9. Земляные сооружения. Основные строительные свойства грунтов: объемная масса, плотность, пористость, угол естественного откоса, адгезия, влажность, разрыхляемость и др.

Земляные сооружения – результат переработки грунта, представляющий собой выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки. Каждое земляное сооружение должно быть устойчивым, прочным и защищенным от размыва водой. Земляные сооружения разделяют:

• по отношению к поверхности грунта - выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки;

• по сроку службы 

  • постоянные (сооружения, предназначенные для долгосрочной эксплуатации - каналы, полотно дорог)

  • временные (выемки, отрываемые при возведении фундаментов, траншеи для прокладки сетей)

• по функциональному назначению - котлованы, траншеи, ямы, скважины, отвалы, плотины, дамбы, дорожные полотна, туннели, планировочные площадки, выработки;

Выемки шириной более 3 м называют котлованами, более узкие выемки для ленточных фундаментов или сетей коммуникаций - траншеями, выемки под отдельно стоящие фундаменты или столбы - ямами.  Выемки, разрабатываемые для добычи недостающего для строительства грунта, называют резервами; насыпи, в которые осуществляют отсыпку излишнего грунта, - кавальерами или отвалами. Места, где осуществляют разработку песка, щебня и других строительных материалов — карьерами. Выемки, закрытые с поверхности земли и устраиваемые для прокладки туннелей называют подземными выработками. 

Грунтами в строительстве называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры и представляющие собой главным образом рыхлые и скальные породы, это естественная среда, в которой размещается подземная часть зданий. Основные строительные свойства грунтов:

• Объемная масса —отношение массы грунта в состоянии естественной влажности к его объему

• Влажность грунта характеризуют степенью насыщения грунта водой и определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта. В зависимости от влажности, грунты подразделяют на: маловлажные (до 5%), влажные (до 30%), насыщенные водой (> 30%).

• Коэффициент фильтрации грунта - скорость движения грунтовых вод, зависит от пористости грунта.

• Плотность грунта — это масса 1 м³ грунта в естественном состоянии, т. е. в плотном теле. 

• Сцепление грунта характеризуют начальным сопротивлением сдвигу, зависит от вида грунта и его влажности. 

• Разрыхляемость – способность грунта увеличиваться в объеме в процессе его разработки.

• Липкость - способность грунта прилипать к поверхности различных предметов. (Адгезия — сцепление соприкасающихся поверхностей разнородных твердых или жидких веществ)

• Угол естественного откоса – характеризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоянии естественного равновесия.

Подземные ЗС: траншеи, подземные выработки, котлованы, каналы, скважины, тоннели

Наземные ЗС: насыпи, отвалы, курганы, дороги, плотины, дамбы.

10. Способы разработки грунта. Машины для разработки грунта. Классификация грунтов по трудности разработки.

Выбор способа разработки зависит от свойств грунта, объемов работ, вида земляных сооружений и других факторов. Грунты можно разрабатывать следующими способами:

• Механический способ заключается в отделении грунта от массива резкой с помощью землеройных машин (экскаваторов) или землеройно-транспортных машин (бульдозеров, скреперов, грейдеров). (95%)

• Гидромеханический способ основан на размывании грунта водяной струей гидромонитора или всасывании разжиженного грунта земснарядом. (2%)

• Взрывным способом разрабатывают скальные грунты, находящиеся вне населенных пунктов. Для этого в земляном массиве бурят скважины, в которые закладываются взрывчатые вещества. (1%)

На многих объектах применяют ручной труд с привлечением специального инструмента и средств малой механизации (2%). Производство работ вручную даже при небольших объемах влияет на общие затраты труда, т.к. производительность ручного труда в 20-30 раз ниже механизированного.

При разработке применяют:

• Землеройные машины - экскаваторы, канавокопатели отрывают грунт ножом ковша, отсыпают его в отвал или бункеры транспорта, располагаемые в непосредственной близости от землеройной машины. Процесс разработки грунта экскаватором складывается из операций: резание грунта и заполнение ковша, подъем ковша, поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки, выгрузка грунта из ковша, обратный поворот экскаватора, опускание ковша и подача его в исходное положение.

  • Экскаватор с прямой лопатой используют для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, с погрузкой на транспорт.

  • Экскаватор с обратной лопатой используют при разработке грунтов, которые находятся ниже уровня стоянки экскаватора, и преимущественно при рытье небольших котлованов и траншей.

  • Экскаватор-драглайн применяют для разработки грунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора: для рытья глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей и т. п. Преимуществами драглайна являются большие радиусы действия (до 10 м) и глубина копания (до 12 м).

  • Экскаватор-грейфер применяют для рытья колодцев, узких глубоких котлованов, траншей и других сооружений, особенно в условиях разработки грунтов ниже уровня грунтовых вод.

  • В промышленном и гражданском строительстве для разработки траншей наибольшее распространение получили многоковшовые экскаваторы непрерывного действия. Рабочим органом в них является ковшовая цепь. Опорожняются ковши в момент достижения ими наивысшей точки их траектории, где они опрокидываются. Высыпающийся из них грунт попадает на ленточный конвейер, доставляющий его на погрузку в транспортные средства или в отвал.

• Землеройно-транспортные машины - скреперы и бульдозеры пред­назначены для разработки грунта в выемке, транспортирования его и отсыпки в насыпи. Эти машины обеспечивают полную механизацию всего комплексного процесса производства земляных работ.

  • Скреперы — наиболее высокопроизводительные землеройно-транспортные машины. Используют их при отрывке котлованов и планировке поверхностей. Скреперами ведут разработку, транспортирование и укладку грунтов I и II групп по трудности разработки (песчаные, лёссовые, глинистые и др., не имеющие валунов). Более плотные грунты необходимо предварительно рыхлить. Полный цикл работы скрепера состоит из набора грунта, движения нагруженного скрепера, разгрузки ковша и движения порожнего скрепера. Набор грунта производят при прямолинейном движении скрепера.

  • Бульдозерами разрабатывают грунт в неглубоких и протяженных выемках и резервах для перемещения его в насыпи на расстояние до 100 м. Их применяют также для окучивания грунтов, обратной засыпки котлованов, зачистки дна котлованов после экскаваторных работ, для разравнивания и планировки грунта. В цикл работы входят: резание и набор грунта путем снятия стружки под уклон; перемещение грунта; разгрузка грунта и возвратный холостой ход.

  • Одноковшовые погрузчики своей мобильностью, маневренностью, простотой конструкции, превосходят одноковшовые экскаваторы. Перемещение грунта на расстояние до 200 м, послойное разравнивание грунта, обратная засыпка выемок.

• Землеройно-планировочные машины - прицепные и самоходные грейдеры и бульдозеры предназначены для разработки, перемещения и планирования грунта.

В зависимости от выполняемых процессов машины для земляных работ можно разделить на следующие группы:

-экскаваторы

-землеройно-транспортные машины

-погрузчики

-машины для уплотнения грунта

-машины и оборудование для разработки мерзлых грунтов

-машины и оборудование для подготовительных работ

-машины и оборудование для бурения скважин

-машины для гидромеханической разработки грунта

-машины для транспортировки грунта

Физические характеристики грунтов определяют трудность разработки грунтов. Для оценки трудности разработки все грунты делятся на одиннадцать групп. Экскаваторами можно разрабатывать грунты с I по IV группы, скреперами - с I по II, бульдозерами с I по III, вручную с I по XI группу включительно. Кроме того, для производства работ взрывным способом и с помощью гидромеханизации существует своя классификация грунтов. Один и тот же грунт может разрабатываться разными машинами с неодинаковой трудностью. Поэтому один и тот же грунт для разных машин может находиться в разных группах по трудности разработки.

Классификация грунтов по трудности их разработки (удельное сопротивление резанию) приводится в ЕНиР 2-1-1 «Земляные работы». Они учитывают свойства различных грунтов и конструктивные особенности землеройных и землеройно-транспортных машин, которые применяют для разработки грунтов. Для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяют на 6 групп, для многоковшовых экскаваторов и скреперов - на 2 группы, для бульдозеров и грейдеров - на 3 группы.

Для разработки грунта вручную принято 7 групп, а именно: песок, супесок, суглинок, глина, лесс - группы 1...4; крупнообломочные грунты - группа 5; скальные грунты - группы 6 и 7. Грунты 1...4 групп легко разрабатываются ручным и механизированным способами, последующие группы - грунты требуют предварительного рыхления, в том числе и взрывным способом.