Лабы(бакалавры 2 поколение) Часть 2

Утверждено редакционно – издательским советом Тюменского государственного нефтегазового университета

Составители: Пономарева Татьяна Георгиевна, к.т.н. доцент Давыдов Алексей Николаевич, ассистент

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

©Тюменский государственный нефтегазовый университет Тюмень, 2012

2

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №7. Расчёт объема земляных работ на строительной площадке………………………………………………………………………………………4 Приложения………………………………………………………………………….29

Литература…………………………………………………………………………...30

3

Введение

Современные высокие темпы развития нефтегазового комплекса Западной Сибири характеризуются совершенствованием технологии и организации строительства, созданием и внедрением новых машин, механизмов и оборудования. Неуклонно повышается уровень механизации работ.

Одной из главных задач повышения темпов строительства является совершенствование и внедрение комплексной механизации на строительстве объектов нефтегазовго комплекса, а так же современные методы расчета объемов работ, в целях повышения производительности труда, сокращения сроков строительства и снижения стоимости строительно-монтажных работ.

Реализация достижений науки и техники представляет в настоящее время один из основных резервов повышения производительности труда и увеличение эффективности производства.

Наиболее трудоемким процессом, является проведение земляных работ на строительных площадках НГО.

Лабораторная работа №7.

Расчёт объема земляных работ на строительной площадке

ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ

Виды земляных работ

При строительстве зданий и сооружений выполняются различные строительные виды земляных работ: планировка площадки, рыхление твердых или мерзлых грунтов, заглубление фундаментов, обратная засыпка, устройство постоянных , временных и вспомогательных сооружений. На рис. 7.1, а, б, в — поперечные профили выемок; г, д

— сечения подземных выработок; е, ж — профили насыпи; з, и — обратная засыпка. Земляные работы – разновидность общестроительных работ, связанных с

разработкой, перемещением и укладкой грунтов.

Земляные работы делятся на постоянные, временные и вспомогательные. Постоянные - это земляные сооружения, которые после строительства

эксплуатируются: каналы, дороги и т. п.

Временные – это земляные сооружения, которые после производства работ ликвидируются: котлованы под фундаменты, траншеи под трубопроводы и т. д.

Вспомогательные земляные сооружения - это кюветы, водоотводные канавы и т.

п.

Временные выемки шириной до 3 м и длиной, значительно превышающей ширину, называются траншеями. Выемку, длина которой не превышает десятикратной ширины, называют котлованом. Котлованы и траншеи имеют дно и боковые стенки или откосы. Временные выемки под транспортные магистрали, шахты, штольни и т. п. земляные сооружения, закрытые с поверхности, называются подземными выработками.

4

Рис. 7.1 Виды земляных сооружений

I - поперечные профили выемок: а - траншея прямого профиля;

б - котлован (траншея) трапецеидальной формы; в - профиль постоянной выемки; II - сечения подземных выработок: г - круглой; д - прямоугольной; IIIпрофили насыпи: е - временной; ж - постоянной; IV - обратная засыпка: з - пазух котлована; и - траншеи; 1 - бровка откоса; 2 - откос; 3 - берма;

4 - основание откоса; 5 - дно выемки; 6 - банкет; 7 - нагорная канава После устройства подземных сооружений и частей зданий грунт укладывают в

пространство между боковой поверхностью сооружения и откосом котлована. Такую работу называют обратной засыпкой «пазух».

По трудоемкости выполнения земляные работы составляют до 20% всей трудоемкости возведения здания, поэтому земляные работы всегда стремились механизировать. В настоящее время до 97 % объемов земляных работ в строительстве комплексно механизированы, однако при мелких рассредоточенных объемах работ, устройстве фундаментов в стесненных условиях, зачистке дна и откосов котлованов, устройстве дренажных канав в гористой местности еще применяется ручной труд. Поэтому основная задача при выполнении земляных работ — полностью исключить ручной труд.

Классификация и основные строительные свойства грунтов

По своему строению грунты можно разделить на сцементированные (или скальные) и несцементированные.

Скальные грунты состоят из каменных горных пород, с трудом поддающихся разработке взрыванием или дроблением клиньями, отбойными молотками и т. п. Скелет несцементированных грунтов обычно состоит из песчаных, пылеватых и глинистых частиц, в зависимости от содержания которых грунты называются: песок, супесь (супесок), суглинок, глина (табл. 7.1).

В зависимости от содержания глинистых частиц глину называют тощей или жирной, в зависимости от трудоемкости разработки - легкой или тяжелой. Особо трудоемкая для разработки глина называется ломовой.

5

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

Плотностью называется масса 1м3 грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность несцементированных грунтов 1,2...2,1 т/м3, скальных - до 3,3 т/м3.

Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой и определяется отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта, выражается в процентах. При влажности более 30 % грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5 % - сухими. Чем выше влажность грунта, тем выше трудоемкость его разработки. Исключение составляет глина - сухую глину разрабатывать труднее. Однако при значительной влажности у глинистых грунтов появляется липкость, которая усложняет их разработку.

Сцепление - сопротивление грунта сдвигу. Сила сцепления для песчаных грунтов составляет 3... 50 кПа, для глинистых - 5...200 кПа.

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 приведена в приложении 1.

При разработке грунтов вручную их делят на семь групп. Как при механизированной, так и при ручной разработке в состав первой группы входят легко разрабатываемые грунты, а последней - самые трудно разрабатываемые.

Грунт при разработке разрыхляется и увеличивается в объеме. Это явление,

называемое первоначальным разрыхлением грунта, характеризуется коэффициентом первоначального рыхления Кр, который представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии. Уложенный в насыпь разрыхленный грунт уплотняется под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, движения транспорта, смачивания дождем и т.д.

Однако грунт длительное время не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является

коэффициент остаточного разрыхления грунта Кор.

Степень первоначального и остаточного разрыхления грунтов приведена в табл.

7.2.

6

Для обеспечения устойчивости земляных сооружений их возводят с откосами, крутизна которых характеризуется отношением высоты к заложению: H A 1 m

(рис. 7.2), где т - коэффициент заложения. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса а, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия.

Рис. 7.2 Крутизна откоса Нормативные значения крутизны откосов для временных земляных сооружений

приведены в табл. 7.3. При глубине выемки более 5 м крутизна откосов устанавливается проектом. Откосы постоянных сооружений делаются более пологими, чем откосы временных сооружений, и не менее, чем 1:1,5.

Водоудерживающая способность или сопротивляемость грунта прониканию воды очень высока у глинистых грунтов и низка у песчаных. По этой причине последние называются дренирующими, т. е. хорошо пропускающими воду, а первые —

недренирующими.

Таблица 7.3 Крутизна откосов в зависимости от вида грунта и глубины выемки

Дренирующая способность грунтов характеризуется коэффициентом фильтрации

К, равным 1... 150 м/сут.

Укрепление грунтов

Обычно при возведении земляных сооружений их боковые стенки устраивают таким образом, чтобы угол откоса был меньше угла естественного откоса. При намокании даже в условиях правильно выполненных откосов верхняя часть выемки может обрушиться. Это происходит из-за того, что при намокании грунта его угол естественного откоса может резко измениться (например, у глины с 45 до 15°, у суглинка

с50 до 20° и т.д.).

Втаких условиях необходимо, наряду с ограничением притока воды, укреплять боковые стенки земляных сооружений креплениями (рис. 7.3).

Крепление консольного типа состоит из стоек — свай, заземленных нижней частью в грунте глубже дна выемки. Они служат опорами для щитов или досок, непосредственно воспринимающих давление грунта. Крепление консольного типа целесообразно при глубине выемки до 5 м. В траншеях значительной глубины используют консольно-распорное крепление, отличающееся от консольного тем, что между стойками в верхней их части перпендикулярно оси траншеи устанавливают распорки.

Распорное (рамное) крепление — наиболее простое в исполнении — применяется при устройстве траншей глубиной до 4 м в сухих или маловлажных грунтах. Оно состоит из стоек, горизонтальных досок или щитов и распорок, прижимающих доски или щиты к стенкам траншеи.

Рис. 7.3 Крепление грунта от обрушения:

а - схема обрушения верхней части откоса при намокании; б - инвентарные трубчатые распорные рамы; в, г, д - крепления соответственно шпунтовое, консольное, консольнораспорное; е, ж - крепления распорное и подкосное; 1 - анкерная свая; 2 - оттяжка; 3 - маячная свая (опорная стойка);

4 - направляющая свая; 5 - шпунтовое ограждение; 6 - щиты (доски); 7 - стойки распорной рамы; 8 - распорка

8

Наиболее эффективны инвентарные трубчатые распорные рамы (рис. 7.3, б) благодаря их малой массе, легкости монтажа и демонтажа. На необходимую ширину их устанавливают поворотом муфт с винтовой нарезкой.

При отрывке траншей деревянные или металлические крепления устанавливают экскаватором непосредственно при отрывке выемки. Экскаватор устанавливает блоки и по мере углубления траншеи придавливает ковшом их верхние торцы.

При создании вокруг разрабатываемых выемок постоянных водонепроницаемых завес или в случае повышения несущей способности грунтовых оснований применяют следующие способы искусственного закрепления грунтов: цементацию и битумизацию; химический, термический, электрический, электрохимический, механический и др.

Цементация и битумизация заключается в инъецировании цементного раствора или разогретых битумов. Эти способы применяют для пористых грунтов с высоким коэффициентом фильтрации, а также трещиноватых скальных пород.

Химическим способом (силикатизацией) закрепляют песчаные и лессовидные грунты, нагнетая в них химические растворы.

Термическое закрепление заключается в обжиге лессовых грунтов раскаленными газами, нагнетаемыми через скважины в их поры. Газы подаются в толщу грунта вместе с воздухом через жаропрочные трубы в пробуренных скважинах.

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ заключается в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5... 1 В/см и плотностью 1... 5 А/м2. При этом глина осушается, уплотняется и теряет способностью к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом, растворы химических добавок (хлористый кальций и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

Механический способ укрепления грунтов имеет следующие разновидности: устройство грунтовых подушек и грунтовых свай, вытрамбовывание котлованов и др.

Устройство грунтовых подушек заключается в замене слабого грунта основания другим, более прочным, для чего слабый грунт удаляют, отсыпают прочный грунт с послойным трамбованием.

При устройстве грунтовых свай в слабый грунт забивают сваю-лидер, после извлечения лидера в полученную скважину засыпают грунт с послойным уплотнением.

Вытрамбовывание котлованов осуществляют с помощью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле крана. Этот способ менее сложен, чем способ грунтовых подушек, поскольку не требует замены грунта основания.

Уплотнение котлованов значительных размеров может осуществляться гладкими или кулачковыми катками, трамбующими машинами, виброкатками и виброплитами.

Разработка грунта землеройно-транспортными машинами

К основным землеройно-транспортным машинам относятся скреперы, бульдозеры, грейдеры, которые разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.

Скреперы предназначены для послойного копания грунтов в материковом залегании, их транспортирования и отсыпки в земляные сооружения с планированием слоями равномерной толщины. Скреперы применяют для разработки талых грунтов I и II групп, в том числе грунтов с каменистыми включениями.

Применяют прицепные (с объемом ковша 3... 10 м3), полуприцепные (4,5...5 м3) и самоходные (8...25 м3) скреперы (рис. 7.4).

9

Прицепные и полуприцепные скреперы наиболее эффективны при транспортировке грунта на расстояние до 1000 м, а самоходные на расстояние до 3000 м. Рабочий цикл скрепера состоит из последовательно повторяющихся операций: порожний ход, загрузка ковша, груженый ход и разгрузка. Скрепер снимает ковшом стружку грунта толщиной 0,12... 0,35м. Набор грунта производят при прямолинейном движении скрепера или движении под уклон. При разработке плотных грунтов увеличения толщины стружки применяют тракторы-толкачи (см. рис. 7.4 д), число которых зависит от типа скрепера, вместимости ковша и дальности транспортировки (1 толкач на 2...6 скреперов).

Рис. 7.4 Скреперы:

а, б — прицепные двух- и одноосные; в — полуприцепной; г — самоходный; д

— самоходный в паре с бульдозером-«толкачом» Скреперы набирают грунт (в зависимости от его вида) различными способами

(рис. 7.5). Способ набора грунта постоянной толшины тонкой прямой стружкой применяют на связных грунтах при работе под уклон; клиновой стружкой (переменной толщины) — при разработке связных грунтов на горизонтальных участках; гребенчатой стружкой с переменным заглублением и выглублением ковша

— при разработке сухих суглинистых и глинистых грунтов на горизонтальных участках; клевковой стружкой (разновидность гребенчатого способа) — при разработке сухих песчаных и супесчаных грунтов.

В зависимости от характера возводимого сооружения, взаимного расположения мест разработки и укладки грунта и местных условий применяют эллиптическую, спиральную, «восьмеркой», зигзагообразную, челночно-поперечную и челночнопродольную (см. рис. 7.5, д-к) схемы движения скреперов.

Тяжелые грунты, а также грунты с примесями, предварительно разрыхляют на толщину срезаемой стружки. Для рыхления применяют рыхлители, являющиеся прицепным оборудованием к гусеничному трактору или навесным - к бульдозеру.

Бульдозеры используют для обратной засыпки, сооружения насыпей из грунтов боковых резервов, грубого планирования земляных поверхностей и подготовительных работ, а также для распределения грунтовых отвалов при работе экскаваторов и землевозов, формирования террас на косогорах, штабелирования сыпучих материалов и др.

10