Крутизна откосов в зависимости от вида грунта и глубины выемки
Наименования грунтов | Крутизна откосов (отношение его высоты к заложению) при глубине выемки, м, не более | ||
1,5 | |||
Насыпной неушштненный Песчаный и гравийный Супесь Суглинок Глина Лессы и лессовидные | 1:0,67 1:0,5 1:0,25 1:0 1:0 1:0 | 1:1 1:1 1:0,67 1:0,5 1:0,25 1:0,5 | 1:1,25 1:1 1:0,85 1:0,75 1:0,5 1:0,5 |
5.3. Подготовка строительной площадки
Для создания благоприятных условий начала строительных работ предварительно выполняют подготовительные работы.
В состав работ по подготовке строительной площадки под новое строительство входят: ограждение участка; расчистка территории и снос существующих строений; перетрассировка мешающих инженерных сетей; защита территории от стока поверхностных вод; прокладка временных коммуникаций и дорог; устройство временных бытовых, складских, культурно-административных и других помещений.
После расчистки территории выполняют работы по созданию опорной геодезической сети, устанавливают обноску и производят геодезическую разбивку зданий и сооружений.
Состав подготовительных работ при реконструкции действующего предприятия в значительной степени зависит от местных условий. Строители стараются максимально использовать имеющиеся инженерные сети, бытовые и административные службы часто размещают во временно освобождающихся помещениях, возводят по плану капитального строительства реконструируемого предприятия здания, которые временно используют для нужд строительства и т.д.
Надземные и подземные инженерные коммуникации, линии связи и электропередачи и другие сооружения, затрудняющие производство работ, демонтируют или переносят на места, определяемые проектом, под наблюдением специалистов соответствующих организаций.
В подготовительный период, иногда достигающий 40% продолжительности всего строительства, бывает необходимо создать индустриальную базу производства по изготовлению строительных изделий и деталей, растворных и бетонных смесей; связать строительную площадку с основными дорогами, энергетическими и инженерными сетями и т. п.
От тщательности выполнения заданий подготовительного периода в большой степени зависит успех проведения всех основных строительно-монтажных работ по возведению или реконструкции зданий и сооружений, инженерных сетей и пусковых комплексов. Объем работ подготовительного периода определяется в ПОС и уточняется в ППР.
Осушение площадки и рабочих мест.Понижение уровня грунтовых вод или отвод поверхностных вод (верховодки) обычно осуществляют устройством водопонижения или водоотвода. Чаше для этого используют водоотводные канавы или обваловывание с нагорной части площадки (рис. 5.3, а).
При значительном притоке грунтовых вод устраивают открытые или закрытые дренажи. Открытые дренажи представляют со-
Рис, 5.3. Водоотвод с помощью:
о — обвалования площадки; 6 — обычного дренажа; в — дренажа с перфорированной трубой; ( — уклон; / — земляное обволование; 2 — водоотводная канава; 3 — котлован; 4 — строительная плошадкз; 5 — местный грунт; 6 — дренирующий материал; 7, 8 — соответственно мелко- и крупнозернистый песок; 9 — гравий; 10 — ушютнителшый слой; II — перфорированная (С отверстиями) труба
бой канавы, на дно которых укладываются слои фильтрующего материала: крупнозернистого песка, щебня или гравия. Закрытые дренажи (рис. 5.3, 6, в) — это траншеи, разрабатываемые ниже уровня сезонного промерзания грунта и засыпаемые послойно фильтрующими материалами. По дну дренажа можно укладывать трубу с отверстиями в боковых стенках (перфорированную) для отвода воды.
Для защиты от притока воды могут использоваться ледяные стенки из замороженного грунта или противофильтрационные экраны.
Искусственное замораживание (рис. 5.4, а) осуществляют с помощью охлажденного до отрицательной температуры раствора солей с низкой точкой замерзания (хлористый кальций и др.). Для этого в пробуренные скважины опускают замораживающие колонки, состоящие из двух труб: внутренней и наружной с закрытым торцом. Между этими трубами пропускают солевой раствор (хладагент), охлажденный ниже требуемой температуры грунта. Грунт возле стенок наружной трубы замерзает и, постепенно увеличиваясь в диаметре, образует ледяную завесу.
Тиксотропный противофильтрационный экран может быть устроен после забивки шпунта из металлических или деревянных
'L
б
7J7
1J
JJ |
13 \ | / | ^■14 г'5 | |||
/// /// | /// / | ||||
г( о с: г- а ■ *■ > | \ | ||||
"—~ |
7 17 16 г
Рис. 5.4. Искусственное ограждение выемок от грунтовых вод: а — схема замораживания грунта; 6 — устройство противофильтрационного экрана с применением шпунтин-инъекторов; в, г — то же, с применением баровых машин и водовоздушной струи; д — устройство грунтобетонного экрана; / — замораживающие колонки; 2 — столбы смерзшегося грунта; 3 — котлован; 4 — наружная труба; S — внутренняя труба; б— поверхность замороженного фунта; 7— суспензии; 8 — трубы для подачи суспензии; 9 — шпунтина, извлекаемая из грунта; 10 — то же, пофужаемая; 11 — трактор; 12 — рабочий орган с барами; 13 — вытесненный на поверхность фунт; 14— штанга; 75—направляющая; 16— икъек-торная головка; П — мониторная головка
пластин. Затем отдельные шпунтины-инъекторы постепенно извлекают, а на их место нагнетают раствор бентонитовой глины, обладающий водоотталкивающими свойствами (рис. 5.4, 6).
Суспензия бентонитовой глины может нагнетаться в щели, прорезаемые специальными машинами — барами (рис. 5.4, в) или подаваться через скважины под большим давлением с помощью водовоздушной струи (рис. 5.4, г). Суспензия размывает щель в грунте и заполняет ее.
Грунтобетонный экран (рис. 5.4, д) устраивается так. В грунт погружают буровые штанги с режущими и перемешивающими лопастями, через них нагнетается водоцементная суспензия. При обратном подъеме штанг с вращением лопасти раскрываются, грунт перемешивается с суспензией и в дальнейшем затвердевает, образуя противофильтрационную завесу.
При разработке выемок в грунтах может применяться открытый водоотлив или искусственное понижение уровня грунтовых вод.
Осушение выемки открытым водоотливом применяется при небольшом притоке воды и заключается в том, что подошве выемки придается небольшой уклон (рис. 5.5) к зумпфу, размер которого в плане соответствует 1 х 1 м. Воду из приямков откачивают насосами: поршневыми при небольшом притоке воды; центробежными для чистой воды; диафрагмовыми для загрязненной воды.
Откаченная из зумпф-колодца вода отводится по трубам или лоткам. При большом притоке воды стенки котлованов во избежание обрушения крепят.
Рис. 5.5. Открытый водоотлив: 1 — зумпф-колодец; 2 — рукав; 3— насос; 4 — лоток |
Несмотря на простоту и экономичность открытого водоотлива, производство работ при этом способе может быть осложнено постоянным присутствием воды и возможным нарушением структуры грунта стенок и основания. Поэтому часто приходится использовать искусственное понижение уровня грунтовых вод с помощью иглофильтров (рис. 5.6, а, б), погружаемых в грунт по периметру котлована.
В легких иглофильтровых установках (ЛИУ) вода откачивается через одну трубу обычными методами, в эжекторных иглофильтровых установках (ЭИУ) каждый иглофильтр состоит из двух труб, вода, наоборот, закачивается и, проходя по специальному приспособлению — эжектору, создает разряжение воздуха (рис. 5.6, в, д).
Эжекторными иглофильтрами уровень грунтовых вод (депрес-сионная кривая) может быть понижен до 17... 18 м, легкими — до 4...5 м. Поэтому легкие иглофильтры иногда ставят в два и три яруса.
В грунтах с низким коэффициентом фильтрации можно использовать явление электроосмоса, для чего необходимо на расстоянии 0,5... 1 м от иглофильтров забить металлические стержни или трубы и подключить их к положительному полюсу источника постоянного тока (аноду), а иглофильтры — к отрицательному (катоду). От анода к катоду начинает идти направленный ток, под воздействием которого в грунте в этом же направлении перемещается вода (направление перемещения воды на рис. 5.6, г обозначено стрелками).
Рис. 5.6. Схемы иглофильтровых установок:
а — котлован с легкими иглофильтрами в один ярус; 6 — то же, в два яруса; в, д — эжекторная иглофильтровая установка и фильтровое звено; г — схема электроосушения; 1 — рабочий насос; 2 — водоотводный коллектор; 3 — иглофильтр; 4 — уровень грунтовых вод после осушения; 5 — иизконапорный насос; 6 — стальной стержень (анод); 7—фильтровое звено; S— труба наружная; 9 — труба внутренняя с эжекторным устройством; 10— вакуум; 11 — клапан шаровой; УГВ — уровень
грунтовых вод
При необходимости понижения грунтовых вод на 20 м и более могут применяться трубчатые колодцы с артезианскими насосами.
Расчистка территории и снос строений.В соответствии с проектом подготовительных работ часть зеленых насаждений на строительной площадке защищают от повреждений и пересаживают на новые места. Деревья и кустарники, не подлежащие вырубке и пересадке, огораживают, а остальные спиливают механическими или электрическими пилами, толстые корни пней подрезают рыхлителями или бульдозерами, после чего пни корчуют с помощью тракторных лебедок, иногда с помощью полиспастов (рис. 5.7).
Деревья диаметром до 25 см валят бульдозерами, кустарник срезают тракторами-кусторезами. Для раздробления крупных камней и расщепления больших пней иногда используют подрывные методы.
Плодородный слой почвы, подлежащий снятию, перемещают бульдозерами в специально выделенные места (бурты), а затем используют в местах озеленения или отвозят в другие места для рекультивации земли. Комплекс работ по снятию, транспортированию и нанесению плодородного слоя почвы на малопродуктивные угодья с целью их улучшения носит у строителей название «землевание».
Мощность снимаемых плодородных и потенциально плодородных слоев устанавливается на основе оценки плодородия отдельных
Рис. 5.7. Корчевка пней тракторной треловочно-корчевальной лебедкой: а — корчевка прямой тягой; б — корчевка при помощи двойного и тройного полиспаста; / — корчуемый пень; 2 — анкерный канат; 3 — тяговый канат; 4 — трактор с лебедкой; 5 — анкерный пень; 6 — вспомогательный анкерный пень; 7 — блок
Погрузка боя |
Демонтаж (разрушение)
Рис. 5.8. Снос строений с помощью экскаваторов, оборудованных: о — ковшом; б — гидравлическим молотом; в — шар-бабой; г — рааламывателем;
д — гидроножницами
горизонтов почв. Обычно, если толщина плодородного слоя превышает 10 см, производится его снятие.
При вертикальной планировке участков, используемых в дальнейшем под скверы, парки или для зеленых насаждений, почвенный покров сохраняют, а отвод ливневых вод осуществляют благодаря устройству временных стоков.
Деревянные строения при сносе разбирают на элементы с целью дальнейшего использования пригодной древесины. При разборке каждый отделяемый элемент должен быть предварительно раскреплен и занимать устойчивое положение.
Металлические конструкции при разборке раскрепляют, а затем разрезают кислородными резаками. Железобетонные строения разбирают в соответствии со схемой сноса, обеспечивающей устойчивость строения в целом. В конструкциях предварительно оголяют арматуру, раскрепляют полученные отдельные блоки, режут арматуру и обламывают блоки. Наибольшая масса такого блока в соответствии с требованиями техники безопасности не должна превышать половины грузоподъемности крана при наибольшем вылете крюка.
Последовательность сноса строений принимается обратной последовательности монтажа. Сборные железобетонные конструкции, не поддающиеся поэлементному разделению, разрушают как монолитные. При разработке желательно использовать экскаваторы с различным специальным эффективным навесным оборудованием (рис. 5.8). Например, оборудование «ножницы» на базе экскаватора КАТО НД 1500 GYS обладает усилием резания 2649кН.
5.4. Укрепление грунтов
Обычно при возведении земляных сооружений их боковые стенки устраивают таким образом, чтобы угол откоса был меньше угла естественного откоса. Однако очень часто, особенно в город-
ских условиях, из-за стесненности устроить откосы невозможно. Кроме того, при намокании даже б условиях правильно выполненных откосов верхняя часть выемки может обрушиться. Такие случаи происходят из-за того, что при намокании грунта его угол естественного откоса может резко измениться (например, у глины с 45 до 15°, у суглинка с 50 до 20° и т.д.).
В таких условиях необходимо, наряду с ограничением притока воды, укреплять боковые стенки земляных сооружений креплениями (рис. 5.9).
Шпунтовое ограждение является дорогостоящим способом, применяемым при разработке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий и сооружений. Шпунт забивают до разработки выемки, чем обеспечивают устойчивое и естественное состояние грунта за ее пределами.
Крепление консольного типа состоит из стоек — свай, заземленных нижней частью в грунте глубже дна выемки. Они служат опорами для щитов или досок, непосредственно воспринимающих давление грунта. Крепление консольного типа целесообразно при глубине выемки до 5 м. В траншеях значительной глубины используют консольно-распорное крепление, отличающееся от консольного тем, что между стойками в верхней их части перпендикулярно оси траншеи устанавливают распорки.
Распорное (рамное) крепление — наиболее простое в исполнении — применяется при устройстве траншей глубиной до 4 м в сухих или маловлажных грунтах. Оно состоит из стоек, горизонтальных досок или щитов и распорок, прижимающих доски или щиты к стенкам траншеи.
а в г о е ж
Рис, 5,9, Крепление грунта от обрушения:
а — схема обрушения верхней части откоса при намокании; б — инвентарные трубчатые распорные рамы; в, г, д — крепления: соответственно шпунтовое, консольное, консольно-распорное; е, ж — крепления распорное и подкосное; 1 — анкерная свая; 2 — оттяжка; 3 — маячная свая (опорная стойка); 4 — направляющая свая; 5— шпунтовое ограждение; 6— щиты (доски); 7— стойки распорной
рамы; 8— распорка
Наиболее эффективны инвентарные трубчатые распорные рамы (рис. 5.9, б) благодаря их малой массе, легкости монтажа и демонтажа. На необходимую ширину их устанавливают поворотом муфт с винтовой нарезкой.
При отрывке траншей деревянные или металлические крепления устанавливают экскаватором непосредственно при отрывке выемки. Экскаватор устанавливает блоки и по мере углубления траншеи придавливает ковшом их верхние торцы (см. рис. 4.4).
При создании вокруг разрабатываемых выемок постоянных водонепроницаемых завес или в случае повышения несущей способности грунтовых оснований применяют следующие способы искусственного закрепления грунтов: цементацию и битумизацию; химический, термический, электрический, электрохимический, механический и др.
Цементация и битумизация заключается в инъецировании цементного раствора или разогретых битумов. Эти способы применяют для пористых фунтов с высоким коэффициентом фильтрации, а также трещиноватых скальных пород.
Химическим способом (силикатизацией) закрепляют песчаные и лессовые грунты, нагнетая в них химические растворы.
Термическое закрепление заключается в обжиге лессовых грунтов раскаленными газами, нагнетаемыми через скважины в их поры. Газы подаются в толщу грунта вместе с воздухом через жаропрочные трубы в пробуренных скважинах.
Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ заключается в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5... 1 В/см и плотностью 1... 5 А/м2. При этом глина осушается, уплотняется и теряет способностью к пучению.
Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом, растворы химических добавок (хлористый кальций и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.
Механический способ укрепления грунтов имеет следующие разновидности: устройство грунтовых подушек и грунтовых свай, вытрамбовывание котлованов и др.
Устройство грунтовых подушек заключается в замене слабого грунта основания другим, более прочным, для чего слабый грунт удаляют, отсыпают прочный грунт с послойным трамбованием.
При устройстве грунтовых свай в слабый грунт забивают сваю-лидер, после извлечения лидера в полученную скважину засыпают грунт с послойным уплотнением.
Вытрамбовывание котлованов осуществляют с помошью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле крана. Этот способ менее
сложен, чем способ грунтовых подушек, поскольку не требует замены грунта основания.
Уплотнение котлованов значительных размеров может осуществляться гладкими или кулачковыми катками, трамбующими машинами, виброкатками и виброплитами.
5.5. Определение объемов земляных работ
Объемы разрабатываемого грунта измеряют кубическими метрами плотного тела. Для некоторых процессов (уплотнение поверхности, планировка и т.д.) объемы могут измеряться квадратными метрами поверхности.
Подсчет объемов разрабатываемого грунта сводится к определению объемов различных геометрических фигур. При этом допускается, что объем грунта ограничен плоскостями, отдельные неровности не влияют значительно на точность расчета.
В промышленном и гражданском строительстве приходится в основном рассчитывать объемы котлованов, траншей, выемок и насыпей при вертикальной планировке площадок.
Объем котлована (рис. 5.10, о)
где И — глубина котлована; a, b — длины сторон котлована у основания; о,, 6, — длины сторон котлована поверху (al= a + + 7Нт; Ь{ = b + 2Нт); т — коэффициент откоса (нормативное значение по табл. 5.4).
Для определения объема обратной засыпки пазух котлована, когда объем его известен, нужно из объема котлована вычесть объем подземной части сооружения (рис. 5.10, б):
где a', b' ~ размеры здания в плане.
При расчете объемов траншей и других линейно протяженных сооружений их продольные профили делят на участки между точками перелома. Для каждого такого участка объем траншеи вычисляют отдельно, после чего их суммируют. Так, объем траншеи на участке между пунктами /и 2 (рис. 5.10, в) вычисляют по формулам:
К,_2 = (Ft + F2) £1-2/2 (завышенный) или
Fj_2 = F^ Li_2 (заниженный),
где Fu F2 — площади поперечного сечения в соответствующих пунктах продольного профиля; F^ — площадь поперечного сечения на середине расстояния между пунктами 1 и 2.
Рис. 5.10. Схемы определения объемов земляных работ:
а, в — геометрические схемы определения объема: соответственно котлована и
траншеи; 6 — разрез котлована; г — план площадки с откосами (с линией нулевых
работ и схематическим представлением геометрических фигур для определения
объемов разрабатываемого грунта); С — сооружение; О — обратная засыпка
Более точно
или
F2/2-m (Я, - Я2)У6] Lx_2.
Для получения объемов планировочных работ всю площадь на плане с горизонталями делят на элементарные участки, затем суммируют объемы работ по ним. В качестве элементарных участков обычно применяют квадраты (реже прямоугольники и треуголь-
Yi-2 =
ники) со стороной 10... 100 м. Чем спокойней рельеф местности, тем больше сторона квадрата.
В вершинах квадратов приемами, известными из курса геодезии, подсчитывают рабочие отметки Я,- (разность между проектными отметками — отметками планировки Якр и отметками местности — отметками поверхности земли Н'г). Рабочие отметки со знаком плюс Ф указывают на необходимость устройства насыпи, отметки со знаком минус & — выемки (рис. 5.10, г).
Между двумя вершинами с рабочими отметками разного знака всегда находят такую точку, в которой рабочая отметка равна 0, в этой точке не требуется никаких земляных работ. Расстояние от этой точки до вершин, имеюших соответствующие рабочие отметки Я3 и #4 (или Я8 и #9), находят по правилу пропорциональности сторон подобных треугольников:
у _ „ тт и тт J- НЛ
Л[ — ОП^/\п^ ~ Пц),
где XY — расстояние нулевой точки от вершины, имеющей отметку Я3; а — сторона квадрата между вершинами с рабочими отметками Я3 и Я4; Я3, Я4— абсолютные величины параметров.
Соединяя нулевые точки, получают линию нулевых работ, отделяющую зону планировочной выемки от зоны планировочной насыпи (линия 0 —0 на рис. 5.10, г). Объемы выемок или насыпей, заключенные в отдельных квадратах или в их частях, рассчитывают по формулам, приведенным в табл. 5.5.
Таблица 5.5
Расчетные формулы для определения объемов работ при вертикальной планировке
Фигура | Расчетная формула |
Целый элементарный квадрат | V=F(Hl + H2 + Я7 + Яй)/4 |
Фигуры, отсекаемые нулевой | |
линией: | |
треугольник | V=FHi/3 |
трапеция | V=F(H4+H9)/4 |
пятиугольник | V = F(H, + HlA + Hn)/5 |
Элементы откосов: | |
угловой типа четырехгран- | |
ной пирамиды | |
боковой типа призматоида | V=ma{H?3 + H?4)/4 |
то же, трехгранной пира- | К = ma Я,2,/4 |
миды |
Примечание. F— площадь в плане соответствующей фигуры; т — коэффициент заложения откоса.
Общий объем разрабатываемого грунта при планировке площадки определяют как сумму всех частных объемов.