Земляные работы
план
1. виды земляных сооружений
2. Классификация и основные строительные свойства грунтов
3.
При строительстве зданий и сооружений выполняются различные виды земляных работ: планировка площадки, рыхление твердых или мерзлых грунтов, заглубление фундаментов, обратная засыпка, устройство постоянных, временных и вспомогательных сооружений. На рис. 5.1, а, б, в — поперечные профили выемок; г, д — сечения подземных выработок; е, ж — профили насыпи; з, и — обратная засыпка.
Постоянными называют земляные сооружения, которые после строительства эксплуатируются: каналы, дороги и т. п. Временные сооружения после производства работ ликвидируются: котлованы под фундаменты, траншеи под трубопроводы и т.д. Кюветы, водоотводные канавы и т.п. являются вспомогательными земляными сооружениями.
Временные выемки шириной до 3 м и длиной, значительно превышающей ширину, называются траншеями. Выемку, длина которой не превышает десятикратной ширины, называют котлованом. Котлованы и траншеи имеют дно и боковые стенки или откосы. Временные выемки под транспортные магистрали, шахты, штольни и т.п. земляные сооружения, закрытые с поверхности, называются подземными выработками.
После устройства подземных сооружений и частей зданий грунт укладывают в пространство между боковой поверхностью сооружения и откосом котлована. Такую работу называют обратной засыпкой «пазух».
По трудоемкости выполнения земляные работы составляют до20 % всей трудоемкости возведения здания, поэтому земляные работы всегда стремились механизировать. В настоящее времядо 97 % объемов земляных работ в строительстве комплексно механизированы, однако при мелких рассредоточенных объемах работ, устройстве фундаментов в стесненных условиях, зачистке дна и откосов котлованов, устройстве дренажных канав в гористой местности еще применяется ручной труд. Поэтому основная задача при выполнении земляных работ — полностью исключить ручной труд.
Рис. 5.1. Виды земляных сооружений: / — поперечные профили выемок: а — траншея прямого профиля; б — котлован (траншея) трапецеидальной формы; в — профиль постоянной выемки; II — сечения подземных выработок: г — круглой; д — прямоугольной; III — профили насыпи: е — временной; ж — постоянной; IV— обратная засыпка: з — пазух котлована; и — траншеи; 1 — бровка откоса; 2 — откос; 3 — берма; 4 — основание откоса; 5 — дно выемки; 6 — банкет; 7 — нагорная канава
2. Классификация и основные строительные свойства грунтов
По своему строению грунты можно разделить на сцементированные (или скальные) и несцементированные.
Скальные грунты состоят из каменных горных пород, с трудом поддающихся разработке взрыванием или дроблением клиньями, отбойными молотками и т.п. Скелет несцементированных грунтов обычно состоит из песчаных, пылеватых и глинистых частиц, в зависимости от содержания которых грунты называются: песок, супесь (супесок), суглинок, глина (табл. 5.1).
В зависимости от содержания глинистых частиц глину называют тощей или жирной, в зависимости от трудоемкости разработки - легкой или тяжелой. Особо трудоемкая для разработки глина называется ломовой.
Таблица 5.1
Параметры и классификация грунтов
Параметр | Песок | Супесь | Суглинок | Глина |
угол естественного откоса при естественной влажности, град. | 25...30 | 30...40 | 40 ... 50 | 40...45 |
содержание частиц, %: глинистых песчаных | До 5 Более 80 | До 12 Более 50 | 12...33 — | Более 33 - |
оптимальная влажность уплотнения, % | 8...12 | 9... 15 | 12... 20 | 19...23 |
п р и м е ч а н и е. Прочерк означает, что параметр не нормируется.
К основным свойствам грунтов, влияющим на технологию и трудоемкость их разработки, относятся плотность, влажность, сцепление, разрыхляемость, угол естественного откоса, удельное сопротивление резанию, водоудерживающая способность.
Плотностью называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность несцементированных грунтов 1,2...2,1 т/м3, скальных — до 3,3 т/м3.
Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой и определяется отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта, выражается в процентах. При влажности более 30 % грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5 % -сухими. Чем выше влажность грунта, тем выше трудоемкость его разработки. Исключение составляет глина — сухую глину разрабатывать труднее. Однако при значительной влажности у глинистых грунтов появляется липкость, которая усложняет их разработку.
Сцепление — сопротивление грунта сдвигу. Сила сцепления для песчаных грунтов составляет 3...50 кПа, для глинистых - 50...300 кПа.
От плотности и силы сцепления между частицами грунта в основном зависит производительность землеройных машин. Классификация основных видов грунтов по трудоемкости их разработки в зависимости от конструктивных особенностей используемых землеройных машин и свойств грунта приведена в табл. 2.
Таблица 2
Распределение немерзлых грунтов на группы в зависимости от трудности их разработки механизированным способом
Наименование и характеристика грунтов | Средняя плотность в естественном залегании, кг/м3 | Разработка грунта | Рыхление грунта бульдозерами-рыхлителями | |||||
экскаваторами | скреперами | бульдозерами | грейдерами | |||||
одноковшовыми | траншейными цепными | траншейными роторными | ||||||
глина: жирная мягкая без примесей жирная мягкая с примесью щебня, гравия, гальки или строительного мусора свыше 10 % по объему тяжелая ломовая сланцевая, твердая карбонная | 1950...2150 | П Ш IV | П - - | П Ш IV | П П - | П П Ш | П - - | - - - |
Грунт растительного слоя: без корней и примесей с корнями кустарника и деревьев | I I | I П | I П | I I | I П | I - | - - | |
Песок | I | П | П | П | П | П | - | |
Скальные грунты, предварительно разрыхленные | - | IV | - | - | - | - | - | VII |
Суглинок: легкий и лессовидный с примесью щебня, гальки или строительного мусора до 10 % по объему тяжелый без примесей и с примесью щебня, гравия, гальки или строительного мусора до 10 % по объему то же с примесью свыше 10 % по объему | I П Ш | П - - | П П IV | I П - | I П П | I - - | - - - | |
Супесь: без примесей, а также с примесью гравия, гальки, щебня или строительного мусора до 10 % по объему с примесью свыше 10 % по объему | I I | П - | П П | П П | П П | П - | - - | |
Строительный мусор рыхлый и слежавшийся | П | - | - | - | П | - | - | |
Торф: с корнями толщиной до 30 мм то же, более 30 мм | 850...1100 900...1200 | I П | I - | I - | I - | I П | - - | - - |
Чернозем и каштановый грунт: мягкий отвердевший | I П | I П | I П | I П | I П | I Ш | - - |
При разработке грунтов вручную их делят на семь групп. Как при механизированной, так и при ручной разработке в состав первой группы входят легко разрабатываемые грунты, а последней — самые трудно разрабатываемые.
Грунт при разработке разрыхляется и увеличивается в объеме. Это явление, называемое первоначальным разрыхлением грунта, характеризуется коэффициентом первоначального разрыхления Кр, который представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии. Уложенный в насыпь разрыхленный грунт уплотняется под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, движения транспорта, смачивания дождем и т. д.
Однако грунт длительное время не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта Ко.р.
Степень первоначального и остаточного разрыхления грунтов приведена в таблица 3.
Таблица 3
Показатели разрыхления грунтов
Наименования грунтов | Первоначальное увеличение объема грунта после разработки, % | Остаточное разрыхление грунта, % |
глина ломовая | 28...32 | 6 ...9 |
гравийно - галечные | 16...20 | 5...8 |
растительный | 20... 25 | 3...4 |
лесс мягкий | 18...24 | 3...6 |
лесс твердый | 24...30 | 4...7 |
песок | 10... 15 | 2...5 |
скальные | 45 ...50 | 20... 30 |
солончак и солонец: мягкий твердый | 20...26 28... 32 | 3...6 5...9 |
суглинок: легкий и лессовидный тяжелый | 18...24 24... 30 | 3...6 5...8 |
супесь | 12... 17 | 3...5 |
торф | 24... 30 | 8... 10 |
чернозем и каштановый | 22 ...28 | 5...7 |
Для обеспечения устойчивости земляных сооружений их возводят с откосами, крутизна которых характеризуется отношением высоты к заложению: Н/А = 1/т (рис. 2), где т — коэффициент заложения. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса а, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия.
рис. 2 Крутизна откоса
Нормативные значения крутизны откосов для временных земляных сооружений приведены в табл. 4. При глубине выемки более 5 м крутизна откосов устанавливается проектом. Откосы постоянных сооружений делаются более пологими, чем откосы временных сооружений, и бывают не менее, чем 1:1,5.
Таблица 4
Крутизна откосов в зависимости от вида грунта и глубины выемки
наименование грунтов | Крутизна откосов (отношение его высоты к заложению) при глубине выемки, м, не более | ||
1,5 | |||
насыпь неуплотненный | 1:0,67 | 1:1 | 1:1,25 |
песчаный и гравийный | 1:0,5 | 1:1 | 1:1 |
супесь | 1:0,25 | 1:0,67 | 1:0,85 |
суглинок | 1:0 | 1:0,5 | 1:0,75 |
глина | 1:0 | 1:0,25 | 1:0,5 |
лессы и лессовидные | 1:0 | 1:0,5 | 1:0,5 |
Водоудерживающая способность или сопротивляемость грунта прониканию воды очень высока у глинистых грунтов и низка у песчаных. По этой причине последние называются дренирующими, т.е. хорошо пропускающими воду, а первые — недренирующими.
Дренирующая способность грунтов характеризуется коэффициентом фильтрации К, равным 1... 150 м/сут.