Виды земляных сооружений. Классификация грунтов.

Конспект лекций

по дисциплине «Технология и организация строительного производства»

Для специальности «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

На тему: «Земляные работы»

Тема : Земляные работы.

Виды земляных сооружений. Классификация грунтов.

Водопонижение и водоотвод на строительной площадке.

Искусственное закрепление грунтов.

Крепление стенок котлованов и траншей.

Разработка грунтов одноковшовыми экскаваторами.

Разработка грунтов землеройно-транспортными машинами.

Закрытые способы разработки грунтов.

Разработка грунта в зимних условиях.

Виды земляных сооружений. Классификация грунтов.

При строительстве любого здания или сооружения, прокладке инженерных коммуникаций и т.д. ведутся земляные работы: при устройстве траншей и котлованов, при возведении земляного полотна дорог, планировке площадок. Земляные работы делятся на вскрышные, транспортирование грунта, планировка, рыхление грунта, засыпка пазух и устройство насыпей. Земляные работы самые трудоемкие. Выполняются вручную или механизированным способом.

Земляные сооружения делятся в зависимости от сроков эксплуатации на постоянные и временные.

Постоянные - дорожное полотно, плотины, дамбы, каналы, и т.д.

Временные - котлованы, траншеи, для коммуникаций и фундаментов зданий.

Траншеи - земляные сооружения, у которых длина больше ширины.

Котлован - земляные сооружения, у которых длина примерно равна ширине.

Насыпь – сооружение из насыпного и уплотненного грунта.

Резерв - место, для разработки грунта вне стройплощадки.

Отвал – место отсыпки излишнего грунта.

Кавальер – насыпь из лишнего грунта правильной формы.

Грунты- горные породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Грунты делятся на :

1) скальные – залегающие в виде сплошного массива (частицы грунта жестко связаны между собой) – гранит, кварцит, известняк и т.д.

2) крупнообломочные –несвязные обломки горных пород с преобладанием частиц размером более 2мм.

3)песчаные – из частиц крупностью0,1…2мм.

4)глинистые – из очень мелких частиц, имеющих в основном чешуйчатую форму.

Глинистые грунты делятся на супеси (3 -10%), суглинки (10 - 30%), глины (более 30% глинистых частиц).

В зависимости от трудности разработки все грунты делятся на:

1. для экскаваторов на 6 групп,
2. для бульдозеров и скреперов на 3 группы

деление грунтов дано в ЕНиР.

При ручной разработке грунты делятся на 11 групп.

1 – грунты разрабатываемые лопатами.

2 - грунты разрабатываемые лопатами с частичным применением кирок

3 - грунты разрабатываемые кирками и лопатами.

4 - грунты разрабатываемые клиньями, молотами и отбойными молотками.

5 - 11 группы - грунты разрабатываемые только взрывным способом.

При разработке грунт увеличивается в объеме. Увеличение характеризуется коэффициентом разрыхления, который равен отношению объема грунта после разработки к объему грунта в естественном состоянии. КР = 8 – 50 %

Отсыпанный в насыпь грунт имеет способность уплотняться, но даже в этом случае остаются излишки грунта. Это явление характеризуется коэффициентом остаточного разрыхления.

Для песчаных грунтов КР = 1,08- 1,17., Кор = 1, 01 – 1, 025

Для суглинистых грунтов - КР = 1,14- 1,28., Кор = 1, 015 – 1, 05

Для глинистых грунтов - КР = 1,015- 1,05., Кор = 1, 04 – 1, 09

2. Водопонижение и водоотвод на строительной площадке.

До начала земляных работ выполняются подготовительные работы, к которым относятся: разборка существующих строений с предварительным отключением от всех систем (тепло, газ и т.д.), освобождение территории от пней, кустарников, деревьев, крупных камней, устройство временных дорог, временных сооружений и коммуникаций, ограждение стройплощадки, устройство обноски.

Перед началом строительства любая площадка должна быть спланирована с таким расчетом, чтобы произвести отвод поверхностных вод ( ливневые и талые). При пересеченной местности для отвода вод устраивают водоотводные канавы с уклоном i =>0,003 для предотвращения заиливания.

При высоком уровне грунтовых вод ( выше глубины заложения фундамента) производят осушение стройплощадки.

Способы осушения:

1. устройством открытых дренажей.

Открытый дренаж представляет собой траншею, размеры которой зависят от уровня грунтовых вод.

Эти траншеи отрывают по периметру строительной площадки с уклоном по дну i =>0,001 –0,002.

Открытый дренаж – временное сооружение, используемое на период строительства здания. Допускается укладка по дну железобетонных лотков.

2. устройством закрытых дренажей.

Закрытый дренаж представляет собой траншею, глубиной, ниже глубины заложения фундамента, в которой укладывают послойно - щебень крупностью более 50 мм, мелкий щебень крупностью 6- 8 мм, слой крупнозернистого песка, слой мха, дерна и т.д. закрытый дренаж является долговременным сооружением и остается на весь срок эксплуатации здания. В настоящее время в качестве водоотводящего слоя используются асбестоцементные, керамические или ж/б трубы.

дерн, мох.

песок

ж/б труба

Иглофильтровый способискусственного понижения УГВ основан на использовании иглофильтровых установок, состоящих из стальных труб с фильтрующим звеном в нижней части (иглофильтр), водосбор­ного коллектора на поверхности земли и самовсасывающего вихревого насоса с электродвигателем. Стальные трубы погружают в обводнен­ный грунт по периметру котлована или вдоль траншеи.

Иглофильтр состоит из двух частей: фильтрующего звена и надфильтровой трубы (диаметр иглофильтра 40...50 мм). Фильтрующее звено в свою очередь состоит из внутренней глухой и наружной пер­форированной труб. Эта труба с наружной стороны обмотана проволо­кой, усилена фильтрационной и защитной сетками; снизу труба закан­чивается фрезерным наконечником, внутри которого размещены шаро­вой и кольцевой клапаны (рис. 2.3.-2.5).

Рис. 2.3. Схема работы иглофильтровой установки:

а - общий вид; б - период погружения иглофильтрового звена в грунт; в - период водопониже­ния; г - эжекторный иглофильтр; 1 - гибкий шланг; 2 - надфильтровая труба; 3 - иглофильтровое звено; 4 - внутренняя труба; 5 - наружная перфорированная труба; 6 - спиральная обмотка; 7 -фильтрационная сетка; 8 - стальная защитная сетка, 9 - кольцевой клапан; 10 - шаровой клапан; 11 – ограничитель; 12 - зубчатый наконечник; 13 - песчано-гравийная смесь; 14 - наружная труба эжектора; 15 - насадка эжектора; 16 - суженный участок трубы; 17 - зона разрежения

Для опускания иглофильтра в рабочее положение при сложных грунтах применяют пробуривание скважин, в которые и опускаются иглофильтры (при глубинах до 6...9 м). В песках и супесчаных грунтах иглофильтры погружают гидравлическим способом (рис. 2.3, б), путем подмыва грунта под фрезерным наконечником водой с напором до 0,3 МПа. Поступая в верхнюю часть наконечника, вода опускает шаровой клапан, поступает под давлением к низу наконечника, размывает окру­жающий грунт, в том числе и по периметру трубы. Под действием собственной массы иглофильтр погружается в грунт, кольцевой клапан в процессе погружения трубы закрывает пространство между наруж­ной и внутренней трубами. После погружения иглофильтра на рабо­чую глубину полое пространство вокруг трубы частично заполняется просевшим грунтом, частично засыпается крупнозернистым песком или гравием.

При включении всей системы на режим откачки воды (рис. 2.3, в), шаровые клапаны иглофильтров вследствие ползучести и под влиянием вакуума поднимаются вверх и закрывают отверстие, одно­временно кольцевой клапан опускается, открывая путь грунтовой воде через ячейки сеток в пространство между трубами и далее во внутреннюю трубу.

Иглофильтры позволяют при одноярусном расположении понизить уровень грунтовых вод на 4...5 м, при двухъярусном - на 7...9 м. Игло­фильтры располагают на расстоянии 0,5 м от бровки котлована или траншеи. Узкие траншеи глубиной до 4,5 м и шириной до 4 м осуша­ют одним рядом иглофильтров, при большей ширине и глубине - дву­мя рядами.

Расстояние в ряду между иглофильтрами назначают в зависимости от свойств грунта и глубины понижения уровня грунтовых вод. Для среднезернистых грунтов при

Рис. 2.4. Водопонижение иглофильтровой установкой: а - схема установки; 6 - иглофильтр при гидроподмыве; в - то же, при откачке воды; 1- внут­ренняя труба; 2- внешняя труба; 3 - фильтрующая сетка; 4 - кольцевой клапан; 5 - седло; 6 -шаровой клапан; 7 - ограничитель; 8 - наконечник

коэффициенте фильтрации 2...60 м/сут расстояние принимают в пределах 1...1,5 м, в сильно фильтрующих крупнопесчаных и песчано-гравелистых грунтах расстояние сокращают до 0,75 м. Иглофильтровая установка состоит из ряда иглофильтров, погру­жаемых в грунт по периметру будущего котлована, по одной или двум сторонам траншеи. На поверхности земли иглофильтры присоединяют водосборным коллектором к насосной установке. При работе насосов в режиме откачки воды благодаря дренирующим свойствам грунта уровень воды в иглофильтре и окружающих грунтовых слоях понижа­ется, что приводит к образованию нового УГВ, который называется депрессионной кривой. Вакуумный способ водопонижения основан на использовании эжекторных водопонизительных установок. Эти установки используют для понижения уровня грунтовых вод в мелкозернистых грунтах (мел­козернистые и пылеватые пески, супеси, илистые и лессовые грунты с коэффициентом фильтрации 0,02... 1 м/сут), в которых применять лег­кие иглофильтровые установки нецелесообразно. При работе вакуум­ных водопонизительных установок вакуум возникает в зоне эжекторного иглофильтра (рис. 2.3, г). Эжекторная установка применима для понижения уровня грун­товых вод одним

ярусом до глубины 15...20 м; оптимальные усло­вия для работы эжектора - 8... 18 м. Фильтровое звено эжектора ре­шено по принципу легкого иглофильтра, а надфильтровое звено со­стоит из наружной и внутренних труб с эжекторной насадкой. По­гружение в грунт колонки надфильтровых труб осуществляется, как и у иглофильтра, гидравлическим способом, грунт размывается, тру­ба опускается под действием силы тяжести. Когда колонка опусти­лась до необходимого уровня во внутрь ее опускают внутреннюю трубу с эжектором.

В рабочий период к насадке эжектора подается рабочая вода с по­верхности под давлением 0,75...0,8 МПа в кольцевое пространство ме­жду внутренними и наружными трубами. Выходя из эжекторной насадки, струя этой воды создает разряжение в окружающем кольцевом пространстве и подсасывает воду из основной рабочей трубы. В ре­зультате резкого изменения скорости движения рабочей воды в насад­ке создается разрежение и тем самым обеспечивается подсос грунто­вой воды. Грунтовая вода, смешиваясь с рабочей, поступает по трубе наверх под действием всасывающего насоса в циркуляционный резер­вуар. Откаченная из грунта вода отводится из водосборного резервуа­ра самотечным трубопроводом за пределы котлована или строитель­ной площадки.

Явление электроосмоса используют для расширения области при­менения иглофильтровых установок в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут. В этом случае наряду с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5... 1 м от иглофильтров со стороны котлована погружают стальные трубы или стержни на глубину, идентичную по­гружению иглофильтров. Иглофильтры подключают к отрицательному (катод), а трубы или стержни - к положительному полюсу источника постоянного тока (анод) (рис. 2.5. б).

УГВ

УГВ

Электроды размещают относительно друг друга в шахматном по­рядке. Шаг, или расстояние анодов и катодов в своем ряду принимают одинаковым в пределах 0,75...1,5 м. В качестве источника электропитания применяют сварочные аппараты или передвижные преобразова­тели электрического тока. Мощность генератора постоянного тока оп­ределяют из необходимой силы тока 0,5... 1 А на 1 м² площади элек­троосмотической завесы при напряжении в цепи 30...60 В. Под дейст­вием силы электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, освобождается и перемещается по направлению к

Рис. 2.5. Схемы иглофильтровых установок с вакуумным (а) и электроосмотическим

(б) водопонижением:

1 - вакуум-насос; 2 - депрессионная кривая после понижения уровня воды иглофильтром; 3 -фильтрующее звено; 4 - центробежный насос; 5 - стальная труба (анод); 6 - иглофильтр (катод); 7 - депрессионная кривая после электроосушения

иглофильтрам, бла­годаря электроосмосу коэффициент фильтрации грунта возрастает- в 5...25 раз.

Применение каждого из описанных методов понижения уровня грунтовых вод зависит от мощности водоносного слоя, коэффициента фильтрации грунта, параметров земляного сооружения и строительной площадки. Решение о выборе метода должно быть также обосновано и с позиций охраны окружающей среды и экологической безопасности возводимого объекта.

Использование установок для искусственного водопонижения вы­зывает необходимость решения задач экологического характера. В первую очередь - это необходимость применения экологически чистых технологий, которые не допускали бы загрязнения подземных вод, попадания в них вредных примесей.

Нередко при интенсивной откачке грунтовых вод в районе строи­тельства нарушаются гидрогеологические условия, взаимосвязь подземных вод с поверхностными, в результате чего могут произойти на­рушения действующих водозаборных систем, осушение родников и т. д. Продолжительные откачки грунтовых вод особо опасны на за­строенных городских территориях, так как они могут вызвать оседание земной поверхности, деформации зданий и сооружений, смещение осей инженерных сетей. Поэтому выбор способов защиты земляных сооружений от воздействия подземных вод должен сопровождаться анализом и разработкой соответствующих природоохранных меро­приятий.

Создание искусственных противофильтрационных завес и экранов. Для ограждения котлованов, траншей, подземных выработок и за­щиты проводимых в них строительных работ от поступления грунто­вых вод в зависимости от физико-механических свойств грунта, его состояния, мощности водоносных слоев существуют следующие спо­собы закрепления грунта: замораживание, инъецирование в грунт рас-творов-отвердителей, создание тиксотропных противофильтрационных экранов и завес, устройство шпунтовых ограждений.

В сильно водонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глу­боких выемок, подземных сооружений создаются противофильтрационные завесы при помощи естественного или искусственного замора­живания грунтов.

Для опускания иглофильтра в рабочее положение при сложных грунтах применяют пробуривание скважин, в которые и опускаются иглофильтры (при глубинах до 6...9 м). В песках и супесчаных грунтах иглофильтры погружают гидравлическим способом (рис. 2.3, б), путем подмыва грунта под фрезерным наконечником водой с напором до 0,3 МПа. Поступая в верхнюю часть наконечника, вода опускает шаровой

4.Электроосушение – основано на явлении электроосмоса. Суть- при кратковременном действии постоянного тока во влажных глинистых грунтах возникает движение паровой воды от анода(+ ) –к катоду(-).

По периметру котлована устраивают две взаимно параллельные сети электродов.

1)- иглофильтры объединенные сверху металлическим проводником в сеть электродов – катодов. Иглофильтры устанавливают по периметру котлована в удалении от бровки выемки на 1 – 1,5 метра. Расстояние между иглофильтрами определяется расчетом и зависит от интенсивности притока воды, свойств грунта и требуемой глубины погружения (в среднем 1,5метра).

2)- из стержней погружаемых в грунт в шахматном порядке с внутренней стороны на расстоянии от линии иглофильтров около 0,8 метров. Их тоже объединяют в сеть электродов – анодов. Ток вызывает движение воды от стержней к иглофильтрам, где скапливающуюся воду откачивают. Под влиянием этой миграции приток воды в котлован прекращается.

Техника безопасности- ремонтные работы осуществляются после выключения тока. Для перехода через линию электродов должны быть устроены перекрывающие их мостики и деревянные настилы.

+ - 0 - +

U=60-110B

I=180-200A

УГВ

ИГЛОФИЛЬТРЫ

2.

3.