Глава 5 устройство выемок и насыпей

§ 1. Устройство котлованов

Котлованы представляют со­бой временные выемки, устраиваемые для возведения фундаментов, частей зда­ния и сооружения, расположенных ни­же поверхности земли. Котлованы бывают с вертикальными или наклонными стенками (откосами), с креплениями или без них.

Котлованы с вертикальными стенка­ми без крепления устраивают в грунтах естественной влажности с ненарушенной структурой, при отсутствии грунтовых вод и глубине котлована в пределах 1...2м (см. гл. 3, § 5).

Котлованы с откосами разрабатыва­ют при глубине, превышающей допустимые пределы возведения их с верти­кальными стенками, и когда устройст­во креплений экономически нецелесообразно.

Рис. III. 13. Схемы уплотнения грунтов:

а — кулачковыми катками Д-130Б (/ — план, // — разрез, /// — схема движения машин; 1...8 — ходы кат­ка); б — пневмоколесным катком Д-263; в —• гладким самоходным катком; г — трамбующей плитой, подве­шенной к стреле экскаватора Э-652Б; / — перекрытие полос; 2 — направление укатки от краев насыпи к ее середине; 3 — ширина укатываемой полосы; 4 — рыхлый слой грунта; 5 — уплотненный слой грунта; 6 — зона уплотнения грунта ручными трамбовками; 7 — слои грунта, уплотняемые катком; 8 — ось проходки эк­скаватора; 9 — трамбующая плита; 10 — уплотняемая полоса} // — места стоянки экскаватора)

Наибольшую крутизну откосов (при отсутствии грунтовых вод) устанавливают согласно СНиПам:

Глубина котлована, м Крутизна откоса

До 1,5 От 1 : 0 до 1 : 0,25

1,5...3 От 1 : 0,5 до 1 : 1

3...5 От 1 : 1 до 1,25

Для более глубоких котлованов кру­тизну откосов назначают переменной (более пологой по дну) либо по расчету.

Технологический процесс устройства котлована включает: разработку грун­та с выгрузкой в транспортные средст­ва или на бровку котлована; транспорти­рование грунта, срезку откосов и пла­нировку дна; обратную засыпку пазух между стенками фундамента и котлова­на с разравниванием и уплотнением грунта, а также выполнение вспомога­тельных работ (крепление вертикаль­ных стенок, водоотлив и т. д.).

Разработка грунта является ведущим процессом и выполняется обычно экс­каваторами с различным сменным оборудованием и бульдозерами, ре­же — гидромеханическим способом и скреперами.

Экскаваторы, оборудо­ванные прямой лопатой, \ разрабатывают котлованы преимущест-: венно в грунтах сухих и нормальной ' влажности лобовыми (торцовыми) или \ боковыми проходками с погрузкой грун-| та в транспортные средства (рис. III. 14). | Из-за конструктивных особеннос-I тей этого оборудования его почти не I применяют для работы с отсыпкой в I отвал. Вместимость ковша выбирают |в зависимости от объемов работ, глу-

бины котлована и свойств грунта. В мокрых забоях и при высоком уровне грунтовых вод необходимо устраивать открытый водоотлив или понижение уро­вня грунтовых вод (см. гл. 3, § 3).

Возможность разработки котлована той или иной проходкой зависит от характеристики рабочего оборудования экскаватора, глубины копания и ши­рины котлована.

Разработку котлована лобовыми про­ходками ведут с размещением транспорт­ных средств непосредственно в забое (рис. II 1.14, а, б, в, г, д) и редко выше подошвы забоя (рис. III. 14, е). В по­следнем случае наибольшая глубина кот­лована определяется выражением

/г<Я_в-(/г_т + 0,5), (Ш.53)

где Н_в — наибольшая высота выгруз­ки, м; h_r — высота транспортной еди­ницы до верха борта, м; 0,5 — мини­мально допустимое расстояние между нижней кромкой открытого днища ков­ша экскаватора и верхом борта транс­портного средства, м.

Если глубина котлована превышает максимальную высоту копания экска­ватора, то разработку ведут ярусами (рис. III. 14, е), стремясь к тому, что­бы в сечение котлована вписать мини­мальное число проходок.

Котлованы шириной 1,5/? (рис. III. 14, а) разрабатывают лобовой проходкой с односторонней погрузкой в транспорт­ные средства. При ширине котлована от 1,51? до 1,9/? разработку ведут лобо­вой проходкой с двусторонней подачей транспортных средств (рис. II 1.14, б). Наибольшая ширина лобовой проход­ки при перемещении экскаватора по прямой

В_л<2]//?²-/*, (111.54)

где /_п — длина рабочей передвижки экс­каватора, м.

Котлованы шириной от 1,9/? до 2,5/? разрабатывают уширенной лобовой про­ходкой с перемещением экскаватора по зигзагу (рис. III.14, в), а до 3,5/?—с перемещением поперек котлована (рис. III.14, г).

Широкие котлованы (более 3,5/?) раз­рабатывают вначале лобовой, а затем боковыми проходками. Максимальная

Рис. III.14. Разработка котлованов одноковшовыми экскаваторами:

[ л — лобовая проходка экскаватора, оборудованного прямой лопатой с односторонней погрузкой грунта в са-мосвалы; б — то же, с двусторонней погрузкой; в — то же, с зигзагообразным перемещением экскаватора; : i — поперечно-торцовая проходка; д — боковая проходка; е — разработка ярусами (I...IV — последова-jv тельность проходок); ж — торцовая проходка экскаватора, оборудованного обратной лопатой или драглайном; I При перемещении экскаватора по прямой; з — то же, с двумя проходками экскаватора; и — то же, при знгзаго-образном перемещении экскаватора; к — поперечно-торцовая проходка; л — продольно-торцовая проходка; л — схема забоя драглайна; к — поперечно-челночная, схема отработки забоя; о, л — продольно-челночная ; схема отработки забоя; / — ось проходки; 2 — стоянки экскаватора; 3 — путь движения автотранспорта; 4 -» '■ шехи; 5 — ось предыдущей проходки; 6 — самосвал; 7 — опускание ковша и набор грунта; 8 — окончание набо> pa s подъем ковша; 9 -=> разгрузка ковша; а — угол наклона стрелы; р" — средний угол поворота ^

ширина каждой боковой проходки

В₆ = В_л + 0,7#_ст, (111.55)

где Rcr — наибольший радиус копания на уровне стоянки экскаватора, м.

Разработка прямыми лопатами котло­ванов, (траншей) производится с недобо­ром грунта в подошве котлована (тран­шеи), не превышающим 5...20 см при вместимости ковша соответственно 0,25... ...5 м³.

Недоборы грунта, как правило, разра­батывают механизированным способом: наиболее часто бульдозерами, а также автогрейдерами, экскаваторами-плани­ровщиками, экскаваторами со специ­альными зачистными ковшами.

Для въезда в забой устраивают тран­шеи с уклоном 0,1...0,15. Ширину въезд­ных траншей по низу принимают при одностороннем движении равной 3... ...3,5 м.

Экскаваторы, оборудо­ванные обратной лопа­той, разрабатывают котлованы тор­цовыми или боковыми проходками с рас­положением экскаватора выше уровня дна забоя и погрузкой грунта в транс­портные средства. Указанные условия позволяют использовать эти экскавато­ры и при разработке увлажненных и мок­рых грунтов.

Возможность разработки котлована то­рцовой или боковой проходкой зависит от характеристики рабочего оборудова­ния экскаватора, глубины копания и ширины котлована.

Наибольшую ширину торцовой про­ходки по верху при движении экскава­тора по прямой (рис. III. 14, ж) и двусторонней подаче транспорта опреде­ляют по формуле (II 1.54), а по низу уста­навливают из выражения

В'<2(Я_СТ — Actg<p). (III.56)

" Для гидравлических экскаваторов при заданной глубине котлована h ширина торцовой проходки может быть опре-

делена из выражений:

В = 2 sin р |^/?² — Л_ш ж 1,6 }/"/?•—/Й,

(111.57) и

B' = 2sinpJ/#² — (Л_ш + Л)²« «1,6]/Я^а-(Л_ш + /0², (Ш.58)

где Р — угол поворота экскаватора от оси движения (принимается р* =50... ...55°); Лц, — высота оси крепления шар­нира стрелы относительно уровня сто­янки экскаватора, м.

Ширина торцовой проходки при дву­сторонней погрузке транспортных средств находится в пределах 1,6... ...1,7/?. При односторонней подаче транс­портных средств она уменьшается до 1,37?, и ось пути экскаватора переме­щается в сторону расположения транс­порта. При разработке котлованов с выгрузкой грунта в отвал ширина про­ходки ограничивается необходимостью размещения грунта в отвал с образова­нием бермы — площадки от бровки кот­лована до подошвы отвала.

Котлованы, ширина которых превы­шает максимальную ширину проходки при перемещении экскаватора по пря­мой, разрабатывают несколькими тор­цовыми проходками либо зигзагообраз­ным или поперечно-торцовым переме­щением экскаватора (рис. III.14, и, к). Угол поворота экскаватора при торцо­вых проходках и подаче транспортных средств со стороны разработки может быть от 30 до 60°.

Наибольшую ширину каждой после­дующей торцовой проходки (если раз­рабатывают один борт выемки) вычис­ляют по формуле

В<2]/> — ll — Actgq>. (Ш.59)

Длина рабочей передвижки экскава­тора /_п, особенно у гидравлических экскаваторов, изменяется в значитель-

ных пределах и зависит от конструк­тивных размеров экскаватора (R, h_m), глубины котлована h, расстояния от бровки откоса выемки до ближайшей опоры экскаватора 1_у и угла рабочего откоса выемки, которые определяются грунтовыми условиями.

Длина рабочей передвижки во всех случаях

/_П<Я_Д-Я_Д, (Ш.60) где R_R, R_A — соответственно наиболь-

ший и наименьший радиусы копания на уровне дна выемки (переменные ве­личины, зависящие от глубины), м. Эк с к а в а торы-драглай"-н ы применяют при тех же условиях, что и экскаваторы с обратной лопатой. Разработку грунта драглайном осуще­ствляют ниже уровня стоянки торцо­выми или боковыми проходками в транс­портные средства и реже в отвал. Преимуществами драглайна являются большие радиус действия и глубина копания. Особенно эффективна разработка драглайном мягких и плотных грунтов, в том числе обводненных и со слабой несущей способностью.

Рис. III. 15. Схемы производства работ бульдозерами и экскаваторами-планировщиками:

а — бульдозером при разработке котлованов; о — то же, при зачистке дна от недобора грунта; в *— то же, при засыпке траншеи (1...I0 — последовательность движения бульдозера); г — экскаватором-планировщиком при планировке откосов выемки и насыпей с нижней стоянки; д — то же, с верхней стоянки; / — положение оси экскаватора в возможном приближении^ откосу (Г, 2' — зоны планировки); // — то же, в возможном

удалении от откоса

Драглайны разрабатывают забои по поперечно-челночной и продольно-чел­ночной схемам.

При поперечно-челночной схеме разра­ботки котлованов драглайном (рис. III.14, н) набор грунта производится по­очередно с каждой стороны самосвала, подаваемого по дну выемки, без пре­кращения поворота стрелы в момент выгрузки грунта. При продольно-челноч­ной схеме (рис. III. 14, о, я) грунт наби­рают перед задней стенкой кузова и, подняв ковш, разгружают его над ку­зовом. Благодаря уменьшению высо­ты подъема ковша и угла поворота экс­каватора до 6... 10° производительность экскаватора увеличивается в 1,5...2 раза. Эти схемы целесообразно приме­нять при разработке широких кот­лованов.

При разработке котлованов боковыми проходками и выгрузке грунта в отвал рекомендуется вести работу по кругово­му циклу — поворотом экскаватора на 360°.

Бульдозерами котлованы раз­рабатывают преимущественно траншей­ным способом с перемещением по челноч­ной схеме: грунт перемещают вдоль оси котлована, начиная с середины, в оба конца (рис. III. 15, а). При этом вначале разрабатывают первую захват­ку на глубину 0.8...1 м, затем вторую на ту же глубину и т. д. Между тран­шеями оставляют перемычки нетронуто­го грунта шириной 0,5... 1,2 м, который срезают после разработки ряда траншей.

Гидромеханическим спо­собом работы выполняют в соот­ветствии с рекомендациями гл. 4, § 5. При разработке земснарядами и гид­ромониторами сначала устраивают в су­хом месте пионерный котлован. Для подъема пульпы землесосную установ­ку располагают на уровне бровки кот­лована. После каждых 3...3.5 м зем­лесос переводят на дно котлована и продолжают углубление.

Срезку откосов и планировку дна кот­лована производят после разработки грунта экскаваторами. Если дно котло­вана является основанием для фунда-

ментов, грунт в зависимости от типа и вместимости ковша экскаватора не до­бирают на 10...30 см. Дно котлована зачищают бульдозером, который пе­ремещает грунт к экскаватору (рис. III. 15, б), а при небольших расстояни­ях перемещения и глубине котлована удаляет его сам.

Все более широкое применение нахо­дят гидравлические экскаваторы-плани­ровщики с телескопическим рабочим ор­ганом, с удлинителем стрелы и без него (ЭО-3332А и др.). Возможность движения рабочего органа по прямым, горизон­тальным и наклонным траекториям по­зволяет использовать экскаватор-пла­нировщик на работах по планировке дна котлована, откосов выемок и насыпей, обратной засыпке пазух фундаментов и других работах (рис. III.15, г, д).

Если фундаменты располагаются в траншеях и грунт разрабатывают ниже проектной отметки дна котлована, пла­нировку производят бульдозером или вручную (используя вынутый из тран­шеи грунт), а уплотнение — пневмати­ческими трамбовками или катками.

Обратная засыпка пазух между стен­ками подвала и откосами котлована вы­полняется после устройства перекрытия над подвалом и гидроизоляции стен. Для этого используют излишки грунта, оставленные при рытье котлована, ко­торые перемещают обычно бульдозером. Засыпку производят слоями толщиной 20...30 см с последующим уплотнением пневматическими или электрическими трамбовками, а также подвесными пли­тами.

Засыпку и уплотнение грунта пазух глубоких подвальных частей промыш­ленного здания осуществляют с двух его сторон после устройства стен подвала. Вначале грунт подают и разравнивают бульдозерами с одной стороны здания (рис. III.16, а), а затем, во время уплот­нения этого слоя, подают и разравнивают грунт другой стороны здания.

Обратная засыпка котлована при сложных в плане фундаментах выпол­няется сразу же после возведения под­земной части здания или сооружения (распалубливания и гидроизоляции по­верхностей подземных конструкций) пе­ред началом работ по возведению на­земной части. В этом случае создаются

Рис. ІІІ. 16. Обратная засыпка и уплотнение грун­тов в котлованах промышленных зданий: а — засыпка пазух котлована; б — уплотнение грун­та подвесной плитой при сложных в плане фунда­ментах; / — бульдозер; 2 — грунтоуплотняющая ма­шина; 3 — кран; 4 — подвесная плита; 5 — экс­каватор, оборудованный грейфером; 6 — микро­бульдозер; 7 — направление отсыпки

более благоприятные условия для ме­ханизации работ и применения крупно­габаритных машин.

Обычно грунт подается экскаватором, оборудованным грейфером, и разравни­вается малогабаритным бульдозером (рис. III. 16, б). Уплотняют грунт под­весными плитами концентрированными полосами в пределах рабочей карты, ог­раниченной подземными конструкциями (рис. III. 16, б); виброплитами (напри­мер, ПВТ-3) или вибропогружателями (ВП-1 и др.). В первую очередь выпол­няют работы в пределах участка с по­ниженными отметками для достижения общего уровня, а затем работы ведут по всему котловану.