Класифікація земляних робіт та структура технологічного процесу їх виконання

Технологічний процес по переробленню грунтів є комплексним будівельним процесом. Структурно його можна показати у вигляді схеми (Рисунок 3.2).

Як видно з рисунку, за технологічними ознаками процеси по перероб­ленню грунтів підрозділяються на: підготовчі й допоміжні процеси, основні та заключно-опоряджувальні процеси.

3.3.1. Коротка характеристика підготовчих процесів

Геодезичні роботи — це підготовчі роботи, що виконуються на початку освоєння будівельного майданчика. Вони включають встановлення і закріплення на місцевості контурів та розмірів майбутніх земляних споруд, виконання геодезичної розбивової основи.

Повалення лісу та перекладання комунікацій проводять, якщо на від­веденому майданчику ростуть дерева та кущі, проходять якісь підземні комунікації або по­вітряні енергетичні лінії.

Згідно з основними природоохоронними заходами проводять рекульти­ва­цію земель, тобто верхній шар родючого грунту зрізають та складають у кава­льєри поблизу будівельного майданчика для повторного використан­ня. Після закінчення будівництва вивозять в інше місце, де його використо­ву­ють за призначенням.

Поверхневу воду потрібно заздалегідь перехопити й направити так, щоб вона не потрапляла на майданчик, для чого до початку земляних робіт влашто­вують перехоплюючі, водовідвідні канави, по яких вода самопливом витікає за межі будівельного майданчика, або з боку підтоплення влашто­вують захисне обвалування (див. п.2.4).

До початку виконання земляних робіт на майданчику влаштовують тимчасові дороги, розміщення та будова яких повинні відповідати рішенням та вказівкам проекту виконання робіт (ПВР).

Побутові приміщення можна встановлювати як для окремих об'єктів, так і для групи об'єктів у вигляді побутових містечок.

3.3.2. Коротка характеристика допоміжних робіт.

При виконанні робіт по улаштуванню виїмок в водоносних грунтах необхідне обов'язкове влаштування водовідливу або штучного зниження рівня грунтових вод.

Відкритий водовідлив застосовують при незначних коефіцієнтах фільт­рації в добре дренуючих грунтах. Для збирання води дну котловану або траншеї надають невеликий нахил в бік водозбірних приямків (зумпфів), які влашто­вують в межах виїмки або за її межами. Стінки приямків закріпляють шпунтом або дерев'яними ящиками без дна розміром 1ґ1 м. На дно приямків насипають фільтруючий матеріал (щебінь або гравій). При необхідності додатково по контуру дна котловану влаштовують відкриті водовідвідні канави, які викону­ють роль дренажу. Воду з приямків відкачують поршневими, діафрагмовими або відцентровими насосами безпосередньо з виїмки в процесі розробки грунту нижче рівня грунтових вод. Цей спосіб є найбільш простим та економічним способом водопони­ження, але має обмежене застосування тому, що у виїмці практично завжди присутня вода, яка ускладнює виконання робіт, спричиняє порушення природної структури підвалин (див. Рисунок 3.3а).

Рисунок 3.3 Схеми водовідливу та зниження РГВ голкофільтрами: а — відкритий водовідлив з котловану і траншеї; б — зниження рівня грунтових вод голкофільтрувальною установкою; в — розташування голкофільтрувальних установок в плані; г — схема двоярусного розташування голкофільтрів; 1 — зумпф; 2 — «вус»; 3— насоси; 4 — кільцевий відсмоктуючий колектор; 5 — депресійна крива; 6 — фільтрова ланка голкофільтра; 7 — надфільтрова ланка голкофільтра; РГВ — рівень грунтових вод.

Тому в багатьох випадках доводиться вживати штучне пониження рівня грунтових вод (при коефіцієнті фільтрації Q>1 м/добу. Для цієї мети вико­ристовують легкі голкофільтрувальні установки (ЛГУ), що дозволяють при одно­ярусному розташуванні знизити рівень грунтових вод на 4...5 м, а при дво­ярусному — на 7...9 м. Голкофільтри частіше всього занурюють в грунт гідрав­лічним способом. Вода, яка нагнітається під тиском до 0,3 МПа, виходячи із наконечника розмиває грунт навколо голкофільтру і виносить його частинки на поверхню. При накачуванні і поворотах голкофільтр легко занурюється під дією власної ваги (див. Рисунок 3.3б)

В більш щільних грунтах, які слабо віддають воду (з коефіцієнтом фільтрації менше 1,5 м/добу), голкофільтри встановлюють в заздалегідь пробуравлені свердловини, для покращення притоку води в свердловину навколо голко­фільтру підсипають піщано-гравійну суміш.

Установки з вакуумним водопониженням (УВВ) доцільно застосовувати при коефіцієнті фільтрації від 1 до 0,01 м/добу. Суть вакуумного водопони­ження заключається в тому, що на відміну від водопониження легкою голко­фільт­ру­валь­ною установкою, відцентровий насос створює в грунті позитивний надмірний тиск, в фільтрувальній ланці вакуумного голко­фільт­ра і в навколишнім грунті створюється і безперервно підтримується ва­куум, який сприяє більш інтенсивному зниженню дзеркала грунтових вод.

Водоповітряна суміш надходить в голкофільтр і відкачується вакуум-на­сосом. У зв'язку з тим, що повітря в грунті не достатньо, для нормальної роботи насоса через трубу, яка проходить в середині голкофільтра, до нако­неч­ника додатково подається атмосферне повітря. В глинистих водона­си­чених грунтах з коефіцієнтом фільтрації менше 0.1 м/добу, де звичайна голко­фільт­ру­вальна установка мало ефективна, застосовують спосіб, що базу­ється на явищі електроосмосу (переміщення води під впливом постій­ного­ елект­ричного струму, який пропускається через установку). Додатково до голко­філь­т­ру­­валь­­ної­ установки з боку котловану паралельно ряду голкофільтрів занурю­ють­ся труби діаметром 38 мм або стержні з арматурної сталі, які підклю­чають­ся­ в ланцюг до позитивного полюсу мотор-генератора з напругою 30…60 В. Голкофільтри приєднують до його негативного полюсу. Під дією елект­ричного струму вода, яка міститься в порах грунту, перемі­щується в бік голко­фільтрів. В результаті зростає водовіддача глинистого грунту, оскільки витягується не тільки гравітаційна, але і капілярна вода.

Ежекторні голкофільтрувальні установки (ЕГУ) застосовують для зниження рівня грунтових вод з коефіцієнтом фільтрації від 1 до 40 м/добу з глибини до 20 м.

В слабо фільтруючих грунтах ежекторні голкофільтри монтують в раніше пробурені свердловини під захистом обсадних труб. Спочатку збирають і опускають зовнішню колону труб, потім внутрішню з ежекторним облад­нан­ням. Підтримують голкофільтр в зібраному стані підвішеним, засипають простір між зовнішньою колоною труб і обсадною трубою на 2…3 м пісчано-гравійною сумішшю і, відповідно, на таку ж висоту піднімають обсадну трубу. В верхній частині свердловини влаштовують глиняний тампон.

Трубчасті колодязі з глибинними насосами застосовують для зниження грунтових вод більше ніж на 20 м, а також при коефіцієнті фільт­рації більше 40 м/добу в разі великої товщини водоносного шару і тривалих строках відкачування. По периметру майбутньої виїмки пробуравлюють сверд­ловини, в які занурюють трубчасті колодязі (обсадні труби) діаметром 200…400 мм з улаштуванням піщано-гравійної подушки висотою 0.2…0.3 м. В кожному колодязі встановлюють занурювальний насос опущений разом з двигуном в свердловину нижче рівня води.

При влаштуванні виїмок в водоносних шарах роботи можливо вести під захистом водонепроникливої крижаної стінки з замороженого грунту, при до­по­мозі тиксотропних протифільтраційних екранів.

Штучне заморожування грунтів застосовують при проходці шахт­них стволів, тунелів метрополітену та інших споруд, які зводяться в важких гідрогеологічних умовах, створюючи навколо них тимчасові водонепро­ник­ливі стінки. Для цього по периметру виїмки занурюють колонки, які склада­ються із зовнішніх заморожуючих та внутрішніх постачальних труб, з'єднаних трубопроводом, по якому нагнітається спеціальна рідина-розсіл (розчин хлориду кальцію та інших солей, які мають низьку температуру замерзання), охолоджений холодильною установкою до мінус 20...45оС. Внаслідок цирку­ляції розчину навколо колонок утворюються льодяні стовпи замороженого грунту, які поступово збільшуються в діаметрі, з'єднуються між собою в су­цільну стіну. Розчин забирає частину тепла з грунту і повертається в холодильну установку, де під дією аміаку або вугле­кислоти охолоджується, а потім знову над­ходить в систему труб. Темпе­ратуру розчину приймають на 10…15оС нижче необхідної температури грунту.

Тиксотропні протифільтраційні екрани (діафрагми) влаш­товують, використовуючи властивість тиксотропної суспензії в стані спокою твердіти і знову перетворюватися в рідину при перемішуванні.

Суспензію виготовляють з бентонітової глини, здібної адсорбувати воду (тоб­то вбирати воду) в кількості до 7 разів більше власної маси, а після водонасичення загустівати, набуваючи гідрофобних (водовідштовхуючих) влас­тивостей.

Для влаштування тонких (0,15...0,25 м) протифільтраційних екранів засто­совують машини, в основу яких покладені принципи дії: ударний, ріжучий та водоповітряний.

За допомогою машин ударної дії (копрів) впритул один до одного заби­вають ряд сталевих шпунтів-ін'єкторів двотаврового перерізу. Потім першу зану­рену шпунтину витягають гідравлічним екстрактором, а залишену в грунті порожнину поступово заповнюють тиксотропною суспен­зією, яку нагнітають під тиском до 6 МПа через трубу, приварену до двотавру. Витягнуту шпунтину переставляють на нове місце впритул до встановленого ряду і знову занурюють. Процес повторюють по фронту майбутньої виїмки до повного відгородження її водонепроникним екраном.

Щілини для наступного заповнення суспензії можна нарізати машинами з ріжучим робочим органом (баром).

Спосіб улаштування протифільтраційних екранів з використанням водоповітряного струменя полягає в наступному: в пробурену свердловину опускають підвішену до крана спеціальну гідромоніторну установку, за допомогою якої розмивають та витискують грунт на поверхню суспензією, яка надходить під тиском з ін'єкційної головки.

3.3.3. Улкаштування укріплень стінок котлованів та траншей

Необхідність кріплення стінок котлованів і траншей визначається та регла­ментується нормами і залежать від гідрогеологічних умов, а також глибини виїмки.

Вертикальні стінки без кріплення допускаються в грунтах з непорушеною струк­турою при відсутності грунтових вод: при глибині виїмок в піщаних та великоуламкових грунтах не більше 1 м, в супісках ­— 1,25 м, в суглинках та глинах — 1,5 м, в особливо щільних грунтах — 2 м.

На глибину не більше 3м дозволяється виривати траншеї багатоківшо­вими екскаваторами в зв'язних щільних грунтах без кріплення для укладан­ня­ трубопроводів батогами. Але в місцях спуску робітників в траншею для стикування батогів та виконання інших робіт необхідно влаштовувати місцеві укоси або кріплення.

У всіх інших випадках треба влаштовувати тимчасове кріплення укосів. Тип кріплення визначається в ПВР в залежності від розмірів виїмки, влас­тивостей грунту, потоку грунтових вод та конкретних умов виконання процесів.

Підкісне кріплення влаштовують усередині котловану. Підкоси затруд­­нюють виконання наступних робіт в котловані, а тому використання цього кріплення обмежено. Вертикальну горожу влаштовують з дощок завтовшки 5 см з прозорами на ширину дошки при зв'язних грунтах при­родної вологості та глибині котловану до 3 м. При більшій глибині горожу роблять суцільною. В грунтах сипучих та підвищеної вологості, незалежно від глибини котловану, прозорів не залишають.

Анкерне кріплення, це конструкція, яка складається із горожі, стояків, дерев'яних та металевих тяг і паль, розташованих поза котлованом на відстані

В і h/tg j, (3.1)

де h — глибина котловану, м,

j — кут природного укосу, град. (див. рисунок 3.4).

Консольне (шпунтове) кріплення являє собою шпунтову стінку жорстко закріплену грунтом. Такі кріплення влаштовують з металевого та, рідше, з дерев'яного шпунта, частіш всього їх застосовують для огородження неглибоких котлованів в водонасичених грунтах, коли неможливо виконати штучне зниження рівня грунтових вод.

Розпірне кріплення сприймає всі діючі навантаження через розпірки, а щити кріплення та шпунтові стінки виконують тільки огороджуючі функції. Розпірки можуть встановлюватися в один або в декілька рядів по висоті перерізу. (Рисунок 3.4)