Виды земляных работ, основные свойства грунтов    


ВИДЫ И НАЗНАЧЕНИЕ ЗЕМЛЯНЫХ СООРУЖЕНИЙ. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ.



   Строительство сетей и сооружений систем водоснабжения и водоотведения обычно сопряжено с необходимостью выполнения больших объёмов земляных работ.
   Земляными называют работы по разработке грунта в выемках, его транспортированию (перемещению) и укладке в насыпи. Выемки и насыпи представляют собой земляные сооружения (рис. 11.1), которые в зависимости от их назначения и срока эксплуатации могут быть постоянными и временными. Постоянные земляные сооружения - плотины, дамбы, каналы, водохранилища, шламонакопители и т.п. - предназначены для длительной эксплуатации. Временные замляные сооружения устраивают как необходимый элемент для последующих строительно-монтажных работ. К ним относятся котлованы и траншеи. Котлованами называются выемки, ширина которых мало отличается от длины, а траншеями - выемки, имеющие малые размеры поперечного сечения и большую длину. Котлованы необходимы для строительства сооружений, а траншеи - для прокладки трубопроводов. Наклонные боковые поверхности выемок и насыпей называют откосами, а горизонтальные поверхности вокруг них - бермами. Остальными элементами земляных сооружений являются: дно выемки - нижняя горизонтальная земляная поверхность выемки; бровка - верхняя кромка откоса; подошва - нижняя кромка откоса; крутизна (или коэффициент) откоса m=h/a, где - h-глубина выемки или высота насыпи; a-заложение откоса (см. рис. 11.1, з).
   К земляным сооружениям относятся также резервы и кавальеры. Резервы - это выемки, из которых берут грунт для устройства насыпи, а кавальеры - это насыпи, образуемые при отсыпке ненужного грунта, например для временного его хранения, используемого затем вновь для засыпки траншей или пазух котлованов. Земляные сооружения при их эксплуатации не должны изменять своей формы и основных размеров, давать просадок, размываться под действием текущей воды и поддаваться влиянию атмосферных осадков.
   Поскольку земляные сооружения устраиваются в грунтах или из грунтов, необходимо знать их основные свойства.

рис. 11.1 Виды земляных сооружений.

а,б - траншеи с вертикальными стенками и откосами; в - дамба; г - плотина; д - канал в насыпи; е - котлован под фундамент; ж - система котлованов под фундаменты колонн сооружения; з - котлован под сооружение; и - подземные выработки (для штольни, трубы, канализационного коллектора, тоннеля); к - площадка; л - выемка для опускного колодца; м - буровая скважина; н - полувыемка-полунасыпь; о - подводная траншея; 1 - дно (траншеи, канала, котлована, опускного колодца); 2 - боковая стенка траншеи; 3 - боковой откос (канала, дорожной выемки, котлована, насыпи, плотины, дамбы); 4 - бровка; 5 - берма; 6 - подошва; 7 - водоотводной кювет

   Вид и свойства грунтов характеризуют размеры и форма её зёрен (частиц), их прочность, расположение и взаимосвязь. По совокупности признаков грунты делятся на группы, виды и разновидности.
   По характеру структурных связей грунты подразделяют на два класса: скальные и нескальные. Скальные грунты характеризуются высокой прочностью связей между зернами. Нескальные грунты делятся на связные и несвязные.
   Несвязными называют грунты, обладающие только силами сухого трения. Это крупнообломочные (гравелисто-галечные) и песчаные грунты. Грунты, характеризующиеся наличием сил сцепления между частицами, носят название связных. К таким грунтам относятся глины и суглинки. Промежуточное положение занимают так называемые малосвязные грунты. Наряду с силами трения они обладают слабо выраженными силами сцепления. К этой группе грунтов относятся супеси.
   По степени влагосодержания различают грунты сухие ( с содержанием воды до 5%), влажные (от 5 до 30%) и мокрые (более 30%).
   Основные физические свойства грунтов: плотность, влажность, водопроницаемость, пористость, угол естественного откоса и внутреннего трения; механические свойства - прочность, деформативность, твердость, пластичность, сопротивляемость сдвигу, размываемость, разрыхляемость, уплотняемость и др.
   В зависимости от трудности их механизированной разработки все грунты разделены на группы (см. ЕНиР), что следует учитывать при выборе и определении выработки землеройных механизмов. Всего групп четыре: сравнительно легкоразрабатываемые грунты (песчаные, лёссовые, супеси) относятся к I-II группам, а тяжелоразрабатываемые (суглинки, глины и др.) - к III и IV группам.

 2.  ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ЗЕМЛЯНЫХ СООРУЖЕНИЙ. СПОСОБЫ КРЕПЛЕНИЯ ИХ ОТКОСОВ.

   Обеспечение устойчивости земляных сооружений является важнейшим требованием, предъявляемым к ним. Чтобы её обеспечить, земляные сооружения возводят с откосами необходимой крутизны. Крутизна откоса выемки или насыпи зависит главным образом от угла естественного откоса грунта. Её принимают в зависимости от глубины выемки или высоты насыпи, свойств грунта, их влажности, характера сооружений (постоянные или временные) и других факторов. Наибольшая допустимая крутизна откосов котлованов и траншей глубиной до 5 м, отрываемых в нескальных грунтах выше уровня грунтовых вод (УГВ) или в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, регламентируемого СНиПами (см. табл. 11.1).
   При напластовании различных видов грунтов (кроме растительного) крутизну откоса для всех пластов назначают по более слабому грунту (с меньшей крутизной).
   Для отрывки выемок глубиной более 5 м крутизна откоса устанавливается по расчету исходя из значений угла внутреннего трения (сигма) и удельного сцепления грунта (с) с учётом нагрузки на берме откоса.

Таблица 11.1 НАИБОЛЬШАЯ КРУТИЗНА ОТКОСОВ

Грунт
Угол между направлением откоса и горизонталью, град.
Крутизна откоса
Угол между направлением откоса и горизонталью, град.
Крутизна откоса
Угол между направлением откоса и горизонталью, град.
Крутизна откоса
При глубине выемки, м, до
1,5
3
5
Насыпной
56
1 : 0,67
45
1 : 1
38
1 : 1,25
Песчаный и гравийный влажный (ненасыщенный)
63
1 : 0,5
45
1 : 1
45
1 : 1
Глинистый:
супесь
суглинок


76
90


1 : 0,25
1 : 0,0

56
63

1 : 0,67
1 : 0,5

50
53

1 : 0,85
1 : 0,75
Глина
90
1 : 0
76
1 : 0,25
63
1 : 0,5
Лёсс и лёссовидный
90
1 : 0
63
1 : 0,5
63
1 : 0,5
Моренный:
песчаный, супесчаный
суглинистый

76
78

1 : 0,25
1 : 0,2

60
63

1 : 0,57
1 : 0,5

53
57

1 : 0,75
1 : 0,65

Ориентировочно крутизну откоса таких выемок в непереувлажнённых грунтах для средних значений (сигма) и (С) можно принимать по табл. 11.2. При необходимости отрывки выемок ниже УГВ, где будут обводнённые грунты, крутизну и откосов принимают по табл. 11.3.

Таблица 11.2 РАСЧЕТНАЯ МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМАЯ КРУТИЗНА ОТКОСОВ

Группа грунта
Грунт
При глубине выемки, м
5-6
6-8
8-10
10-14
I
Песок (влажный ненасыщенный)
1 : 1,25
1 : 1,5
1 : 1,75
1 : 2
II
Супесь
1 : 1
1 : 1,25
1 : 1,5
1 : 1,75
I, II
Суглинок
1 : 0,85
1 : 1
1 : 1,25
1 : 1,5
III, IV
Тяжелый суглинок, глина
1 : 0,75
1 : 1
1 : 1,25
1 : 1,5


Таблица 11.3 ДОПУСТИМАЯ КРУТИЗНА ОТКОСА В ОБВОДНЁННЫХ ГРУНТАХ

Грунт
При глубине выемки, м
до 2
более 2
Песок:
мелкозернистый
средне- и крупнозернистый

1 : 1,5
1 : 1,25

1 : 2
1 : 1,5
Суглинок
1 : 0,67
1 : 1,25
Гравелистый и галечниковый (гравия и гальки свыше 40%)
1 : 0,75
1 : 1
Глина
1 : 0,5
1 : 0,75
Разрыхлённый скальный
1 : 0,25
1 : 0,25

   Однако не всегда имеется возможность отрывки котлована или траншей с наклонными откосами необходимой крутизны, чтобы обеспечить их устойчивость. Такое, в частности, может быть при отрывке выемок в стеснённых условиях городской застройки и тогда приходится их отрывать с вертикальными откосами.
   Для предотвращения обрушения вертикальных стенок необходимо устраивать их временное крепление. При этом необходимо иметь в виду, что без креплений вертикальных стенок траншей и котлованов, расположенных выше УГВ, допускается при глубине их не более, м:

в песчаных и крупнообломочных грунтах   1,0
 в супесях      1,25
в суглинках и глинах (кроме очень прочных) 1,5
 в очень прочных суглинках и глинах   2,0

   Способы и конструкции креплений вертикальных стенок котлованов и траншей зависят от их глубины и размеров, физических и гидрогеологических свойств грунтов, наличия динамических нагрузок у краёв выемки (от машин и механизмов) и принятых способов последующих работ (монтажа строительных конструкций, труб и т.п.).
   В зависимости от конструктивного решения различают крепления следующих типов: распорные, консольные, консольно-распорные, консольно-анкерные, подкосные (рис. 11.2, а). Тип крепления выбирают в зависимости от назначения и размеров выемки, свойств грунтов, величины притока грунтовых вод и условий производства работ.
   По характеру конструктивного исполнения и степени оборачиваемости крепление может быть инвентарным и стационарным (из отдельных элементов), сплошным или с прозорами.
   Распорные крепления наиболее распространены. Они применяются для траншей глубиной до 3 м и состоят из щитов (сплошных или с прозорами), стоек (или прогонов), раздвижных винтовых распорок или рам. На рис. 11.2, б приведён инвентарный вариант исполнения крепления. Такое крепление состоит из деревянных щитов 2 х 0,5 м, вертикально соединённых брусьев 80 х 150 мм, металлических стоек из труб диаметром 70 мм с отверстиями для крепления разжимных телескопических распорок. Крепление стен производят сразу же после отрывки траншеи.

рис. 11.2 Крепление вертикальных стен выемок

рис. 11.2 Крепление вертикальных стен выемок:

а - схемы типов конструктивных решений креплений стенок траншей и котлованов: I - распорное; II - консольное; III - консольно-распорное; IV - консольно-анкерное; V - подкосное: 1 - щиты; 2 - стойки (сваи); 3 - анкеры; 4 - распорки; 5 - подкосы; 6 - упоры;
б - инвентарное распорное крепление: 1 - метеллические стойки; 2 - уголок; 3 - заострение; 4 - щиты; 5 - распорки телескопической конструкции; 6 - болт;
в - консольный тип: 1 - стойки; 2 - щиты и пластины;
г - консольно-распорный тип крепления: 1 - двутавровые балки; 2 - поддерживающие стальные уголки; 3 - деревянные распорки; 4 - доски ограждающего элемента крепления (забирка);
д - консольно-анкерный тип: 1 - стойки; 2 - забирка; 3 - свая-анкер; 4 - засыпка; 5 - тяжи;
е - шпунтовое ограждение с внутренним анкерным креплением: 1 - шпунтовая стенка; 2 - балки; 3 - тяги; 4 - анкеры.


   Консольные (рис. 11.2, в) и консольно-распорные (рис. 11.2, г) крепления используются при глубинах отрывки 3 м в слабых водонасыщенных грунтах. Конструктивными элементами креплений этого типа являются: металлические стойки-сваи, сплошная забирка из досок и распорки между стойками.
   Консольно-анкерные крепления (рис. 11.2, д) в отличие от консольных имеют анкеры, состоящие из якорей и тяжей к стойкам. Якоря обычно устанавливают от бровки на расстоянии не менее 1,5 h (где h - глубина выемки), а их количество определяют по расчёту.
   Шпунтовые ограждения стен являются разновидностью консольных ограждений и устраиваются при глубоких котлованах, большом боковом давлении грунта, сложных гидрогеологических условиях. Шпунтовые ограждения представляют собой сплошные стенки из предварительно погруженных в грунт стальных или деревянных шпунтин с замковыми соединениями. Существует три варианта исполнения шпунтовых ограждений: консольное, распорное и анкерное (рис. 11.2, е).
   Подкосные крепления используются для крепления стен котлована и состоят из забирки, стойки, подкоса, лежня и упорного якоря. Крепления такого типа затрудняют работы в котловане и поэтому применяются редко.

   3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ КОТЛОВАНОВ И ТРАНШЕЙ.

   Чтобы определить объёмы земляных работ по устройству под водопроводно-канализационные сооружения или траншеи для прокладки сетей водопроводов и коллекторов, необходимо знать их основные размеры - ширину, длину и глубину.
   Размеры котлованов определяют исходя из общих размеров сооружений в плане, глубины его заложения, крутизны откосов, а также принятых методов выполнения основных производственных процессов. При этом важно учесть: схему возведения будущего сооружения, определяющую схему движения кранов и других машин при монтаже сборных или возведении монолитных сооружений: схемы доставки и раскладки конструкций в монтажной зоне, установки опалубки, лесов и подмостей.
   Поскольку при устройстве систем водоснабжения и водоотведения строят заглубленные и чаще всего ёмкостные сооружения прямоугольной или круглой в плане формы, которые фактически отличаются друг от друга только своими размерами и внутренними конструктивными элементами, то независимо от их назначения и принадлежности (но учитывая общие размеры сооружений) можно выделить следующие четыре основные схемы их возведения:
   Схема I (кольцевая) - кран и транспортные средства при возведении сооружения перемещаются вокруг него по берме котлована, не заезжая на его дно; схема II - механизмы движутся по дну котлована за пределами сооружения, по его периметру; схема III - механизмы в процессе строительства сооружения перемещаются непосредственно по его днищу; схема IV предусматривает монтаж сооружения одновременно, т.е. параллельно работающими двумя кранами, при котором конструкции крайних стен и примыкающего пролёта сооружения монтируется первым краном с передвижением его и транспортных средств по берме котлована, а конструкции внутри сооружения - вторым краном, предвигающимся по днищу сооружения.
   По схеме I возводят обычно небольшие сооружения, ширина которых в плане или диаметр не превышают 15 м (Всоор<15 м). Размеры котлована (ширина Вк и длина Lк) при этом определяются исходя из внешних размеров сооружения с небольшим уширением его дна с каждой стороны для удобства выполнения работ (рис. 11.3, а):

Bксоор + 2b1; Lк= Lсоор + 2b1,

где Всоор, Lсоор - ширина и длина возводимого сооружения по наружному периметру; b1 - ширина свободного пространства между подошвой откоса выемки и выступающей частью днища сооружения (принимается по условиям теехники безопасности и удобства работ не менее 0,5 м).
   По схеме II возводят сооружения средних габаритов, размеры которых в плане превышают 15 м (Bсоор >15 м) при значительном их заглублении и большой массе монтажных элементов. Размеры котлована при этом должны быть достаточными для размещения сооружений, а также для проезда кранов и транспорта вокруг них по дну выемки (рис. 11.3, б) и для раскладки сборных конструкций по фронту работ:

рис 11.3 Схема для определения размеров котлованов и траншей

а - котлованов малых размеров в плане (Всоор<15 м);
б - то же, средних (Всоор>15 м);
в - то же, больших (Всоор>15n, м);
г - траншей с вертикальными стенками и креплениями;
д - трапецеидальных;
е - сложного сечения и совмещённой прокладке трубопроводов.


Bк = Dнn + (n-1)B2 + 2B3;
Lк = Dнn1 + (n1-1)B2 + 2B3,

где Dн - диаметр или размер сооружения по наружному периметру; n, n1 - число сооружений или секций в одном ряду соответственно в поперечном и продольном направлениях; B2 - расстояние между сооружениями в свету; B3 - уширение котлована по дну для безопасного выполнения монтажных работ и движения транспорта:

B3 = 1 * 2 + 2Rм = 2(1 + Rм),

где 1 - просвет между движущимся краном и сооружением (или откосом выемки), м; Rм - радиус поворота машинной платформы крана.
   По схеме III обычно строят крупные сооружения (рис. 11.3, в), размеры которых в плане в несколько раз (n) превышают 15 м (Bсоор>15n, м). В этом случае размеры котлована:

Bк = Bсоор + b1 + B4; Lк = Lсоор + 2l1;

где B4 - уширение котлована для монтажа конструкций последней секции сооружения (рис. 11.3, в); l1 - уширение котлована в торцах сооружения для заезда и выезда крана и транспортных средств (принимается равным 6-7 м и зависит от радиуса их поворота);

B4 = 1*3 + 2Rм + Ба,

где Ба - ширина базы грузовых автомашин на уровне кузова (габарит).
   По схеме IV строят крупные сооружения при Всоор>15n, м. Размеры котлованов, поскольку уширение их дна на величине B3 или B4 не требуется, могут быть определены по формулам, применяемым при схеме I. Размеры котлованов поверху определяют исходя из их размеров понизу Bк, Lк глубину выемки H и принятых коэффициентов заложения откоса m для соответствующих грунтов и глубин котлованов

Bкв = Bк + 2mH; Lкв = 2mH.

   Размеры траншей. Наименьшую ширину траншеи по дну Bтр.min (согласно СНиПу) следует принимать в зависимости от типа и диаметра прокладываемых труб, способа их укладки (табл. 11.4).

Таблица 11.4 НАИМЕНЬШАЯ ШИРИНА ТРАНШЕИ ПО ДНУ

Способ укладки трубопровода
Наименьшая ширина траншеи с вертикальными стенками по дну, м (без учёта креплений), для труб
стальных и пластмассовых
раструбных чугунных, бетонных, железобетонных и асбестоцементных
бетонных, железобетонных на муфтах и фальцах, керамических
Плетями или
отдельными
секциями при
наружном диаметре
D труб, м
до 0,7

более 0,7





D + 0,3,
но не менее 0,7
1,5D
---------------
--------------
Отдельными
трубами при
наружном диаметре
D, м
до 0,5
от 0,5 до 1,6
от 1,6 до 3,5




D + 0,5
D + 0,8
D + 1,4




D + 0,6
D + 1,0
D + 1,4




D + 0,8
D + 1,2
D + 1,4

   Принятую по данной таблице ширину траншеи по дну (Втр), если её предполагается разрабатывать одноковшовым экскаватором, необходимо проверить ширину ковша принятого экскаватора, которая в зависимости от его вместимости, м3, может быть определена по формуле

bк = 1,2 * (q)1/3

где q - вместимость ковша выбранного экскаватора, м3.
   При этом надо иметь в виду, что при разработке траншей одноковшовыми экскаваторами их ширина должна быть не меньше ширины режущей кромки ковша экскаватора с добавлением в песчаных грунтах и супесях 0,15 м, в глинах и суглинках 0,10 м.
   Если получится, что ширина траншеи меньше величины bк с добавлением этих запасов, то необходимо либо принимать экскаватор с меньшей шириной ковша, т.е. меньшей ёмкости, или увеличивать проектную ширину траншеи, что повлечёт за собой увеличение объёмов земляных работ.
   Ширина траншей по дну при диаметре труб свыше 3,5 м, а также на кривых участках трассы устанавливается проектом. Ширина траншеи поверху определяется крутизной её откосов. Глубина траншеи зависит от глубины заложения труб, которая во всех случаях должна быть на 0,5 м больше расчётной глубины промерзания грунта. Продольный уклон траншеи устанавливается проектом в зависимости от назначения трубопровода. Для заделки стыковых соединений труб в траншеях отрывают приямки необходимых размеров, указанных в СНиПе.

   4. ПОДСЧЁТ ОБЪЁМОВ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ.
  
   Подсчёт объёмов земляных работ
по устройству выемок (котлованов, траншей) и насыпей при известных размерах достаточно прост. При сложных формах выемок и насыпей их разбивают на ряд более простых геометрических тел, которые затем суммируют. Подсчёт объёмов земляных работ необходим для того, чтобы обоснованно выбрать методы и средства их выполнения, установить необходимость отвозки или возможность распределения вынутого из котлованов или траншей грунта на прилегающей территории и последующего его использования для устройства обратных засыпок, определить стоимость и продолжительность производства земляных работ.
   Определение объёмов котлованов. Уточнив по приведённым выше формулам размеры котлована понизу Вк и Lк, назначив крутизну откосов m и зная глубину котлована H, определяют размеры котлована поверху Bкв, Lкв и затем вычисляют объём грунта, подлежащего разработке при устройстве котлована.
Рис. 11.4 Схема для определения объёмов земляных работ при устройстве котлованов различной формы, траншей, насыпей

Рис. 11.4 Схема для определения объёмов земляных работ при устройстве котлованов различной формы, траншей, насыпей:

а, б, в - котлованы прямоугольные, многоугольные, круглые;
г - траншея с откосами;
д - насыпь


   Объём котлована Vк прямоугольной формы с откосами (рис. 11.4, а) определяют по формуле опрокинутой усечённой пирамиды (призматоида):

Vк = H/6*(BкLк + BквLкв + (Bк + Bкв)*(Lк + Lкв)),

где Bк и Lк - ширина и длина котлована по дну, м; Bкв и Lкв - то же, поверху; H - глубина котлована, м.
   Объём котлована, имеющего форму многоугольника с откосами (рис. 11.4, б),

Vк = H/6*(F1 + F2 + 4Fср),

где F1 и F2 - площади дна и верха котлована, м; Fср - площадь сечения по середине его высоты, м2.
   Объём квадратного котлована с откосами определяют по формуле опрокинутого призматоида:
формула объёма квадратного котлована с откосами

   Объём круглого в плане котлована с откосами (рис. 11.4, в) определяют по формуле опрокинутого усечённого конуса:
формула объёма круглого в плане котлована с откосами
где R и r - радиусы верхнего и нижнего оснований котлована.
   Котлованы для сооружений, состоящих из цилиндрической и конической частей (радиальные отстойники, метантенки и др.), которые обычно возводятся группами, т.е. по несколько в одном котловане, отрывают в два этапа: вначале устраивают общий прямоугольный котлован с размерами Bк, Lк понизу и Bкв, Lкв поверху от отметки заложения их цилиндрической частей, а затем делают углубления для конических частей сооружения. Соответственно и объёмы земляных работ определяют в два этапа: вначале рассчитывают объём общего прямоугольного котлована по приведённым выше формулам, а затем объём конических углублений с использованием приведённой формулы усечённого конуса.
   При расчётах объёмов земляных работ следует также учитывать объёмы въездных и выездных траншеё:
формула расчёта объёма въездных и выездных траншей
где Н - глубина котлована в местах устройства траншей, м; b - ширина их понизу, принимаемая равной при одностороннем движении 4,5 м и при двухстороннем - 6 м; m - коэффициент откоса (уклона) въездной или выездной траншеи (от 1: 10 до 1 : 15).
   Общий объём котлована с учётом въездных и выездных траншей: Vобщ = Vк + nVв.тр.,
где Vк - объём собственно котлована, м3; n - количество въездных и выездных траншей; Vв.тр. - их объём, м3.
   Из общего объёма котлована следует выделить объём работ по срезке растительного слоя, которую обычно производят бульдозером или скрепером, а также объём работ по срезке недобора, который оставляют у дна котлована, разрабатываемого экскаватором, чтобы не нарушить целостность и прочность грунта у основания, на которое опирается сооружение.
   Объём срезки растительного слоя можно определить по формуле:

Vс = Vск + Vср,

где Vск - объём срезки грунта в пределах котлована, м3; Vср - то же, в пределах рабочей зоны, м3.

Vск = BквLквtс,

где Bкв, Lкв - ширина и длина котлована поверху, м; tс - толщина срезаемого слоя, принимаемая равной 0,15-0,20 м.

Vср = B*l,

где B - ширина рабочей зоны на берме котлована, необходимая для складирования материалов, конструкций и движения строительных машин, принимаемая равной 15-20 м; l - протяженность рабочей зоны, м.
   Объём работ по зачистке недобора по дну котлована равен:

Vз.к = BкLкhн,

где Bк, Lк - ширина и длина котлована понизу, м; hн - толщина недобора, м.
   Толщина недобора при отрывке котлованов одноковшовыми экскаваторами определяют в зависимости от вида рабочего оборудования экскаватора и вместимости его ковша по табл. 11.5.

Таблица 11.5 ДОПУСТИМЫЕ НЕДОБОРЫ ГРУНТА ПО ДНУ КОТЛОВАНОВ И ТРАНШЕЙ

Рабочее оборудование экскаватора
Допустимые недоборы грунта (hн), см при отрывке одноковшовым экскаватором с ёмкостью ковша, м3
0,25-0,40
0,5-0,65
0,8-1,25
1,5-2,5
3-5
Прямая лопата
5
10
10
15
20
Обратная лопата
10
15
20
---
---
Драглайн
15
20
25
30
30

   Для определения объёмов траншей продольный профиль траншеи делят на участки с одинаковыми уклонами, подсчитывают объёмы грунта для каждого из них и затем суммируют.
   Объём траншеи с вертикальными стенками

Vтр = Bтр(H1 + H2)L/2 или Vтр = (F1 + F2)L/2,

где Bтр - ширина траншеи; H1 и H2 - глубина её в двух крайних поперечных сечениях; F1 и F2 - площади этих сечений; L - расстояние между сечениями.
Объём траншеи с откосами (рис. 11.3, д) можно определить по вышеприведённой формуле, при этом площади поперечных сечений

F1,2 = (Bтр + mH1,2)H1,2.

Более точно объём траншеи с откосами можно определить по формуле Винклера:
формула Винклера рсчёта объёма траншеи
   Для определения объёма траншей, предназначенных для совмещённой прокладки сетей (см. рис. 11.3, е), площадь их поперечного сечения вычисляют как сумму площадей траншеи полного сечения для трубопровода глубокого заложения и дополнительной траншеи для трубопроводов меньшего заложения. с основанием Bтр1, равным Bтр1 = Dн + 2*0,2 м(где Dн - наружный диаметр трубопровода).
   Для удобства подсчёта объёма земляных работ трассу трубопровода разбивают через определённые расстояния (через 100-200 м) на участки (пикеты) и вначале определяют объёмы работ на участках, а затем, суммируя их, определяют объём земляных работ. При этом целесообразно использовать так называемый табличный метод подсчёта земляных работ. С этой целью, определив ширину траншеи по дну (Bтр), разбив трассу на пикеты через l м и определив глубины траншей (H) на каждом пикете (путём построения продольного профиля трубопровода) и определив коэффициенты крутизны откосов (поперечных сечений на каждом из них (m), зная вид залегающих грунтов и глубины выемки, данные записывают в таблицу (табл. 11.6).

Таблица 11.6 ТАБЛИЦА ПОДСЧЁТА ОБЪЁМОВ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТРАНШЕИ С НАКЛОННЫМИ ОТКОСАМИ

Пикеты
Bтр1, м
H, м
m
F, м2
(F1+F2)/2
l, м
Vтр, м3
1
2
3
4
5
6
7
8
0
1
2,0
1
6
7,7
100
770
1
1
2,6
1
9,4
14,6
100
1460
2
1
3,6
1,25
19,8
14,6
100
1460
3
1
2,6
1
9,4
7,7
100
770
4
1
2,0
1
6
-
Сумма = 400
Сумма = 4360

   Объём земляных работ на каждом участке в графе 8 определяют путём умножения данных графы 6 на данные графы 7 и затем их суммируют.
   При отрывке траншей экскаваторами у дна их также оставляют необходимый недобор грунта, который в основном зачищают вручную. Кроме этого на дне траншей устраивают приямки, облегчающие работы по заделке стыков труб. Приямки также чаще всего отрывают вручную.
   Объём земляных работ по зачистке дна траншеи определяют по формуле: Vз.т. = BтрLhн,
где Bтр - ширина траншеи по дну, м; L - общая длина траншеи, м; hн - толщина недобора (см. табл. 11.5).
   Объём работ по устройству приямков на дне траншеи

Vп = abcL/l,

где a, b, c - размеры, м (принимается по СНиПу); L - протяжённость трубопровода, м; l - длина трубы или трубной секции, м.
   Несущая способность труб в значительной мере зависит от характера опирания их на основание. Так, на пример, трубы, уложенные в грунтовое ложе с углом охвата 120 град., выдерживают нагрузку на 30-40% большую, чем трубы, уложенные на плоское основание. Поэтому на дне траншеи перед укладкой труб целесообразно вручную или механизированным способом устраивать, т.е. нарезать специальное овальное углубление (ложе) с углом охвата труб до 120 градусов.
   Объём земляных работ по устройству ложа или выкружки на дне траншеи для укладки труб может быть определён по формуле:

Vл = FлL,

где - Fл - площадь поперечного сечения ложа (выкружки), м2; L - длина траншеи, м.
   Площадь сечения ложа (выкружки) можно определить по геометрической формуле площади сегмента, каковым фактически и является грунтовое ложе. Исходя из этого,

формула площади сечения ложа (выкружки)
где r - радиус трубопровода, т.е. D/2, м; Фи - угол охвата трубы, град.
   Объём грунта по срезке растительного слоя на трассе трубопровода определяется по формуле:

Vс = Vст + Vср,

где - Vст - объём работ по срезке растительного слоя в пределах траншеи, м3; Vср - то же, в пределах рабочей зоны, м3.

формула объёма работ по срезке растительного слоя в пределах траншеи
где Fci - площадь срезки растительного слоя в пределах контура траншеи между пикетами, м2; Hс - толщина растительного слоя, м (принимается равной 0,15-0,2 м).

формула площади срезки растительного слоя в пределах контура траншеи между пикетами
где Bтр, m - то же, что и в предыдущих формулах; H1, H2 - глубины траншеи на смежных пикетах, м; li - расстояние между пикетами, м.

Vср = BHсL,

где B - ширина рабочей зоны, м (принимается равной 15-25 м); Hс - толщина растительного слоя, м; L - общая длина трубопровода, м.
   Объём грунта, разарбатываемого экскаватором, определяется по формуле

Vэ = Vтр - (Vст + Vз)

   Объём грунта, необходимый для частичной засыпки труб и обратной засыпки траншей (Vо) с учётом коэффициента остаточного разрыхления (Кор), определяется по формуле
формула объёма грунта, необходимого для частичной засыпки труб и обратной засыпки траншей
где Кор определяется по ЕНиР Сб.Е2, прил. 2; Vт - объём грунта, вытесняемый трубопроводом и вывозимый за пределы площадки,
формула объёма грунта, вытесняемого трубопроводом и вывозимый за пределы площадки
где Dн, L - наружный диаметр трубы и общая длина трубопровода, м; 1,05 - коэффициент увеличения объёма вытесняемого грунта за счёт раструбов (учитывается при прокладке раструбных труб).
   Объём насыпей (см. рис. 11.4, д) можно вычислять по тем же фомулам, что и выемок, учитывая форму насыпи (призматоид, усечённый конус и т.п.). Потребное количество грунта для возведения насыпи в плотном теле определяют с учётом коэффициента остаточного разрыхления. При больших уклонах, значительной неровности рельефа и особенно при устройстве насыпей на косогорах объёмы земляных работ подсчитывают, разбивая насыпи на участки более простой геометрической формы.
   Для подсчёта объёмов работ при вертикальной планировке применяют методы поперечных сечений, четырёхгранных и трёхгранных призм. Площадку, подлежащую планировке, на плане с горизонталями с горизонталями разбивают на элементарные участки, объёмы работ по которым суммируются. Метод поперечных сечений (поперечников) используют при ровном рельефе и для ориентировочных подсчётов. В характерных сечениях рельефа вычерчивают поперечные профили (на расстоянии друг от друга не более 100 м) и затем определяют площади каждого из них, а также объёмы грунта между ними.
рис. 11.5 Схемы к подсчёту объёмов вертикальной планировки, засыпки и обсыпки сооружений

рис. 11.5 Схемы к подсчёту объёмов вертикальной планировки, засыпки и обсыпки сооружений:

а - разбивка площадки на квадраты;
б - положение плоскостей при планировке;
в - план котлована и его продольное сечение для определения объёма засыпки и обсыпки после возведения сооружений без покрытий;
г - то же, для сооружений с покрытиями.


   Метод четырёхгранных призм предусматривает разбивку площадки на прямоугольники или квадраты (рис. 11.5, а,б) со сторонами а (20-100 м). Объёмы выемок или насыпей, заключённые в отдельных прямоугольных призмах,
фомула объёма заключенного в призмах или насыпях
где а - сторона квадрата; h1, h2, h3, h4 - отметки в углах квадратов.
   Отметки со знаком "-" указывают на необходимость устройства насыпи, а со знаком "+" - выемки. Общий объём насыпи (выемки) определяют как сумму частных объёмов призм и их частей, лежащих в пределах участка насыпи (выемки).
   Метод трёхгранных призм применяют при неровном рельефе (с замкнутыми горизонталями). Объём работ подсчитывают путём разбивки прямоугольников или квадратов диагоналями на треугольники. При этом методе достигается наибольшая точность подсчётов.
   После возведения в котловане сооружения пустоты с боков его (пазухи), включая въездные и выездные траншеи, подлежат засыпке грунтом. Объём засыпки пазух котлована Vзас.к определяют разностью общего объёма котлована Vобщ и объёмом заглублённой части сооружения Vзч т.е. Vзас.к = Vобщ - Vз.ч Если сооружения выступает над поверхностью земли на 0,8...1 м, вокруг них делают обсыпку грунтом. Объём обсыпки Vобс вычисляют как объём усечённой пирамиды Vу.п за вычетом объёма обсыпаемой части сооружения Vобс.ч в пределах высоты hобс (рис. 11.5, в), т.е. Vобс = Vу.п. - Vобс.ч . Над сооружениями с перекрытиями (резервуарами, горизонтальными отстойниками и др.) сверху устраиваются насыпи. Объём насыпи над сооружениями подсчитывают как объём усечённой пирамиды насыпи за вычетом объёма части сооружения, попадающей в тело насыпи (рис. 11.5, г).
   Общий объём грунта, укладываемого в резерв на барме котлована, должен включать объём грунта для обратной засыпки пазух, обсыпки сооружений и устройства насыпи над ними. Излишек грунта подлежит вывозке.
   Распределение грунта на основе баланса земляных масс. Сравнение объёмов земляных работ по устройству выемок и насыпей на строительной площадке представляет собой баланс земляных масс, который может быть активным, если объём выемок превышает объем насыпей, и пассивным, если объем выемок меньше объема насыпей. В первом случае излишний грунт вывозят со строительной площадки в отвалы, во втором - недостающий для устройства насыпей грунт завозят со стороны.
   Поскольку вывозка грунта за пределы площадки нежелательна, так как она повышает сроки и стоимость строительства, следует стремиться к тому, чтобы весь грунт из выемок укладывался без остатка в насыпи, т.е. чтобы на площадке соблюдался нулевой баланс. Для получения такого равенства нужно определить оптимальную отметку планировки площадки, при которой будет достигнут нулевой баланс земляных масс.
   Оптимальная отметка планировки, по обе стороны которой (сверху и снизу) будут находиться равные объёмы выемки и насыпи при подсчете объемов по квадратам (см. рис. 11.5, а,б), определяется по формуле
формула оптимальной отметки планировки
где H1, H2, H3, H4 - отметки естественной поверхности площадки в вершинах, общих соответсвенно для одного, двух, трех и четырех квадратов, м; n - количество квадратов в пределах площадки.
   При планировке площадки комплекса сооружений оптимальную отметку планировки необходимо скорректировать с учетом дополнительных объёмов грунта, необходимого для устройства постоянных сооружений, и объёмов грунта, вытесняемого подземными частями возводимых сооружений и коммуникаций. Поправка к этой отметке может быть определена по формуле

где Vi - дополнительный объём грунта (принимается с плюсом, когда имеется излишек, и с минусом - при недостатке грунта), м3; F - площадь планируемого участка, м2.
   После окончания подсчёта все объемы земляных работ сводят в специальную ведомость, называемую сводным балансом земляных масс и состоящую из двух частей: левой - приход грунта (П) и правой - расход грунта (Р). При П>Р баланс положительный, т.е. активный, при П<Р баланс отрицательный, т.е. пассивный, и при П=Р баланс нулевой. Определив баланс земляных масс, составляют схемы потоков перемещения грунта из выемок в насыпи или в резервы.

   5. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ.

   До начала производства основных работ по устройству земляных сооружений выполняют подготовительные работы: внеплощадочные и внутриплощадочные. К внеплощадочным подготовительным работам можно отнести строительство подъездных дорог, линий связи и электропередачи, выполнение вскрышных работ на участках, отведённых под карьеры и резервы, к внутриплощадочным - восстановление и закрепление геодезической разбивочной основы; расчистку территории стройплощадки; инженерную подготовку площади с выполнением работ по планировке, осушению и обеспечению стоков дождевых вод, устройству временных (или постоянных) дороги коммуникационных сетей; установку временных инвентарных бытовых помещений для обогрева рабочих, приема пищи, сушки и хранения рабочей одежды, санузлов и т.п.
   Подготовительным работам предшествуют организационные мероприятия на получение от заказчика-застройщика разрешительной документации на отвод земельных участков; ведение строительных работ; использование существующих транспортных и инженерных коммуникаций; вырубку деревьев и др.
   Геодезические работы в строительстве включают создание разбивочной основы и проведение разбивочных работ в ходе строительства. Последние выполняет строительная организация.
   Создание геодезической разбивочной основы является обязанностью заказчика и предполагает устройство разбивочной сети и разбивку красных линий (контуров) строительной площадк, нанесение внешней и внутренней разбивочных (геодезических) сетей сооружения, осей линейных сооружений и нивелирных сетей.
   Разбивку красных линий производят для определения границ строительной площадки. Другие элементы разбивочной основы рекомендуется выполнять после расчистки и планировки территории стройплощадки.
   Расчистка территории строительной площадки включает работы по уборке деревьев с корчевкой пней, уборке кустарника и валунов, освобождению территории от строений, подлежащих сносу, переносу действующих коммуникаций и т.п.
   Для удобства валки деревьев и безопасности работ территорию предварительно расчищают от кустарника и мелколесья, которые выкорчевывают с помощью кусторезов, бульдозеров, тракторов-корчевателей и убирают в специально отведенные для этого места.
   Выемки всех видов до начала основных земляных работ должны быть ограждены от стока поверхностных вод с помощью постоянных или временных устройств. Водоотводные устройства должны обеспечивать перехват нагорных вод вдоль границ строительной площадкидля траншеи и ускорять сток воды с территории площадки. Для водоотвода устраивают кавальеры и отвалы, располагаемые с нагорной стороны, а также специальные оградительные обвалования, водоотводные осушительные канавы, производят планировку территории с уклоном. Поперечные сечения и уклоны всех водоотводных устройств должны быть рассчитаны на пропуск ливневых вод и вод, образующихся при таянии снега.
   При вертикальной планировке территории строительную разбивку закрепляют в местах срезки вешками, а в местах насыпи - сторожками.
   Вспомогательные работы производят при устройстве земляных сооружений. Они включают временные крепления стен траншей и котлованов, открытый водоотлив и грунтовое водопонижение, искусственное закрепление грунтов.


По материалам сайта www.sbh.ru

Перейти в каталог строительной техники для выбора экскаватора

Перейти к списку статей




Строй-словарь

Хотите узнать больше о терминах по строительной технике? Вам сюда...
Фото техники

Здесь Вы сможете посмотреть фотографии нашей техники в работе .
  © 2011, kopat.net.
Webincom — продвижение сайтов
+7 (812) 992-91-74

О компании | Услуги | Каталог техники | Новости | Статьи | Заказать | Контакты