KURS_LEKTsIJ_razdel_2-1

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

конструкциями становится экономически нецелесообразным. До недавнего времени в этом случае применяли методы водопонижения, которые часто бывали неэффективными при высоких фильтрационных характеристиках грунтов или становились опасными в связи с суффозионными процессами, негативно влияющими на фундаменты близко расположенных зданий и сооружений. Сегодня такая задача может быть успешно решена с помощью технологии струйной цементации грунтов, позволяющей создать искусственный слой водоупора - горизонтальную противофильтрационную завесу. Устройство таких завес выполняется с дневной поверхности строительной площадки, либо с промежуточной отметки пионерного котлована. Глубина пионерного котлована ограничивается уровнем грунтовых вод. Последнее решение не только резко сокращает общий объем бурения, но существенно его облегчает, так как в этом случае удаляется верхний слой грунта, содержащий остатки старых фундаментов, строительный мусор и т.п.

В сильно водонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок, подземных сооружений создаются противофильтрационные завесы при помощи естественного или искусственного замораживания грунтов. Искусственное замораживание грунтов применяется в слабых, неустойчивых водоносных грунтах

игорных породах, при наличии разнородных пластов водоносных грунтов с коэффициентами фильтрации не более 10 м/сут и в трещиноватых горных породах, залегающих над толщей неустойчивых водоносных грунтов с притоком подземных вод в котлован более 50 м3/ч. Способ искусственного замораживания основывается на способности водоносных грунтов приобретать высокую механическую прочность

иводонепроницаемость под действием низких температур. При замораживании находящаяся в трещинах и порах вода замерзает, превращаясь в лед, прочно связывающий пласты и различные отдельности грунтов.

21

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

Создание водонепроницаемого контура Передвижная холодильная установка методом искусственного

замораживания при проходке наклонной шахты

Сущность способа заключается в том, что до начала работ по контуру сооружения через каждые 0,8+2 м бурят скважины и оборудуют их замораживающими колонками. Скважины на 2+3 м заглубляют в водоупор. При отсутствии естественного водоупора специальными способами устраивают искусственный водоупорный слой, например цементацией или замораживанием грунта по всей площади котлована. Через замораживающие колонки насосами прокачивают хладоноситель с температурой -20+-40°С. Среднюю температуру льдогрунтового ограждения принимают равной 30+40 % температуры хлодоносителя, циркулирующего в замораживающих колонках. Реже для замораживания используют жидкий азот.

Вследствие поддержания постоянной отрицательной температуры за счет циркуляции хладоносителя в замораживающих колонках вода, находящаяся в порах и трещинах грунта и горной породы, замерзает и вокруг каждой колонки начинают образовываться льдогрунтовые цилиндры. В дальнейшем эти цилиндры смыкаются в единое льдогрунтовое ограждение. При замораживании грунтов происходит изменение их физико-механических свойств: увеличиваются прочность, сцепление, водонепроницаемость. Таким образом, льдогрунтовое ограждение выполняет роль временного водонепроницаемого ограждения, под защитой которого можно вести строительные работы.

Шпунтовое ограждение Шпунт Ларсена — металлический профиль, представляющий собой жёлоба c закруглёнными краями боковых стенок (пазами) или замками, которые могут соединяться в секции по 2 или 3 шпунта. Длина шпунтов может доходить до 34 метров. Кроме корытообразного профиля, выпускают Z - образный и плоский шпунт, имеющий замки. Отдельные шпунты при забивке дизельными молотами или вибропогружателями, переворачивают друг относительно друга на 180° (если смотреть в профиль) и соединяют, вставляя один шпунт в боковой паз (замок) соседнего. Полностью собранная конструкция

22

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

представляет собой кольцо или длинную стальную ограду (шпунтовую стенку), которая практически не пропускает воду.

Ларсена: 1 - корытообразный; 2 - Z-образный; 3 - замковое соединение; внизу –

производство работ нулевого цикла под защитой шпунтового ограждения вблизи береговой линии реки

9. Искусственное закрепление грунтов.

Закрепление грунтов — это искусственное изменение строительных свойств грунтов различными физико-химическими способами. Такое преобразование грунтов обеспечивает увеличение их прочности, устойчивости, уменьшение сжимаемости и водонепроницаемости. Существует два вида закрепления грунтов: поверхностное и глубинное. Поверхностное закрепление выполняют на глубину до 1 м. При этом способе грунт предварительно разрыхляется, перемешивается с закрепляющими материалами (вяжущие, цемент, известь и др.) и затем уплотняется. Глубинное закрепление предусматривает обработку грунтов без нарушения их естественного сложения путем инъекции закрепляющих материалов, термообработки и замораживания, с использованием предварительно пробуренных скважин, шпуров или забиваемых инъекторов. Инъекцию производят с использованием вяжущих, глинистых, силикатных материалов и смол.

Цементацию, глинизацию и битумизацию производят в песчаных,

гравелистых и трещиноватых скальных грунтах с коэффициентом фильтрации k > 50 м/сут. Для цементации применяют специальные составы цементных, цементно-

23

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

песчаных, цементно-глинистых растворов на портландцементе не ниже М300, для глинизации -, глиносиликатные и бентонито-силикатные растворы. Растворы нагнетают в скважины под давлением до 10 МПа. Битумизацию выполняют путем нагнетания насосами в скважины через специальные инъекторы горячего битума марок БН-III и БН-IV под давлением, постепенно возрастающим от 0,2…0,3 до 5…8 МПа. Нагнетание цикличное с прерыванием для остывания битума.

Силикатизацию грунтов производят двумя способами: двухрастворной силикатизацией и однорастворной силикатизацией. Первый способ применяют для закрепления песчаных грунтов с k = 2…50 м/сут. Сначала в грунт через инъекторы под давлением до 1,5 МПа нагнетают жидкое стекло (силикат натрия), затем отвердитель (раствор хлористого кальция). Второй способ используют для закрепления мелких пылеватых песков с k = 0,5...5 м/сут. При этом в грунт нагнетают смесь жидкого стекла с фосфорной или серной кислотой и др. Нагнетание ведут равномерно с расходом 1…5 л/мин при давлении до 1,5 МПа.

Смолизацию применяют для закрепления мелких песков с k = 0,5...5 м/сут и выполняют путем нагнетания через инъекторы в грунт смеси растворов карбамидной смолы и соляной кислоты.

Термический способ применяется, главным образом, для укрепления просадочных макропористых грунтов с содержанием глинистых частиц не менее 5 - 6% и может производиться двумя способами.

1)при помощи нагнетания в грунт воздуха, нагретого до температуры 600-

800° С;

2)при помощи сжигания под давлением различного горючего (преимущественно солярового масла), непосредственно в толще грунта.

Второй способ является более экономичным и позволяет одновременно обрабатывать значительные массивы грунта.

Как нагнетание горячего воздуха, так и сжигание топлива производятся в специально устроенных в грунте буровых скважинах, диаметр которых обычно составляет 100-150 мм. Закрепление грунта в скважине происходит под действием пламени, а в теле массива — от раскаленных газов, проникающих сквозь поры грунта. В результате вокруг скважины образуется столб обожженного грунта, диаметр которого зависит от продолжительности обжига и количества топлива: за 10…20 суток может быть доведен до 4…8 м при расходе жидкого топлива 80… 120 кг на 1 м скважины и до 30…40 м3 сжатого воздуха на 1 м глубины скважины. В результате обжига лёссовидный грунт упрочняется, утрачивает свою просадочность, способность набухать и давать усадку. Однако водопроницаемость такого грунта сильно повышается.

Во время обжига и до тех пор, пока не остыл обожженный грунт, нельзя допускать попадания в скважины поверхностных вод.

24

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

10. Машины для земляных работ по назначению разделяют на:

1.Землеройные, предназначенные для выполнения одной операции - отделения грунта от массива. К таким машинам относят одноковшовые экскаваторы

(цикличного действия) и многоковшовые (непрерывного действия). Наибольшее применение имеют одноковшовые экскаваторы, которые выполняют около 50% всего объема землеройных работ.

2.Землеройно-транспортные, которые не только отделяют грунт от массива, но и перемещают его. Основные землеройно-транспортные машины - бульдозер и скрепер, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой в порожнем состоянии.

3.Специальные, предназначенные для уплотнения грунтов (катки, трамбовки, виброуплотнители). Для уплотнения грунтов в зависимости от физикомеханических свойств могут быть использованы два вида уплотняющих воздействий статическое и динамическое.

Машины статического действия предназначены для послойного уплотнения грунта под действием собственного веса. К ним относятся:

самоходные катки с гладкими вальцами - для окончательного уплотнения грунтовых дорог и площадок, гравийных, щебеночных, черных и асфальтобетонных покрытий дорог;

самоходные и прицепные кулачковые катки - для послойного предварительного уплотнения связных грунтов;

прицепные, полуприцепные и самоходные катки на пневматических шинах - для послойного уплотнения грунтов, гравийно-щебеночных материалов, а также асфальтобетонных смесей.

Машины динамического действия предназначены для послойного уплотнения грунта под действием возникающей силы или массы падающего груза. К ним относятся:

самоходные и прицепные вибрационные катки - для уплотнения как несвязных, так и связных грунтов на глубину 0,6-1,2 м.

виброплиты - для уплотнения несвязных насыпных грунтов гравийнощебеночных материалов слоем до 0,6 м при небольших объемах и в стесненных условиях;

трамбовочные машины - для уплотнения тяжелых связных грунтов на глубину до 1,2 м при строительстве земляного полотна, строительных площадок, подходов к мостам и др.

4.Машины для свайных работ (вибропогружатели, дизель-молоты, машины и механизированные комплексы для устройства буронабивных и буроинъекционных сваи и т.д.).

25

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

11. Разработка грунта землеройными машинами цикличного действия.

Наиболее распространенным в строительстве видом землеройных машин являются одноковшовые экскаваторы. Основное назначение экскаваторов – разработка грунтов I…IV групп, разрыхленных мерзлых или скальных грунтов, разработка выемок, резервов, карьеров, траншей, котлованов с разгрузкой грунта в отвал или погрузкой в транспортные средства.

Предельные размеры выемок, которые могут быть разработаны одноковшовым экскаватором с одной стоянки, зависят от его рабочих параметров.

Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами ведут позиционно. Рабочая площадка экскаватора называется забоем.

Забой - рабочая зона экскаватора, включающая: площадку, где расположен экскаватор; часть разрабатываемого массива грунта; места установки транспортных средств; площадку для укладки разрабатываемого грунта (при работе в отвал).

По окончании разработки грунта в одном забое экскаватор перемещается на новую позицию. Проходка – это выемка, образующаяся в результате разработки грунта.

Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены в забое таким образом, чтобы среднее значение угла поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки было минимальным, так как поворот стрелы осуществляется дважды - с грузом до транспортного средства и после выгрузки, то время поворота в среднем составляет до 70% рабочего времени одного цикла экскаватора.

Взависимости от условий строительной площадки выбор экскаватора начинают с определения наиболее целесообразных вместимости ковша и типа экскаватора, а также требуемых параметров - длины стрелы, радиуса резания, выгрузки и др. Выбор сменного оборудования экскаватора зависит от уровня грунтовых вод и характера разрабатываемой выемки (траншея, узкий или широкий котлован).

Встроительстве работают экскаваторы восьми размерных групп, имеющие вместимость ковша 0,15...10,0 м3. Наибольшее распространение находят экскаваторы 4-й и 5-й групп (вместимость ковша 0,65 и 1 м3). На ряде моделей устанавливаются устройства, автоматизирующие отдельные операции рабочего процесса экскаватора. Кроме того, экскаваторы применяют на сваебойных, погрузочно-разгрузочных, монтажных, демонтажных и других работах, используя различные виды сменного рабочего оборудования.

26

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

21

Рис. В качестве сменных рабочих органов гидравлических экскаваторов при выполнении обычных земляных работ используют ковши обратных 1 -3 и прямых 4 лопат различной вместимости. Ковши для дренажных работ 5 и рытья узких траншей 6, ковши с зубьями и со сплошной режущей кромкой для планировочных 7 и зачистных 8 работ, двухчелюстные грейферы для рытья траншей и котлованов 9 и погрузки крупнокусковых материалов и камней 10. Погрузочные ковши большой вместимости для погрузочных работ 11-13, бульдозерные отвалы 14 для засыпки ям, траншей и небольших котлованов, захваты для погрузки труб и бревен 15, крановую подвеску 16 для различных грузоподъемных и монтажных работ, многозубые 17 и однозубые 18 рыхлители для рыхления мерзлых и плотных грунтов и взламывания асфальтовых покрытий, пневматические, гидравлические 19 и гидропневматические 20 молоты, гидроножницы для демонтажных работ 21.

Одноковшовые экскаваторы классифицируют по назначению, конструкции ходового устройства, виду и подвеске рабочего оборудования, типу рабочих органов и другим признакам.

По назначению одноковшовые экскаваторы разделяют на: строительные,

строительно-карьерные, карьерные, вскрышные и туннельные.

У одноковшовых экскаваторов могут быть различные типы ходового устройства: гусеничное, пневмоколесное, шагающее, рельсового типа, специальное и комбинированное. Для строительных экскаваторов наиболее характерным является гусеничное и пневмоколесное ходовое устройство.

Вместимость основных ковшей экскаваторов составляет: для 2-й размерной группы - 0,25...0,28 м3, 3-й – 0,4...0,65 м3, 4-й - 0,65...1,0 м3, 5-й- 1,0...1,6 м3, 6-й - 1,6...2,5 м3, 7-й - 2,5...4,0 м3; 8-й – 4,0…10 м3

27

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

Одноковшовый экскаватор - машина цикличного действия, процесс разработки грунта при любом виде рабочего оборудования складывается из

чередующихся в определенной последовательности операций. Совокупность таких операций образует рабочий цикл:

•резание грунта и заполнение ковша;

•подъем ковша с грунтом;

•поворот платформы экскаватора вокруг оси к месту выгрузки;

•выгрузка грунта из ковша;

•обратный поворот экскаватора;

•опускание ковша на грунт и подача его для резания грунта.

Движения рабочих органов экскаватора в этой последовательности операций

для разных типов экскаваторов, забоев и различных типов машин, работающих в паре с экскаватором при этом могут отличаться.

Рис. Рабочий цикл экскаватора «прямая лопата» при погрузке разрабатывемого грунта в автомобиль

Типы одноковшовых экскаваторов (разделяются по типу рабочего оборудования)

Прямая лопата служит для разработки грунта, расположенного выше уровня стоянки экскаватора преимущественно с погрузкой на транспорт, в процессе копания ковш движется вверх от экскаватора. Прямая лопата широко применяется на гидравлических экскаваторах 4-й - 6-й размерных групп и на экскаваторах с

28

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

механическим приводом. Ею разрабатывают грунты I -III категории в интервале температур от -40 до +40 °С. Экскаватор «прямая лопата» широко применяют в карьерах, в строительстве используют для погрузки в транспортные средства ранее собранного в кучи (сгуртованного) грунта или для отрывки котлованов, при этом пандус - съезд в котлован с уклоном 10... 15% для экскаватора и транспортных средств, устраивается самим экскаватором.

Рис. А – экскаватор «прямая лопата»; Б – экскаватор «обратная лопата»; 1 - ходовая тележка; 2 - поворотная платформа; 3 - силовая установка; 4 - кабина;

5 - стрела; 6 - рукоять; 7 – ковш

Прямая лопата представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем. Ковш шарнирно соединен с рукоятью, которая, в свою очередь, шарнирно соединена со стрелой машины и выдвигается вперед при помощи напорного механизма. Конструкция экскаватора позволяет ему копать ниже уровня своей стоянки не более чем на 10...20 см, нормативная производительность может быть достигнута при высоте забоя не менее 1,5 м. Опорожняется ковш путем открытия его днища. Такая конструкция прямой лопаты обеспечивает ей наибольшую производительность за счет наполнения ковша «с шапкой».

При разработке грунтов 1-й и 2-й групп экскаватор может быть снабжен ковшом увеличенного объема. Экскаватор применяется в основном при необходимости погрузки грунта в транспортные средства. Нецелесообразно использование экскаватора, если уровень грунтовых вод выше подошвы выемки, так как движение экскаватора и транспортных средств по мокрому грунту затруднено.

Разработку фунта экскаватором «прямая лопата» производят лобовым и боковым забоями.

Лобовой забой применяют при разработке экскаватором грунта впереди себя и отгрузке его на транспортные средства, которые подаются к экскаватору по дну забоя или сбоку по естественной поверхности земли. В первом случае автомобили подходят задним ходом попеременно то с одной, то с другой стороны забоя, размер которого по низу не должен быть менее 7 м. При таких условиях работы угол поворота экскаватора достигает 140...180°, что значительно снижает его

29

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

производительность. По этим причинам лобовой забой принимают крайне редко, в основном при устройстве въездного пандуса в котлован или при разработке первой (пионерской) проходки.

При узких забоях самосвалы подают под загрузку с одной стороны сзади экскаватора, а при нормальных с обеих сторон от экскаватора попеременно, что исключает простои экскаватора при смене под загрузкой транспортных средств. При таком типе забоя экскаватор перемещается в котловане прямолинейно по оси забоя.

В некоторых случаях разработку грунта предпочтительнее вести уширенным забоем с перемещением экскаватора по зигзагу. В таких забоях сокращаются холостые проходки экскаватора и облегчаются условия для маневрирования и установки под погрузку самосвалов.

Рис. Схема разработки выемки экскаватором «прямая лопата»

30