притоке воды в выемки. Открытый водоотлив применяют для откачки воды непосредственно из котлованов или траншей насосами (рис. 5.2). При открытом водоотливе грунтовыеводыпросачиваютсячерезоткосы,днокотлованаинаправляютсяпо прорытым водосборным канавам или лоткам к специально устроенным в пониженной части котлована приямкам, называемым зумпфами, откуда вода выкачивается насосами соответствующей производительности.

Рис. 5.2 - Открытый водоотлив из котлована (а) и траншеи (б):

1 – дренажная канава; 2 – приямок (зумпф); 3 – пониженный уровень грунтовых вод; 4 – дренажная пригрузка; 5 – насос; 6– шпунтовое крепление; 7 – инвентарные распорки; 8 – всасывающий рукав с сеткой (фильтром); Н – высота всасывания до 5…6 м

Насосы подбирают в зависимости от дебита (притока) вод, а сам дебит рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод. Водосборные канавы устраивают шириной по дну 0,3...0,6 м и глубиной 1...2м

суклоном 0,01...0,02 м в сторону приямков. Сами приямки в устойчивых грунтах крепят в виде деревянного сруба без дна, а в оплывающих грунтах – шпунтовой стенкой.

Открытый водоотлив является простым и доступным способом борьбы

сгрунтовыми водами, но имеет серьезные технологические недостатки. Восходящие потоки грунтовой воды, протекающей через стенки и дно котлованов и траншей, разжижают грунт и выносят из него на поверхность

72

мелкие частицы. В результате снижается естественная прочность основания, кроме того, наличие на дне выемки воды затрудняет разработку грунта, требуется крепление стенок выемок, приток воды в котлован может вызвать ослабление оснований зданий, расположенных рядом со строящимся объектом.

Открытый водоотлив используют в глинистых и песчаных пылеватых грунтах с коэффициентом фильтрации менее 1 м/сут.

Искусственное понижение уровня грунтовых вод является более совершенным, но и более сложным методом борьбы с притоком воды в выемку. Понижение уровня грунтовых вод обеспечивают путем непрерывной откачкиизспециальных скважин,расположенных вокругкотлованаили вдоль траншеи и оканчивающихся ниже дна выемки. Метод применяют в грунтах с высоким коэффициентом фильтрации (более 2 м/сут).

Водопонижениеобеспечиваетснижениеуровнягрунтовыхводнижедна будущей выемки. При этом уровень грунтовых вод резко понижается, ранее насыщенный водой грунт, и теперь обезвоженный, разрабатывается как грунт естественной влажности. При водопонижении появляется возможность сохранятьвцелостностиоткосывыемокипредотвращатьвыносчастицгрунта из-под фундаментов ближайших зданий.

Для искусственного водопонижения разработано несколько эффективных способов, основными из которых являются иглофильтровой, вакуумный и электроосмотический.

Иглофильтровый способ искусственного понижения грунтовых вод реализуется с использованием легких иглофильтровых установок,

состоящих из стальных труб с фильтрующим звеном в нижней части, водосборного коллектора и самовсасывающего вихревого насоса с электродвигателем (рис. 5.3).

Стальные трубы погружают в обводненный грунт по периметру котлована или вдоль траншеи. Фильтрующее звено состоит из наружной перфорированной и внутренней глухой трубы. Наружная труба внизу имеет наконечник с шаровым и кольцевым клапанами. На поверхности земли иглофильтры присоединяют водосборным коллектором к насосной установке. Для исключения аварийных ситуаций установка комплектуется резервными насосами. При работе насосов уровень воды в зоне иглофильтров снижается. Из-за дренирующих свойств грунта он понижается и в окружающих грунтовых слоях, образуя новую границу уровня грунтовых вод, которая называется депрессионная кривая.

73

Рис. 5.3 - Иглофильтровой способ понижения уровня грунтовых вод: а) для котлована при одноярусном расположении иглофильтров; б) то же, при двухъярусном; в) для траншеи; г) схема работы фильтрующего звена

при погружении в грунт и в процессе откачки воды; 1 – насосы; 2 – кольцевой коллектор; 3 – депрессионная кривая; 4 – фильтрующее звено; 5 – фильтрационная сетка; 6 – внутренняя труба; 7 – наружная труба; 8 – кольцевой клапан;

9 – гнездо кольцевого клапана; 10 – шаровой клапан; 11 – ограничитель

Иглофильтры погружают в грунт в пробуренные скважины или путем нагнетания в трубу иглофильтра воды под давлением до 0,3 МПа (гидравлическое погружение). Поступая к наконечнику, вода опускает шаровой клапан,акольцевой клапан,отжимаемый при этомкверху,закрывает зазор между внутренней и наружной трубами. Выходя из наконечника под давлением, струя воды размывает грунт и обеспечивает погружение

74

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 уровня грунтовых вод, достигаемое в средних условиях одним ярусом иглофильтров, составляет около 5 м. При необходимости большей глубины понижения применяют двухъярусные установки.

Иглофильтры позволяют при одноярусном расположении понизить уровень грунтовых вод на 4...5 м, при двухъярусном – на 7...9 м. Иглофильтры располагают на расстоянии 0,5 м от бровки котлована или траншеи. Узкие траншеи глубиной до 4,5 м и шириной до 4 м осушают одним рядом иглофильтров, при большей ширине и глубине – двумя рядами.

Расстояние в ряду между иглофильтрами назначают в зависимости от свойств грунта и глубины понижения уровня грунтовых вод. Для среднезернистых грунтов при коэффициенте фильтрации 2...60 м/сут расстояние принимают в пределах 1...1,5 м, в сильно фильтрующих крупнопесчаных ипесчано-гравелистых грунтах расстояниесокращают до 0,75 м.

Вакуумный способ водопонижения реализуют применением

вакуумных (эжекторных) водопонизительных установок. Эти установки используют для понижения уровня грунтовых вод в мелкозернистых грунтах (мелкозернистые и пылеватые пески, супеси, илистые и лессовые грунты с коэффициентом фильтрации 0,02…1 м/сут), в которых применение легких иглофильтровых установок нецелесообразно. При работе вакуумных водопонизительных установок вакуум возникает в зоне эжекторного иглофильтра (рис. 5.4).

75

Рис. 5.4 - Схема вакуумной установки:

а) вакуумная установка; б) схема действия эжекторного иглофильтра; 1 – центробежный насос низкого давления; 2 – циркуляционный резервуар; 3 – сборный лоток; 4 – напорный насос; 5 – напорный рукав;

6 – эжекторный иглофильтр; 7 – напорная вода; 8 – сопло; 9 – всасываемая вода; 10 – обратный клапан; 11 – фильтровая сетка

Фильтровое звено эжекторного иглофильтра 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, далее 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 грунтовой воды. В эжекторной иглофильтровой установке вакуум создается в глубине иглофильтра, что обеспечивает более интенсивный отсос воды и имеет исключительно важное значение при осушении грунтов с незначительной фильтрационной способностью. Грунтовая вода смешивается с рабочей и направляется в циркуляционный резервуар, из которого избыток воды (за счет поступления грунтовой) откачивается низконапорным насосом или сливается самотеком.

Электроосмос используют для расширения области применения иглофильтровых установок в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут. В этом случае наряду с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5...1 мот иглофильтров со стороны котлована погружают стальные трубы или стержни на глубину, идентичную погружению иглофильтров.

76

Иглофильтры подключают к отрицательному (катод), а трубы или стержни – положительному полюсу источника постоянного тока (анод) (рис. 5.5).

Электроды размещают относительно друг друга в шахматном порядке. Шаг анодов и катодов в своем ряду принимают одинаковым в пределах 0,75...1,5 м.

электроосмосу коэффициент фильтрации грунта возрастает в 5...25 раз.

Для понижения уровня грунтовых вод на глубинуболее 20 м применяют водопонижающие скважины. Скважины устраивают в обсадных трубах диаметром до 400 мм и оборудуют фильтрами. Воду из скважин откачивают высоконапорными насосами.

Нередко при интенсивной откачке грунтовых вод в районе строительства нарушаются гидрогеологические условия, могут произойти нарушения действующих водозаборных систем, осушение родников и т.д.

Продолжительные откачки грунтовых вод особо опасны на застроенных городских территориях, так как они могут вызвать оседание земной поверхности, деформации зданий и сооружений. Поэтому выбор способов защиты земляных сооружений от воздействия подземных вод должен сопровождаться анализом и разработкой соответствующих природоохранных мероприятий.

77

5.3. Обеспечение устойчивости стенок выемок, искусственное закрепление грунтов

Для уменьшения объемов земляных работ, а также в случаях, когда разработка выемок с откосами невозможна из-за стесненности площадки или наличия грунтовых вод, устраивают выемки с вертикальными стенками.

Временное крепление стенок земляного сооружения может быть выполнено в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками, щитов с распорными рамами, с подкосным креплением стенок и ряда других конструкций (рис. 5.6).

Шпунтовое ограждение является наиболее надежным, но и самым дорогим из существующих способов. Применяют шпунт при разработке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий. Шпунт, металлический или деревянный, забивают в грунт на глубину, превышающую глубину будущего котлована на 2...3 м (величина расчетная). Шпунт забивают до разработки выемки, чем обеспечивают устойчивое и естественное состояние грунта за пределами выемки.

Вкачестве металлических стоек используют прокатные профили (швеллер, двутавр, трубы) или специально выпускаемый прокат. Шпунт может быть сплошным в виде единой стенки. Если шпунт прерывистый, то между стойками по мере отрывки котлована забивают деревянную забирку – щиты, отдельные доски, брусья (фото рис. 5.6).

Распорное крепление применимо для узких траншей глубиной 2…4 мв сухих и маловлажных грунтах и состоит из вертикальных стоек, горизонтальных досок, дощатых (сплошных или несплошных) щитов и распорок, прижимающих стойки и щиты к стенкам траншеи. Стойки, как и распорки, устанавливают по длине траншеи через 1,5...1,7 м одна от другой и по высоте через 0,6…0,7 м (фото рис. 5.6).

Всвязных грунтах естественной влажности и глубиной до 3 м горизонтальную забирку устраивают из досок толщиной 5см с прозорами на ширину доски, при большей глубине забирку делают сплошной из щитов. Распорное крепление трудоемко и затрудняет производство работ в траншее, особенно при прокладке коммуникаций, поэтому если позволяют условия, то применяют другие виды креплений.

78

79

Рис. 5.6 - Способы крепления стенок выемок:

а) подкосное; б) анкерное; в) консольное; г) консольное из буронабивных свай или «стены в грунте»; д) из различных типов стальных шпунтов; е) распорное с горизонтальными щитами и прозорами; ж) консольно-распорное; з) – инвентарная трубчатая распорная рама; и) инвентарные щиты ограждений (забивка); 1 – стойка; 2 – забирка из досок; 3 – подкос; 4 – бобышка; 5 – анкер; 6 – оттяжка; 7 – шпунтовая стенка; 8 – буронабивные сваи; 9 – то же, в обсадной трубе; 10 – типы шпунта; 11, 13 – распорки; 12 – стойка распорной рамы; 14, 15 – наружная и внутренняя трубы; 16 – стяжная муфта; 17 – щиты забирки

80