Земляні споруди, способи розробки, механізація робіт
Земляні споруди, способи розробки, механізація робіт
Сукупність робочих процесів, пов'язаних з розробкою, переміщенням, укладанням ґрунту та обробкою земляних споруд називаютьземляними роботами.
У промисловому та цивільному будівництві земляні роботи виконують при влаштуванні траншей та котлованів, при зведенні земляного полотна доріг, а також плануванні майданчиків. Всі ці земляні споруди створюють шляхом утворення виїмок у ґрунті або зведення з нього насипів.
Земляні роботи мають вагому питому вагу загальної вартості (понад 10%) і трудомісткості (понад 20 %) БМР.
Земляні споруди поділяють:
-стосовно поверхні грунту– виїмки, насипи, підземні виробки, зворотні засипки;
-за терміном служби– постійні та тимчасові;
-за функціональним призначенням- котловани, траншеї, ями, свердловини, відвали, греблі, греблі, дорожні полотна, тунелі, планувальні майданчики, вироблення.
-за геометричними параметрами та просторовою формою– глибокі, дрібні, протяжні, зосереджені, прості, складні тощо.
Постійні спорудиє складовими елементами об'єктів, що будуються і призначені для нормальної і тривалої їх експлуатації. До них відносять греблі, греблі, канали, виїмки та насипи автомобільних та залізниць.
Тимчасові спорудивлаштовують лише на період будівництва та призначені для виконання БМР щодо зведення фундаментів підземних частин будівлі, технологічного обладнання, прокладання інженерних комунікації та ін.
Виїмки, у яких ширина порівнянна з довжиною, але не менше 1/10 довжини, називаються котлованами , при ширині менше 1/10 -траншеями. Котловани розробляють, як правило,при зведенні заглибленої частини об'ємних споруд, наприклад фундаментів, підвальних поверхів. Траншеї копають під час прокладання лінійно-протяжних комунікацій, зовнішніх мереж водопостачання, каналізації, газопостачання, теплопостачання.
Похилі бічні поверхні виїмок і насипів називають укосами, а горизонтальні поверхні навколо них – бермами.брівка- верхня кромка укосу;підошва- нижня кромка укосу;резерви– це виїмки, з яких беруть ґрунт для влаштування насипу;кавальєри- це насипи, що утворюються при відсипанні непотрібного ґрунту.
Важливими вимогами до постійних та тимчасових споруд є забезпечення стійкості їх бокових поверхонь – укосів. Це досягається призначенням оптимальної крутості укосів виїмок і насипів, що виражається ставленням їх висоти h до закладення a – проекції укосу на горизонтальну площину h/a = 1/m, де m – коефіцієнт укосу; він залежить від виду ґрунту, його стану, висоти насипу чи глибини виїмки. Укосами глибоких виїмок і високих насипів слід надавати змінну крутість з пологішим обрисом внизу. Значення коефіцієнта укосу набувають за нормами з урахуванням конкретних умов будівництва. Правильне призначення крутості укосу має велике значення, оскільки від цього залежить стійкість земляних споруд, тобто їхня здатність зберігати проектну форму та розмір.
а, б – траншеї з вертикальними стінками та з укосами; в – котлован під споруду; 1 – дно (траншеї, котловану); 2 – бічна стінка траншеї; 3 – бічний укіс (траншеї, котловану); 4 – брівка; 5 – берма; 6 – підошва.
Малюнок 1 – Види землянихспоруд
Оскільки земляні споруди влаштовуються у ґрунтах чи з ґрунтів, необхідно знати їх основні властивості.
Грунти – це будь-який вид гірської породи чи ґрунту, а також тверді відходи виробничої та господарської діяльності людини. Вигляд та властивості ґрунтів характеризують розміри та форма зерен (часток), їх міцності, розташування та взаємозв'язок. За сукупністю ознак ґрунти поділяються на групи, типи, види та різновиди (див. СНиП, ГОСТ).
За характером структурних зв'язків ґрунти поділяють на два класи: скельні та нескельні. Такі ґрунти розробляють тільки після попереднього розпушування.
Нескельні ґрунтиподіляються на зв'язкові та незв'язні.
Незв'язніназивають ґрунти, що володіють тільки силами сухого тертя. Це великоуламкові (гравелісто-галькові) і піщані ґрунти. Грунти, що характеризуються наявністю сил зчеплення між частинками, звутьсязв'язкових.До таких грунтів відносять глини і суглинки. Поруч із силами тертя вони мають слабко вираженими силами зчеплення. До цієї групи ґрунтів відносять супіски.
Істотний вплив на технологію виробництва земляних робіт мають фізичні властивості ґрунтів: щільність, пористість, кут природного укосу, зчеплення, вологість, розпушування, ущільнюваність і т.д.
Розпушування - це здатність грунту збільшуватися в обсязі при розробці внаслідок втрати зв'язку між частинками. Збільшення обсягу ґрунту характеризується коефіцієнтами початкового розпушення Кр та залишкового розпушення Кр.о.
Коефіцієнтпервісного розпушення Кр є відношенням обсягу розпушеного грунту до його обсягу в природному стані і становить: для піщаних грунтів 1,08 – 1,17; суглинистих 1,14 - 1,28; глинистих 1,24 – 1,3. Для напівскельних і скельних ґрунтів коефіцієнт Кр залежить від середнього розміру шматка ґрунту з dр і становить зазвичай: під час підривання «на струшування» - 1,15 – 1,12 і підривання «на розвал» – 1,3 – 1,5.
Класифікація ґрунтів за складністю їх розробки(ЕНіР 2-1-1) з урахуванням конструктивних особливостей землерийних та землерийно-транспортних машин:
- для одноковшових екскаваторів ґрунти поділяються на 6 груп;
- для багатоківшових екскаваторів та скреперів на 2 групи;
- для бульдозерів та грейдерів на 3 групи.
Для розробки ґрунтіввручнуприйнято 7 груп:
- пісок, супісок, суглинок, глина, лес – групи 1 …4;
- великоуламкові - група 5;
- скельні ґрунти – групи 6 та 7.
Групи 1-4 груп легко розробляються ручним та механізованим способом, наступні групи – ґрунти вимагають попереднього розпушування, у тому числі й вибуховим способом.
Крутизна укосів.Риття котлованів з вертикальними стінками без їх кріплення допускається тільки в ґрунтах природної вологості на глибину, що не перевищує наступних значень: у насипних, піщаних та гравілистих ґрунтах – 1 м; у супісках – 1,25 м; у суглинках та глинах – 1,5 м; в особливо щільних нескельних ґрунтах – 2,0 м-коду.
Визначення обсягів ґрунтових мас при розробці котлованів та траншей.
Об'єм котловану. Для підрахунку обсягу котловану, що є призматозоїдом (рисунок 2а), спочатку визначають його розміри наступним чином:
а = А + 0,5 * 2; b = В + 0,5 * 2;
де а та b – розміристорін котловану внизу, м;
а1 та b1 – розміри сторін котловану поверху, м;
А і В – розміри фундаменту внизу, м;
0,5 - робочий зазор від краю фундаменту до початку укосу, м;
Н – глибина котловану, обчислена як різниця між середньою арифметичною відміткою верху котловану по кутах (чорній – якщо котлован на планувальному насипі та червоному – на планувальному виїмці) та відміткою дна котловану, м;
m – коефіцієнт укосу, нормований СНиПом.
Об'єм котловану визначається за такою формулою
а) обсяг котловану; б) зворотного засипання; в) траншеї; 1 – обсяг виїмки, 2 – обсяг зворотного засипання
Малюнок 2 – Схеми визначення обсягів котловану
Об'єм зворотного засипання пазух котловану визначають як різницю обсягів котловану та підземної частини споруди.
При підрахунках обсягів земляних робіт слід також враховувати обсяг в'їзних та виїзних траншів.
де Н - глибина котловану в місцях влаштування траншей, м;
b – ширина їх внизу, яка приймається при односторонньому русі 4,5 м та при двосторонньому – 6 м;
m – коефіцієнт закладення укосу котловану;
m¢ – коефіцієнт укосу (ухил) в'їзних або виїзних траншів
Загальний обсяг котловану з урахуванням в'їзних та виїзних траншів.
де Vк - обсяг власного котловану, м 3;
n – кількість в'їзних та виїзних траншів;
Vв.тр. - Їх обсяг, м 3 .
Об'єм траншей з вертикальними стінками
де F1 та F2 – площі траншеї в її двох крайніх поперечних перерізах;
Втр – ширина траншеї;
Н1 та Н2 – глибина її у двох крайніх поперечних перерізах.
Об'єм траншеї з укосами (рисунок 2в) можна визначити за наведеною вище формулою, при цьому площі поперечного перерізу
Точне значення обсягутраншеї визначають за формулою Мурзо
Де Н1 і Н2 – глибина на початку та наприкінці ділянки.
Для визначення обсягів траншей, поздовжній профіль траншеї ділять на ділянку з однаковими ухилами, підраховують обсяги ґрунту для кожного з них і підсумовують.
Способи розробки ґрунтів, механізація робіт.
Розробку ґрунтів при влаштуванні виїмок різного призначення виконують в основному механічним, гідромеханічним, вибуховим та комбінованими способами.
Механічний спосіб розробки полягає у пошаровому руйнуванні ґрунту робочими органом землерийної машини.
Останні поділяються на машини циклічної та безперервної дії та землерийно-транспортні.
До землерийних машин циклічної дії відносяться одноковшові екскаватори, обладнані прямою або зворотною лопатою, драглайном, навантажувачем і планувальником, які виробляють розробку ґрунту наввимет (вивантаження у відвал) або завантаження його в транспорт, зачистку та планування дна та укосів траншей та котлованів.
Ланцюгові та роторні екскаватори відносять до землерийних машин безперервної дії, застосовуються для розробки ґрунту лінійних виїмок (траншів, канав) великої протяжності.
Землерійно-транспортними машинами є бульдозери, скрепери (самохідні та причіпні), грейдери та грейдери-елеватори, що виконують розробку ґрунту при влаштуванні виїмок та насипів великої довжини, а також планувальні роботи.
Механічний спосіб є основним. Цим способом розробляють понад 80% ґрунтів.
Гідромеханічний спосіб передбачає розробку ґрунтів гідромоніторним, землесосним та комбінованими способами. При гідромоніторних розробках ґрунт у надводному вибої руйнується під натиском струменя води, що викидається гідромонітором,потім пульпа, що утворилася, самопливом або грунтовим насосом подається до місця укладання. Комбінований спосіб передбачає розробку ґрунту в сухому вибої будь-якою землерийною машиною або в підводному вибої черпаковою машиною, вода використовується для транспортування та укладання ґрунту. Комбінований спосіб дає можливість підготовки оптимальних ґрунтових сумішей для намивання земляних споруд необхідної якості.
Вибуховий спосіб ґрунтується на використанні енергії вибуху та застосовується для руйнування та спрямованого викиду ґрунту. Застосовується для розпушування мерзлих і скельних ґрунтів, а також для утворення виїмок та насипів великих розмірів.
Комбінований спосіб являє собою будь-яке поєднання перерахованих вище способів в залежності від конкретних умов будівництва і техніко-економічного обґрунтування обраного варіанту.