Производство земляных работ в зимних условиях

Для успешного выполнения земляных работ в зимний период необходимо до наступления холодов выполнять следующие работы:

1) построить вспомогательные помещения;

2) подготовить подъездные дороги;

3) произвести снятие плодородного слоя почвы с основания насыпи;

4) обеспечить водоотвод;

5) заготовить необходимые материалы и оборудование;

6) подготовить к зимней эксплуатации технику;

7) предохранить грунты от промерзания.

Промерзание грунтов сопровождается их затвердеванием, вследствие превращения заключающейся в порах воды в лед, который связывает частицы в твердое тело.

У скальных и не влагоемких грунтов прочность при замерзании не увеличивается. У песчаных и крупнообломочных пород выше уровня грунтовых вод она повышается незначительно; глинистые и влагоемкие грунты приобретают твердость приближающуюся к твердости скалы.

Характер и глубина промерзания грунтов:

- на поверхности грунта температура близка к температуре наружного воздуха, на глубине 10-20 см она резко повышается. На глубине 1/3 глубины промерзания она в несколько раз больше, а затем по мере заглубления она приближается к «0»;

- температура замерзания воды зависит от степени ее связности с частицами грунта, взаимного сцепления частиц и капиллярного давления в порах грунта;

- первые кристаллы льда появляются при t = -0,1⁰ (замерзание грунта происходит при t =-0,6⁰;

- в грунте при отрицательной температуре одновременно содержатся кристаллы льда и вода в переохлажденном состоянии;

- грунт становится устойчиво мерзлым через 5-20 дней после наступления зимнего периода и сохраняет это состояние 15-30 дней после его окончания;

- промерзание грунтов в центральных районах и в Ленинградской области происходит сначала на 20-30 см и замедляется после выпадения снега, с наступлением больших морозов промерзание продолжается, достигая максимума в марте; (в северных районах к апрелю, маю). Наибольшая глубина промерзания грунта достигается через 1,5-2 месяца после наступления наибольших морозов;

- так как теплопроводность материала фундаментов больше чем теплопроводность грунта под фундаментами грунт промерзает на глубину ниже нормальной глубины промерзания для грунтов данного района;

- наибольшей глубины промерзания обычно достигает при 30-35 % влагонасыщености пор грунта;

- оттаивание грунта происходит постепенно, одновременно сверху и снизу и продолжается длительное время.

Физико - механические свойства грунтов:

- предел прочности при сжатии при температуре -10⁰ составляет: для суглинков 35-50 кг/см², супеси 55-80 кг/см² глин 90-120 кг/см². С понижением температуры предел прочности грунта повышается. Грунты замерзшие при полной влагоемкости имеют наибольшую прочность до 200 кг/см²;

- образование отдельных кристаллов, прослоек и линз льда вызывает увеличение его объема. Обычно грунт не имеет возможности распределяться в стороны, он поднимается вверх, пучится, а при оттаивании садится;

- увлажнение грунтов зависит от способности их всасывать и поднимать на определенную высоту грунтовую воду. Предельная высота капиллярного поднятия грунтовых вод для песков и супесей -0,6м; легких суглинков -1-1,5м; глин – 2м. Следовательно, опасность пучения возникает тогда, когда уровень грунтовых вод расположен к зоне промерзания на расстоянии меньшем указанных величин;

- пучению подвержены главным образом тонкодисперсные, пылевато - илистые и глинистые грунты высокой влажности (15-30%).

- величина деформаций является значимой величиной в верхних слоях, по данным наблюдений многих исследователей, активным в отношении пучения является слой грунта толщиной 1м;

В соответствии с данными табл. 8 заблаговременно определяют объем участка рыхления до смерзания разрыхленного грунта в зимний период, в соответствии с производительностью экскаватора. Объем разрыхленного грунта не должен превышать возможную производительность экскаватора, иначе неизбежен процесс смерзания разрыхленного грунта.

Таблица 8.

Время начала смерзания вынутого из забоя влажного грунта

Разработка грунтов в зимнее время осложняется их промерзанием и резким повышением сопротивляемости резанию, что влечет за собой удорожание работ, а зачастую и невозможность их разработки имеющимся парком машин. В связи с этим грунты, подлежащие разработке в зимний период, должны быть соответствующим образом подготовлены. Подготовка грунтов может быть произведена одним из трех способов: предохранением грунтов от промерзания, рыхлением или их оттаиванием.

Предохранение грунтов от промерзания является наиболее экономичным видом подготовки грунтов к разработке в первой половине зимы. Мероприятия по предохранению грунтов от промерзания могут быть сведены к следующим трем группам:

- предварительная механическая обработка поверхности грунта;

- укрытия поверхности грунта разного рода утеплителями;

- специальные предохранительные мероприятия.

Уменьшение глубины промерзания грунта в резервах или полное устранение промерзания повышает производительность землеройных машин.

Вспашку поверхности разработки грунта производят осенью до промерзания грунта и после срезки растительного слоя на толщину (до 40 см) с последующим боронованием верхнего слоя на отметке планировки. В результате разрыхления грунта резко увеличивается объем пор, которые уменьшают теплопроводность грунта. Теплоизолирующие свойства вспаханного грунта увеличатся, если он будет покрыт снегом. Для увеличения снежного покрова производят снегозадержание с помощью валов снега или путем установки снегозадерживающих щитов размером 1,5х2,0 м с просветами площадью 35-50 % от общей площади щита. Ряды щитов или валов снега располагают поперек направления господствующих ветров на расстоянии 10-15-кратной высоты щитов или снежных валов.

Часть вспаханного и разрыхленного грунта, покрытого слоем снега, все же промерзает. Глубину промерзания в этом случае определяют по формуле

(44)

где: А коэффициент, учитывающий способ утепления (табл. 9); Р – количество градусо-дней,

P= , (45)

где: Т отрицательная среднемесячная температура; N - количество дней с отрицательной температурой для рассчитываемого периода зимы.

Таблица 9

Значение коэффициента А (по данным [41])

Задача 25.Определить глубину промерзания грунта (суглинок) в районе г. Тихвина на 1января текущего года при следующих условиях:

- дневная поверхность грунта предварительно вспахана на глубину 25 см и заборонована;

- снеговой покров толщ 30 см (для утепления грунта);

- отсутствие снегового покрова.

Средняя температура в ноябре -7°С; в декабре - 18°С. Промерзание грунта начинается с 1 ноября.

Решение:

Глубина промерзания определяется по формуле

гдеА - коэффициент, учитывающий способ утепления (см. прилож.);

P–количествоградусо-дней (см. прилож.)

Величина Р определяется по формуле

где: Т отрицательная среднемесячная температура (см. прилож. 3); N количество дней с отрицательной температурой для рассчитываемого периода зимы (см. прилож. 3).

По величине Р находим величинуА = 13,3(см. прилож. 3).

Определяем глубину промерзания грунта при вспаханной и заборонованной поверхности:

Н = 13,3(4·0,235 - 0,235²) = 12 см

При наличии снегового покрова толщ 30 с м (для утепления грунта) глубина промерзания:

Н = 60(4Р - Р²)К_у- B·h_сн = 60(4Р - Р²)=60( 4х0,235-0,235² )1,5-2х15=49,5см,

где: К_у коэффициент, принимаемый при утеплении снегом глинистого грунта равный 1,5, супесчаного и суглинистого - 2,0, песчаного - 2,5; В коэффициент сравнительной теплопроводности снега: для рыхлого снегаВ = 2,0, для слежавшегося и насыпного В = 2,0, для подтаявшегоВ = 1,5;h_сн - средняя высота снежного покрова, см (см. прилож.).

При отсутствии снегового покрова глубина промерзания:

Н = 60(4Р - Р²)=60(4х0,235-0,235²)=53см.

Задача 26. Определить глубину промерзания грунта (суглинок) в районе г. Боровичи на 1 марта текущего года при следующих условиях:

- дневная поверхность грунта предварительно вспахана на глубину 25 см и заборонована;

- снеговой покров толщ 30 с м (для утепления грунта);

- отсутствие снегового покрова.

Средняя температура в ноябре -7°С; в декабре - 18°С.Промерзание грунта начинается с 1 ноября.

Задача 27. Определить глубину промерзания грунта (суглинок) в районе г. С.Петербурга на 1января текущего года при следующих условиях:

- дневная поверхность грунта предварительно вспахана на глубину 25 см и заборонована;

- снеговой покров толщ 30 с м (для утепления грунта);

- отсутствие снегового покрова.

Средняя температура в ноябре -7°С; в декабре - 18°С.Промерзание грунта начинается с 1 ноября.

Задача 28. Определить глубину промерзания грунта (суглинок) в районе г. Вологда на 1декабря текущего года при следующих условиях:

- дневная поверхность грунта предварительно вспахана на глубину 25 см и заборонована;

- снеговой покров толщ 30 с м (для утепления грунта);

- отсутствие снегового покрова.

Средняя температура в ноябре -7°С; в декабре - 18°С. Промерзание грунта начинается с 1 ноября.

Задача29. Определить глубину промерзания грунта по формуле проф. А.Н. Будникова при следующих условиях:

г. Тихвин, грунт суглинок, влажность грунта 40%, снеговой покров - 15см, работы по разработке грунта планируется начать15 января.

Решение:

Определяем глубину промерзания грунта по формуле проф. А.Н. Будникова

γ (46)

где λ_м-коэффициент теплопроводности мерзлого грунта; γ – плотность грунта, кг/м³(см. прилож.);t_cp- средняя из среднемесячных температура воздуха зимой за период Т; Т - число дней с отрицательной температурой воздуха с начала зимы до момента окончания разработки грунта(см. прилож.); С - коэффициент уменьшения глубины промерзания в зависимости от толщины снега(см. прилож.)

Исходя из условий задачи по таблицам находим значения λ=2.03; γ=1300 кг/м³; С=0,45; Т=61 день; t_cp=6,03 и определяем значение глубины промерзания:

Задача 30. Определить глубину промерзания грунта по формуле проф. А.Н. Будникова при следующих условиях:

г. С.Петербург, грунт суглинок, влажность грунта 40%, снеговой покров - 15см, работы по разработке грунта планируется начать15 декабря.

Задача 31. Определить глубину промерзания грунта по формуле проф. А.Н. Будникова при следующих условиях:

г. Боровичи, грунт суглинок, влажность грунта 40%, снеговой покров - 15см, работы по разработке грунта планируется начать15 марта.

Задача 32. Определить глубину промерзания грунта по формуле проф. А.Н. Будникова при следующих условиях:

г. Вологда, грунт суглинок, влажность грунта 40%, снеговой покров - 15см, работы по разработке грунта планируется начать15 февраля.

Раздел 2. Контроль знаний по разделу 1 «Технологический процесс земляных работ

Вопрос 1: Виды земляных сооружений.

Вопрос 2. Основные свойства грунтов.

Вопрос 3: Состав комплексно-механизированных процессов производства земляных работ

Вопрос 4: Машины, механизмы и оборудование, используемые при производстве земляных работ

Вопрос 5: Какое сменное оборудование экскаваторов представлено на рис. 18.

Рис. 18. Схема экскаваторов с различным сменным оборудованием

Вопрос 6: Экскаваторные проходки с рабочим оборудованием «прямая лопата», представленные на рис. 19.

Рис. 19. Схемы экскаваторных проходок:

с рабочим оборудованием «прямая лопата»

Вопрос 7: Экскаваторные проходки с рабочим оборудованием драглайн и «обратная лопата», представленные на рис. 20.

Рис. 20. Схемы проходок экскаватора с рабочим оборудованием драглайн и «обратная лопата» I и II – последовательность проходок

1 – экскаватор; 2 – автосамосвал; L – расстояние между проходками;

l_п – расстояние между стоянками экскаватора (шаг); R- радиус копания

Вопрос 8: Подсчет объемов земляных работ при устройстве земляного сооружения (котлована и траншеи) с откосами.

Вопрос 9: Разработка грунта в зимних условиях

Вопрос 10: Какие работы необходимо выполнять до наступления холодов

Вопрос 11: Характер и глубина промерзания грунтов

Вопрос 12:(Физико - механические свойства грунтов):

Ответы на вопросы к разделу 1 «Технологические процессы земляных работ» см. прилож 4.

Рекомендуемая литература

1. Строительное производство: основные термины и определения: учебное пособие / Г. М. Бадьин, В. В. Верстов, В. Д. Лихачев, А. Ф. Юдина. – М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 2011. – 397 с.

2. А.Ф. Юдина Технологические процессы в строительстве: учебник/ А.Ф. Юдина, В.В. Верстов, Г.М. Бадьин. – М.: издательский центр «Академия», 2013. - ….с.

3. Строительство жилых и общественных зданий: учебник/ А.Ф. Юдина, В.В. Верстов, Г.М. Бадьин. – М.: издательский центр «Академия», 2011. – 368 с.

4. Производство земляных работ: методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине Технология строительных процессовдля студ. спец. ПГС всех форм обучения /СПбГАСУ; сост. А. Ф. Юдина. – СПб., 2008. – 72 с.

Нормативная литература

1. ЕНиР, сб. Е4, вып. 1. Монтаж сборных и устройство монолитных железобетонных конструкций /Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1987. – 63 с.

2. СНиП 12-03-01. Безопасность труда в строительстве. Ч. 1. Общие положения. – М.: Госстрой СССР, 2001. – 62 с.

3. ВСН 51-96 Инструкция по технологии строительства городских дорог в зимнее время. Приложение 1. М. : – 1998г.

4. СНиП 23-01-99* Строительная климатология

5. http://www.ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/50/50831/index.php

6. Литература:

7. 1 глубины промерзания (М., Стройиздат, 1977).

8. 2.СПРАВОЧНИКДОРОЖНОГО МАСТЕРА Москва Инфра- Литература:

1. 1 глубины промерзания (М., Стройиздат, 1977).

2. 2.СПРАВОЧНИКДОРОЖНОГО МАСТЕРА Москва Инфра-Инженерия 2005г

Приложение 1

Таблица 1