Устойчивость откосов земляных сооружений

Классификация и свойства грунтов

Грунт – породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Свойства и качество влияют на:

- устойчивость земляных сооружений;

- трудоемкость разработки;

- стоимость работ.

Грунты обладают следующими свойствами:

- пластичность – масса первого м³ грунта в естественном состоянии;

- влажность – степень насыщения грунта водой (если больше 30% влажность, то, следовательно, грунт мокрый, до 5% - грунт сухой);

- сцепление – характеризуется начальным сцеплением грунта сдвигу.

От плотности и силы сцепления грунта зависит производительность землеройных машин. Классификация грунтов по трудности их разработки приводится в ЕНиР Сборник 2 выпуск 1 «Земляные работы». Например:

- для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяются на 6 групп;

- для многоковшовых экскаваторов и скреперов – на две;

- для бульдозеров и грейдеров – на три группы;

- при разработке вручную их делят на 7 групп.

В состав первой группы входят легко разрабатываемые грунты, а в последнюю трудно разрабатываемые.

В процессе разработке грунт разрыхляется, при этом объем грунта увеличивается, объемная масса уменьшается – это называется первоначальным разрыхлением грунта и характеризуется коэффициентом первоначального разрыхления Кпр.

(3)

Например,

- для песчаных грунтов;

- суглинистых грунтов;

- глинистых грунтов.

Разрыхлитель грунта после естественного уплотнения называется остаточным разрыхлением и характеризуется коэффициентом остаточного разрыхления Кор. Коэффициенты разрыхления приводятся в ЕНиРе Сборник 2 выпуск 1 «Земляные работы».

Для обеспечения устойчивости земляных сооружений их возводят с откосами, крутизна характеризуется отношением высоты откоса h к его заложению х или tg a к горизонту (см.рисунок 2).

Рисунок 2 – Элементы откоса

h – высота откоса;

x – заложение откоса;

tg a - угол наклона;

m – коэффициент откоса (показатель крутизны откоса);

A – ширина выемки по верху;

a – ширина выемки по низу.

Значение крутизны откосов 1:m устанавливаются для постоянных и временных земельных сооружений в зависимости от их глубины и вида грунта (СНиПом «Земельные сооружения»). В некоторых случаях разрешается отрывка котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений (при отсутствии грунтовых вод):

- в скальных грунтах – на любую глубину;

- в песчаных – на глубину не более 1,0м;

- в супесчаных грунтах – на глубину не более 1,25м;

- в суглинках – не более 1,5м;

- в глинах – не более 2м.

2.2.2 Способы временного крепления выемок (д/з)

При разработке выемок в водонасыщенных грунтах или в естественных условиях, когда при этом невозможно обеспечить требуемое заложение откосов, вертикальные стенки укрепляют специальными временными креплениями. Временная крепь может быть выполнена:

- из деревянного или металлического шпунта;

- из деревянных щитов с опорными стойками;

- щитов с распорными рамами.

1. Шпунтовое ограждение (самое дорогое) – применяется при разработке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий и сооружений. Шпунт забивают до разработки выемки, чем обеспечивают устойчивое и естественное состояние грунта за его пределами.

2. Деревянные щиты с опорными стойками (сваи)

Разрабатываются в грунтах естественной влажности. Опорные стойки крепят с помощью металлических стяжек или деревянных схваток к анкерным сваям, забиваемым за пределами призмы разрушения. Устраивают в процессе или после разработки выемки в зависимости от степени подвижности.

3. Поперечные распорки – стенки крепят деревянными щитами с распорными рамами. Наиболее эффективны инвентарные распорные рамы из трубчатых стоек и распорок из-за их уменьшенной массы, легкого монтажа и демонтажа. Щиты к стенкам выемки прижимают поворотом муфты с винтовой нарезкой.

Необходимость и способ крепления стенок устанавливают в ППР. Во всех случаях временная крепь должна быть:

- легко собираться и разбираться;

- быть прочной;

- воспринимать давление грунта и дополнительные нагрузки;

- не стеснять рабочее место;

- обеспечить безопасное производство работ.

Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод (УГВ)

Если выемка перерезает водонасыщенный слой грунта, то для сбора и отвод грунтовых вод устраивают дренажи. Если приток воды незначительный, то делают открытый водоотлив. Для водопонижения в сложных гидрологических условиях используют понижение УГВ с помощью специальных водопонижающих установок:

1. Иглофильтровые установки – состоят из ряда иглофильтров, погруженных в грунт по периметру выемки. Иглофильтры присоединяют к водосборному коллектору соединенному к самовсасывающемуся насосу. Их применяют в песчаных и в песчанно-гравийнистых грунтах, понижают уровень грунтовых вод до 4,5м.

2. Эжекторные иглофильтры – понижают УГВ на глубину до 20м. Работа установки заключается в отсасывании воды из грунта, под давлением вакуума.

3. Способ электрооткоса – используется в глинистых грунтах, суть которого состоит в том, что при действии электротока во влажных глинистых грунтах возникает движение воды от анода (положительный источник тока) к катоду (отрицательный источник тока).

2.3 Подготовительные и вспомогательные процессы при
производстве земляных работ

Подготовительные процессы включают в себя:

1. Очистка территории:

- от леса, кустарников, пней;

- снятие растительного слоя грунта;

- снос строений;

- устройство осушительных каналов.

2. Отвод поверхностных и грунтовых вод с помощью водоотводных каналов, закрытых или открытых дренажей.

3. Создание геодезической разбивочной основы.

2.4 Разработка грунта одноковшовым экскаватором (д/з)

Машины, которые только разрабатывают грунт, называются – землеройные. К ним относятся: одноковшовые и многоковшовые экскаваторы. Машины, которые разрабатывают грунт, перемещают и разгружают в насыпь называются, землеройнотранспортные (скрепер, грейдер, бульдозер).

Искусственное закрепление грунтов – совокупность воздействий в результате, которых увеличивается прочность грунта, он становится не размываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым. Закрепляют грунты для создания вокруг разрабатываемых выемок водонепроницаемых завес и для увеличения несущей способности грунтовых вод. Способы закрепления грунтов:

1. Замораживание грунтов – применяют в сильно водонасыщенных грунтах – плывучих, при разработке глубоких выемок. Для этого по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенные между собой трубопроводом, по которому нагнетается специальная жидкость – рассол (раствор солей с низкой температурой замерзания), охлажденный холодильной установкой до 20-25 градусов.

2. Цементизация и битумизация – заключается в инъецировании соответственно цементного или разогретых битумов в пористые грунты с коэффициентом фильтрации, а так же в трещиноватые скальные породы.

3. Химическим способом закрепляют песчаные грунты нагнетанием в них через инъекторы химический раствор. Химический раствор может быть однорастворный и двухрастворный.

- Двухрастворное закрепление состоит в последовательном нагнетании в грунт сначала Na₂SiO₃, а затем CaCl₂, растворы вступают в реакцию и образуют гель кремневой кислоты, который обволакивает зерна грунта и твердея связывает их в монолит. Коэффициент фильтрации 2..80м/сут. Прочность грунта достигается 1,5..3МПа.

- Однорастворное закрепление – для слабо дренирующих грунтов. Коэффициент фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность грунта достигается 0,3..0,6МПа.

4. Электрическим способом – закрепляет постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5..1 В/см и плотностью тока 1..5 А/м². При этом глина сильно осушается, а, следовательно, уплотняется и теряет возможность к пучению.

5. Электрохимическим способом – данный способ отличается тем, что одновременно с электрическим током в грунт вводится через трубу – инъектор, растворы химических добавок, а, следовательно, повысить проводимость тока.

Виды смешанного оборудования одноковшовых экскаваторов:

- прямая лопата;

- обратная лопата;

- драглайн;

- грейфер.

Рабочие параметры экскаватора:

- максимальная высота h или глубина копания H;

- наибольший или наименьший радиус копания на уровне стоянки Rmax, Rmin;

- длина передвижения Ln;

- радиус выгрузки Rв;

- высота выгрузки Hв.

Рабочий цикл экскаватора состоит из следующих операций:

- заполнение ковша – копание;

- перемещение к месту выгрузки;

- выгрузка в отвал или транспортное средство;

- обратный ход в забой.

Забой – это рабочая зона экскаватора. В забой входят:

- площадка, где находится экскаватор;

- часть массива разрабатываемого грунта;

- место для стоянки транспорта или отвала грунта.

Выемка, которая, образуется в результате разработки грунта, при перемещении экскаваторов в забой называется экскаваторной проходкой. Виды забоев:

- Лобовой забой – применяется при разработке съездов в котлован, начало выемок на крутых косогорах и т.д. Экскаватор движется вперед, наступая на массив разрабатываемого грунта.

- Торцевой забой – применяется при разработке выемок ниже уровня экскаватора. Экскаватор движется задним ходом по поверхности земли и разрабатывает торец выемки.

- Боковой забой – применяется для разработки грунта по одну сторону от оси движения экскаватора и погрузке грунта на транспортные средства, подаваемые на другую сторону от оси проходки.

Область применения экскаваторов:

- Экскаватор с прямой лопатой используется для разработки грунтов расположенных выше уровня стоянки с погрузкой в транспорт боковым или лобовым забоями. При лобовом забое экскаватор разрабатывает грунт впереди себя и отгружает его в транспорт, который подается по дну забоя. В зависимости от ширины проходки лобовые забои могут быть узкие, нормальные, умеренные поперечно-торцовые. Для въезда в котлован устанавливают трапецию с уклоном 10-15⁰, шириной 3,5м при одностороннем движении, 8м при двух стороннем.

- С обратной лопатой экскаватор используют при разработке грунта, который находится ниже уровня стоянки экскаватора для рытья или больших котлованов и траншей. Разработку ведут боковым или торцовым забоем с погрузкой грунта в отвал или транспортное средство. Если ширина котлована 12-14м отрывку ведут лобовой проходкой. При перемещении экскаватора по зигзагу, при большой ширине – поперечно-торцовой.

- Экскаватор драглайн применяют для разработки грунта ниже уровня стоянки, для рытья глубинных котлованов, широких траншей с возведением насыпи.

- Грейфер применяют для рытья узких глубоких котлованов, траншей, особенно в условиях разработки грунтов ниже уровня грунтовых вод.

Схемы рабочих параметров одноковшового экскаватора:

	С прямой лопатой
	С обратной лопатой
	С обратной лопатой с поворотным ковшом
	Драглайн
	Грейфер