Метод вертикально перемещаемой трубы

Виды земляных сооружений.

 Производство СМР и в первую очередь возведение подземной части здания сопряжено с выполнением значительных объемов земляных работ.

 Земляные работы относятся к комплексу работ нулевого цикла, в состав которого входят: отрывка котлованов и траншей, устройство дренажей, усиление и подготовка оснований под здание, возведения фундаментов и стен, выполнение обратной засыпки грунта в пазухи между фундаментами и откосами котлованов и др.

Земляные работы считаются завершенными после устройства подземной части здания со всеми коммуникациями и элементами подземных сооружений. Земляные работы относятся к наиболее трудоемким. Их выполнение делят на четыре метода: механический, гидравлический, взрывной и ручной.

В ряде случаев для повышения несущей способности грунта его вытрамбовывают или разрабатывают методом бурения.

Результатом разработки грунта является земляное сооружение, представляющее собой инженерное сооружение, устраиваемое из грунта в грунтовом массиве или возводимое на поверхности грунта.

Земляные сооружения разделяют:

по отношение к поверхности грунта – 1- выемкки

                                                            2- насыпи   

                                                            3- подземные выработки  

                                                            4- обратные засыпки;

по сроку службы – постоянные и временные;

по функциональному назначению – котлованы, траншеи, ямы, скважины, отвалы, плотины, дамбы, дорожные плотна, туннели, планировочные площадки, выработки;

по геометрическим параметрам и пространственной форме  – глубокие, мелкие, протяженные, сосредоточенные, простые, сложные и т.п.

Виды земляных сооружений. Земельные работы

В строке I представлены поперечные профили выемок:

• а – траншея с прямым поперечным профилем выемки;
• б – траншея с трапециевидным поперечным профилем выемки;
• в – поперечный профиль постоянной выемки, где
1. – бровка откоса,
2. – откос,
3. – берма,
4. – основание откоса,
5. – дно траншеи,
6. – банкет,
7. – нагорная канава.

В строке II представлены круглое (г) и прямоугольное (д) сечения подземной выработки.

В строке III представлены профили временной (е) и постоянной (ж) насыпи.

В строке IV представлена обратная засыпка пазух котлована (з) и траншеи (и).

К постоянным относят сооружения, предназначенные для долгосрочной эксплуатации - земляные плотины, каналы, полотно рельсовых и безрельсовых дорог, выемки и насыпи, возводимые при планировке.

К временным земляным сооружениям относят выемки, отрываемые при возведении фундаментов жилых и промышленных зданий, мостов, плотин, траншеи для прокладки водопроводных, канализационных, газовых и других сетей, насыпи для временных дорог и запруд. Каждое земляное сооружение должно быть устойчивым, прочным и защищенным от размыва водой.

Выемки шириной более 3 м называют котлованами,более узкие выемки для ленточных фундаментов или сетей коммуникаций - траншеями,выемки под отдельно стоящие фундаменты или столбы - ямами.Эти сооружения имеют дно и боковые поверхности, наклонные откосы или вертикальные стенки. Выемки, разрабатываемые для добычи недостающего для строительства грунта, называют резервами;насыпи, в которые осуществляют отсыпку излишнего грунта, - кавальерами или отвалами.Места для отсыпки строительного и другого мусора называют свалками,а места, где осуществляют разработку песка, щебня и других строительных материалов  — карьерами. Выемки, закрытые с поверхности земли и устраиваемые для прокладки транспортных и коммуникационных туннелей называют подземными выработками.Выемки имеют дно и наклонные откосы,после устройства подземных сооружений  (или подземной части сооружений) выполняется обратная засыпка пазух- заполнение грунтом пространства между сооружением и откосами котлована.

Земляные сооружения имеют следующие названия:

траншея - выемка, имеющая малую ширину по сравнению с длиной;

шурф - глубокая выемка с малыми размерами в плане;

котлован - выемка большой ширины, мало отличающейся от длины;

насыпь - сооружение из насыпного и уплотненного грунта;

резерв - место разработки грунта вне строительной площадки;

отвал - место отсыпки лишнего грунта;

кавальер - насыпь правильной формы из лишнего грунта.

Состав технологического процесса разработки грунта

Производство земляных работ на объекте связано с переработкой грунта, который в полном объеме или частично разрабатывается, перемещается, укладывается, планируется, уплотняется, подвергается другим видам воздействий, в том числе взрыву, размыву водой, трамбованию, бурению, термообработке и т.п.

Процессы переработки грунта разделены на три группы: - подготовительные

                                                                                           - вспомогательные

                                                                                           - основные.                                                                                              

К основным процессам переработки грунта относятся: разработка грунта в выемках, укладка грунта в насыпи, погрузка и его перемещение в пределах строительной площадки, транспортировка грунта за ее пределы, послойное разравнивание и уплотнение грунта, рыхление мерзлых и трудноразрабатываемых грунтов, обратная засыпка пазух земляного сооружения.

Этим основным процессам сопутствуют подготовительные и вспомогательные процессы, при этом подготовительные процессы осуществляют до начала разработки грунта, а вспомогательные – до или в процессе возведения земляных сооружений. К ним соответственно можно отнести: понижение уровня грунтовых вод, устройство противофильтрационных завес и экранов, укрепление грунтов, разбивку земляных сооружений на местности, временное крепление стенок котлованов и траншей, срезку недоборов грунта, прокладку и содержание подъездных дорог, укладку геотекстильных материалов, контроль качества работ и др.

     Строительные свойства грунтов.

От строительных свойств грунтов зависит прочность и устойчивость возводимых сооружений, методы производства, трудоемкость и стоимость работ. Грунт представляет собой естественную среду, в которой размещается подземная часть зданий и сооружений.

Различают следующие основные виды грунтов: песок, супесь, суглинок, глина, лессовый грунт, торф, растительный грунт, крупнообломочные грунты (щебень, гравий, галька) и уплотненные грунты.

При выборе методов производства земляных работ необходимо учитывать следующие характеристики грунтов: плотность, влажность, липкость, разрыхлённость, сцепление, угол естественного откоса, сложность (трудоемкость) разработки. В зависимости от этих характеристик грунты в строительстве рассматривают с точки зрения:

· пригодности в качестве оснований зданий и сооружений и размера допускаемой на них нагрузки;

· возможности их использования в качестве постоянных сооружений, т.е. как материала для устройства насыпей и выемок;

· целесообразности или возможности применения того или иного метода разработки грунтов.

Песчаные грунты – сыпучие в сухом состоянии, не обладают свойствами пластичности. Они водопроницаемы, при определенной скорости течения воды размываются, с изменением влажности меняется и объем песка.

Глинистые грунты – связные и обладают свойством пластичности. Глины сильно впитывают воду и при этом сильно разбухают. В мёрзлом состоянии влажные глины обладают пучинистостью. При положительной температуре во влажном состоянии глина пластична и почти водонепроницаема. С увеличением влажности сцепление частиц глины уменьшается, и глина легко размывается проточной водой.

Суглинок имеет свойства глины, супесь – песка, но в значительно меньшей степени. В глинистых грунтах особо выделены лессовидные грунты.

В сухом состоянии лёсс обладает значительными прочностью и твердостью, но при соприкосновении с водой легко её впитывает, при этом расплывается, сильно уменьшается в объеме, резко теряет несущую способность, становится просадочным. Просадками называются местные быстро протекающие вертикальные деформации грунтов, обусловленные резким коренным нарушением структуры и сопровождающиеся частичной или полной потерей сопротивляемости нарушенных масс грунта, а при избыточном увлажнении — выдавливанием грунтов в стороны.

Последствия просадки грунта.

Гранулометрический состав грунта. В зависимости от размера частиц, мм, составляющих грунт, их подразделяют на:

глинистые - ˂ 0,005

пылеватые – 0,005…0,05

пески – 0,03…3

гравий – 3…40

галька, щебень – 40…200

камни, валуны - ˃ 200.

Пески, в свою очередь, подразделяют на: мелкий – более 50% объема составляют частицы размером 0,1…0,25 мм; средний – то же, частицы 0,25… 0,5; крупный – 0,5… 3 мм.

Важным компонентом большинства грунтов является наличие в них глинистых частиц. Грунты, в зависимости от содержания в их объеме глинистых частиц подразделяются: пески - ˂ 3%; супеси - 3…10%; суглинки – 10…30%; песчаные глины – 30…60%; тяжелые глины - ˃ 60%.

Влажность грунта характеризуется степенью насыщения грунта водой и определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта. В зависимости от влажности, грунты подразделяют на маловлажные (до 5%), влажные (до 30%), насыщенные водой (˃ 30%). Воду, находящуюся в порах влажных и насыщенных водой, называют грунтовой.

Коэффициент фильтрации грунта. Скорость движения грунтовых вод зависит от пористости грунта. Она различна для разных грунтов и пород и поэтому характеризует водопроницаемость этих грунтов. Скорость движения грунтовой воды, (м/сут) называют коэффициентом фильтрации грунта. Чем меньше размер частиц грунта, тем меньше и поры между этими частицами, а значит и скорость фильтрации воды между ними и наоборот. Коэффициент фильтрации для глины – 0 м/сут; для суглинка - ˂ 0,05 м/сут; для мелкозернистых песков – 1…5 м/сут; для гравия – 50…150 м/сут.

Плотность грунта – это масса 1 м³  грунта в естественном состоянии, т.е. в плотном теле. От плотности и силы сцепления частиц грунта между собой зависит производительность строительных машин. Плотность в разных грунтах изменяется в значительных пределах. В илистых грунтах плотность в среднем 0,6 т/м³; в песчаных грунтах – 1,6…1,7 т/м³; скальных грунтах – 2,6…3,3 т/м³.

Сцепление грунта характеризуют начальным сопротивление сдвигу. Оно зависит от вида грунта и его влажности. Сила сцепления для песчаных грунтов составляет 0,03…0,05 МПа, для глинистых 0,05…0,3 МПа.

Разрыхляемость.  При разработке грунт разрыхляется и его объем по сравнению с первоначальным увеличивается. По этой причине различают объем грунта в естественном и разрыхленном состоянии.

Увеличение объема грунта при разрыхлении сильно отличается для различных грунтов и называется первоначальным разрыхлением. Со временем этот разрыхленный грунт под воздействием нагрузки от вышележащих слое, под влиянием атмосферных осадков или механического воздействия постепенно уплотняется. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки. Степень разрыхленности грунта после его осадки и уплотнения называют остаточным разрыхлением. Степень разрыхленности соответственно называются коэффициентами первоначального и остаточного разрыхления.

 Для ускорения уплотнения грунтов, отсыпанных в насыпь, применяют искусственное уплотнение катками, трамбованием, вибрацией, а для песчаных грунтов удобнее активных пролив водой.

Липкость - способность грунта при определенной ее влажности прилипать к поверхности различных предметов. Большая прилипаемость грунта усложняет выгрузку грунта из ковша машины или кузова и условия работы транспорта. Липкость определяют усилием, необходимым для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин липкость достигает 0,05 МПа).

Грунты классифицируются по трудности их разработки (удельное сопротивление резанию) согласно нормативной литературе (ЕНиР 2-1-1 «Земляные работы») для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяют на 6 групп, для многоковшовых экскаваторов и скреперов – на 2 группы, для бульдозеров и грейдеров – на 3 группы. Для разработки грунта вручную - 7 групп. Песок, супесь, суглинок глина лесс – группы 1-4, крупнообломочные грунты – группа 5, скальные грунты – группы 6 и 7.

Крутизна откосов. По условиям техники безопасности рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками без их крепления допускается только в грунтах естественной влажности на глубину не

превышающую значений: в насыпях песчаных и гравелистых грунтах – 1 м; в супесях – 1,25 м; суглинках и глинах – 1,5 м; в особо плотных нескальных грунта – 2,0 м.

Допускаемая крутизна откосов в грунтах естественной влажности из условий безопасного производства работ принимается согласно таблице

 Соотношение 1: m называют заложением.

Подготовительные процессы.

 Водоотвод и водоотлив из котлованов.

В первую очередь подготовка состоит из закрепления сооружения на местности с помощью геодезических инструментов и различных измерительных приспособлений. Для этого в соответствии с проектом выносят и закрепляют на местности основные рабочие оси. После этого вокруг будущего котлована на расстоянии 2…3 метра от его бровки параллельно основным разбивочным осям устраивают обноску.

 Обноска состоит из забитых в грунт столбиков и прикрепленных к ним досок, толщиной не менее 40 мм. Для пропуска транспортных средств в обноске устраивают разрывы. На обноску переносят основные разбивочные оси, а от них размечают остальные оси здания, которые закрепляют на обноске гвоздями или пропилами. После возведения подземной части здания основные разбивочные оси переносят на его цоколь.

При устройстве выемок, расположенных ниже уровня грунтовых вод, необходимо осушать водонасыщенный грунт и обеспечивать его разработку в нормальных условиях. Кроме этого необходимо предотвращать попадание грунтовой воды в котлованы, траншеи и выработки в период производства в них работ.

Технологическими приёмами решения таких задач являются открытый водоотлив и водопонижение.

Открытый водоотлив применяют для откачки протекающей воды непосредственно из котлованов или траншей насосами.

Схема открытого водоотлива
а — из котлована; 6 — из траншеи; 1 — зумпф; 2 — ус

Открытый водоотлив из котлована (а) и траншеи (б):

1 – дренажная кана­ва; 2 – приямок (зумпф); 3 – пониженный уровень грунтовых вод; 4 – дренажная пригрузка; 5 – насос; 6 – шпунтовое крепление; 7 – инвентарные распорки; 8 – вса­сывающий рукав с сеткой (фильтром); Н – высота всасывания (до 5-6 м)

Здесь грунтовые воды просачиваются через откосы и дно котлована и направляются по прорытым водосборным канавам или лоткам к специально устроенным в пониженной части котлована приямкам (зумфам) , откуда вода выкачивается насосами соответсвующей производительности.

Открытый водоотлив является простым и доступным способом, но имеет технологический недостаток. Восходящие потоки грунтовой воды разжижает грунт и выносит из него на поверхность мелкие частицы. А это - снижает естественную прочность основания выемки за счет размыва его водой; наличие воды на дне выемки затрудняет разработку грунта; требуется крепление стенок выемок, так как движение воды к зумпфам приводит в движение и грунты; подток воды к водосборной канаве может вызвать ослабление оснований зданий и сооружений, расположенных рядом со строящимся объектом.

Водопонижение  обеспечивает снижение уровня грунтовых вод (УГВ) ниже дна будущей выемки. Понижение УГВ состоит в откачке грунтовых глубинными насосами из шахтных колодцев или буровых водопонижающих скважин, расположенных в непосредственной близости от будущего котлована или траншеи. При этом УГВ резко понижается, ранее насыщенный водой грунт обезвоживается, и появляется возможность его разрабатывать как грунт естественной влажности.

«+» появляется возможность сохранять в целостности откосы выемок и предотвращать вынос частиц грунта из-под фундаментов ближайших зданий.

Способы искусственного понижения: иглофильтровой, вакуумный, электроосмотический.

 Илофильтровой способ  основан на использовании иглофильтровых установок, состоящих из стальных тру с фильтрующим звеном в нижней части (иглофильтр), водосборного коллектора на поверхности земли и самовсасывающего вихревого насоса с электродвигателем. Стальные трубы погружают в обводненный грунт по периметру котлована или траншеи. При работе насосов в режиме откачки воды благодаря дренирующим свойствам грунта уровень воды в иглофильтре и окружающих грунтовых слоях понижается, что приводит к образованию нового УГВ, который называется депрессионной кривой

Вакуумный способ водопонижения основан на использовании эжекторных водопонизительных установок в мелкозернистых и пылеватых песках, супесях, илистых и лессовых грунтах с коэффициентом фильтрации 0.02…1 м/сут. Один ярус понижения достигает глубины 15…20 м. погружение в грунт колонки надфильтровых тру осуществляется гидравлическим способом – грунт размывается , труба опускается под воздействием силы тяжести. Когда колонка опустилась до необходимого уровня во внутрь ее опускают внутреннюю трубу с эжектором.

Явление электроосмоса используют для расширения области применения иглофильтровых установок в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут. В этом случае наряду с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5…1 м от иглофильтров со стороны котлованов погружают стальные трубы или стержни на глубину погружения иглофильтров.иглофильтры подключают к отрицательному (катод) а трубы или стержник - к положительному полюсу источника постоянного тока (анод).

Для ограждения подземных выработок от поступления грунтовых вод в зависимости от физико-механических свойств грунтов, его состояния, мощности водоносных слоев существуют следующие способы закрепления грунта: замораживание, инъецирование в грунт растворов-отвердителей, создания тиксотропных противофильтрационных экранов и завес, устройство шпунтовых ограждений.

Метод вертикально перемещаемой трубы

                                          Контроль качества земляных работ

Процессы возведения земляных сооружении систематически кон­тролируют, проверяя:

■ положение выемок и насыпей в пространстве (в плане и высот­ное);

■ геометрические размеры земляных сооружений;

■ свойства грунтов, залегающих в основании сооружений;

■ свойства грунтов, используемых для устройства насыпных со­оружений;

■ качество укладки грунта в насыпи и обратные засыпки (характе­ристики уложенных и уплотненных грунтов).

Постоянный контроль за качеством производства работ осуществ­ляют инженерно-технические работники, операционный контроль про­изводят с привлечением представителей геодезической службы и строительной лаборатории.

При контроле положения в пространстве и размеров сооруже­ний проверяют: расположение на плане земляных сооружений и их размеры; отметки бровок и дна выемок; отметки верха насыпей с учетом запаса на осадку; отметки спланированных поверхностей; уклоны откосов выемок и насыпей. Данный контроль осуществля­ют с помощью геодезических приборов, а также простейших инст­рументов и приспособлений - строительных уровней, рулеток, мет­ров, отвесов, шаблонов, откосников, мерных реек, наборов визирок и вешек.

Оценку свойств грунтов в основаниях сооружений, карьерах (ре­зервах), насыпях и обратных засыпках проводят для установления со­ответствия их ранее принятым в процессе проектирования сооружений и оснований под ними. Для этого определяют основные характеристи­ки - плотность и влажность, являющиеся критериями качества.