Откос траншеи для песчаных грунтов

Откос траншеи для песчаных грунтов

К земляным работам относятся рытье разведывательных траншей, планировочные работы, разработка котлованов, рытье водоотводных канав и засыпка котлованов.

Ширина дна котлованов зависит от ширины возводимой конструкции и ее материала (сборный или монолитный железобетон), наличия и вида крепления котлована, а также используемых средств водопонижения.

При сборных конструкциях гидроизоляцию стен выполняют с наружной стороны, поэтому между стенами конструкции и креплением котлована должно оставаться рабочее пространство. При расположении водопонижающих систем вне котлована это рабочее пространство составляет 1,2 м, а при креплении иглофильтров к сваям крепления — 1,5 м.

Для котлованов с откосами расстояние между подошвой откоса и стеной сооружения при отсутствии канав открытого водоотлива или дренирующих устройств принимают равным 0,5 м.

В нескальных грунтах естественной влажности или осушенных водопонижением наибольшее распространение получил способ крепления котлованов забивными металлическими сваями и распорными элементами — расстрелами (рис. 142). Расстрелы удерживают сваи, упираясь в них через продольные пояса. В зависимости от глубины котлована расстрелы располагают по высоте в один или два, редко в три яруса.

В качестве свай используют обычно двутавровые балки. Расстояние между сваями в продольном направлении принимают обычно в пределах от 1,1 до 1,5 м в зависимости от давления грунта.

Наличие расстрелов в котловане затрудняет работу землеройных машин и осложняет монтаж конструкций. Поэтому стараются применять такую конструкцию крепления котлована, при которой можно было бы допустить наибольшее расстояние между расстрелами в плане. Для этого устраивают мощные пояса из двух двутавровых балок такого же сечения, как и сваи. Балки укладывают плашмя одна на другую, приваривая их полки к полкам свай. В качестве расстрелов используют стальные трубы диаметром до 630 мм.

Рис. 142. Крепление котлована:
1 — свая; 2 — пояс; 3 — расстрел; 4 — временные пояса; 5 — ограждение котлована; 6 — глиняная обваловка; 7 — деревянная распорка; 8 — засыпка пазухи песком; 9 — бетон; 10 — постоянная конструкция

В последнее время все большее распространение получает система крепления из забивных свай с растяжками и анкерами, заделанными в грунт (рис. 143). Растяжки из стальных стержней вводят в наклонные скважины, пробуриваемые за пределы призмы обрушения грунта. Их концы заанкеривают в грунте нагнетанием цементно-песчаного раствора.

При производстве работ в непосредственной близости от жилых и производственных зданий, культурно-исторических памятников и ответственных сооружений, где забивка свай недопустима, используют буронабивные сваи.

В скальных грунтах, допускающих крутые откосы, разработку котлованов ведут без крепления.

Рис. 143. Анкерное крепление котлована:
1 — свая крепления котлована; 2 — пояс из двух двутавров; 3 — тяга анкера; 4 — заделка анкера

Перед забивкой свай и до начала разработки котлована с откосами копают вручную разведочные траншеи по краям будущего котлована для обнаружения подземных коммуникаций, не указан-ных в имеющейся проектной документации. При котловане с вертикальными стенами эти траншеи располагают по линиям рядов свай.

Сваи забивают дизель-молотом с копровой мачты, укрепленной на стреле экскаватора. В песчаных грунтах и при небольшой глубине забивки (до 10-12 м) можно применять электровибропогружатели. Высота копровой мачты должна соответствовать длине сваи, погружаемой за один прием (13-1,4 м). Сваи большей длины погружают в два приема с наращиванием после забивки первой сваи. Сращивают сваи фасонными листами, привариваемыми к стенкам стыкуемых двутавров.

Для обеспечения точного направления погружаемых свай перед их забиакой в плотных грунтах бурят опережающие (лидерные) скважины.

В котлованах с креплением грунт разрабатывают обычно экскаватором-драглайном с ковшом вместимостью 0,5-0,65 м 3 до глубины, на которой необходимо устанавливать расстрелы. У стен оставляют бермы, предотвращающие вывалы грунта (рис. 144). После установки расстрелов нижерасположенную часть котлована и бермы разрабатывают послойно бульдозером с перемещением грунта в зону работы экскаватора. Непосредственно у стен котлована грунт разрабатывают вручную заходками на две-три доски затяжки с немедленным их заведением за полки двутавра и тщательной расклинкой с тем, чтобы они были плотно прижаты к грунту. o

Для крепления стен котлованов все большее применение находит анкерное крепление (рис. 145).

В котлованах с откосами грунт разрабатывают экскаватором-драглайном с ковшом вместимостью 1 м 3 . Крутизну откосов принимают близкой к углу внутреннего трения грунта. При сооружении станций, когда пролет козлового крана для монтажа обделки меньше ширины котлована поверху, а также при многоярусном водопо-нижении устраивают уступчатые откосы с бермами достаточной ширины для размещения подкрановых путей и оборудования.

При открытом водоотливе котлован разрабатывают ярусами. Разработку каждого яруса начинают с проходки пионерной (разрезной) траншеи глубиной, несколько превышающей высоту яруса. Уклон траншеи принимают противоположным направлению движения экскаватора. В начале траншеи (вблизи съезда в котлован) устраивают водоприемный зумпф для сбора фильтрующейся воды, Насосы для откачки воды устанавливают на дне траншеи вблизи зумпфа, а при больших водопритоках — у верхней бровки траншеи. По окончании выемки грунта очередного яруса у стен котлована устраивают водосборные канавы.

В готовом осушенном котловане весь фильтрационный поток должен собираться канавками или траншеями. В местах сосредоточенной фильтрации воды через стены или откосу котлована с выносом грунта устраивают фильтрующие пригрузки.

Рис. 144. Технологическая схема сооружения тоннеля в котловане со свайным креплением (а) и этапы разработки котлована (б):
I — вскрытие контрольной траншеи; II — забивка свай; III — разработка грунта; IV — планировка дна котлована— V — устройство бетонной подготовки; VI — гидроизоляция лотка; VII — монтаж обделки; VIII — гидроизоляция стен и перекрытия; IX — обратная засыпка конструкции; X — извлечение свай; 1 — установка для извлечения свай; 2 — каток; 3 — ограждение котлована; 4— козловой кран; 5 — трейлер; 6 — бадья для бетона; 7 — бульдозер; 8 — экскаватор; 9 — установка для забивки свай; 10 — автомобиль-самосвал; А — Г — этапы разработки котлована

Рис. 145. Технологическая схема разработки и крепления котлована с применением двухъярусного анкерного крепления:
I — разработка грунта ниже уровня верхнего яруса крепления; II — устройство верхнего яруса крепления и разработка грунта ниже уровня нижнего яруса крепления; III — устройство нижнего яруса крепления и разработка грунта до низа котлована; 1 — экскаватор-драглайн; 2 — самоходная установка для устройства анкеров; 3 — анкеры

Разработку нескальных грунтов экскаваторами во избежание нарушения естественной структуры грунта в основании ведут с недобором в подошве котлована на 20-25 см. Недобор удаляют механизированным способом — бульдозером или другими планировочными машинами — непосредственно перед устройством бетонной подготовки под изоляцию. В скальных грунтах, свойства которых не меняются под влиянием атмосферных воздействий, наоборот, дно котлована не должно иметь недоборов. Места переборов заполняют местным щебенистым грунтом с тщательным его уплотнением.

Подземные городские коммуникации, попадающие в зону строительства, временно подвешивают в котловане. Трубопроводы заключают в стальные футляры, которые подвешивают в котловане к балкам, прикрепляемым к сваям. В котлованах с откосами устраивают дополнительные промежуточные опоры из специально забиваемых свай. На зиму водопроводные и канализационные трубы утепляют.

Все работы по выемке грунта в непосредственной близости от подземных коммуникаций производят только ручным инструментом с принятием необходимых мер предосторожности и в присутствии технического надзора и представителей организаций, эксплуатирующих подземные коммуникации.

Засыпку котлована после возведения конструкций для обеспечения их устойчивости и нормальной работы ведут одновременно с двух сторон сооружения на одинаковую высоту с послойным уплотнением грунта. Все связи между свайным креплением котлована и конструкцией перед засыпкой удаляют. Расстрелы и продольные пояса снимают после полной засыпки пазух по мере продвижения фронта засыпки.

Пазухи между стенами конструкции и креплением котлована, а также нижнюю часть котлованов с откосами до высоты, обеспечивающей образование горизонтальной площадки шириной 3,5— 4 м для движения бульдозеров и катков, засыпают песком, который уплотняют увлажнением до насыщения.

Дальнейшую засыпку ведут слоями равной толщины с разрав-ниванием и уплотнением грунта при помощи бульдозеров, катков, трамбующих и вибротрамбующих машин, а в стесненных местах — навесным вибротрамбующим оборудованием или механизированными ручными трамбовками. Особенно тщательно грунт уплотняют на участках пересечения котлованами дорог с усовершенствованным покрытием, а также подземных коммуникаций.

Безопасность при разработке грунта. Работы с применением инструментов. Меры по предотвращению обрушения грунта

Страницы работы

Фрагмент текста работы

231. Безопасность при разработке грунта [7, с. 179; 24, c. 165; 32]

Основными причинами травматизма при выполнении земляных работ являются:

· · отсутствие или недостаточное крепление грунта;

· · превышение критической высоты разработки грунта без крепления;

· · нарушение правил разработки креплений;

· · скатывание по откосу кусков грунта, камней на работающих в котлованах и траншеях;

· · движение транспортных средств и механизмов в пределах призмы обрушения;

· · несоблюдение безопасных способов погрузки грунта в транспортные средства;

· · возможность падения людей по откосу;

· · недостаточный надзор за безопасным состоянием забоя.

Особая опасность при производстве земляных работ заключается в возможности засыпки людей грунтом. Такая опасность наступает особенно быстро после ливневых дождей, при появлении подземных грунтовых вод. Поэтому котлованы или траншеи с вертикальными стенками в грунтах естественной влажности с ненарушенной структурой можно рыть без крепления на глубину не более: 1 м — в песчаных грунтах, включая гравелистые, 1,25 м — в суглинках, глинах.

Рытье котлованов и траншей с откосами без крепления в нескальных грунтах выше уровня грунтовых вод или в грунтах, предварительно осушенных искусственным водопонижением, допускается при глубине выемки и крутизне откосов согласно СНиП III-4

Крутизна откосов выемок глубиной более 5 м во всех случаях и глубиной менее 5 м при гидрогеологических условиях и видах грунтов, не предусмотренных выше, должна устанавливаться проектом. Выбор высоты уступа влияет на эффективность и безопасность производства земляных работ. Состояние предельного равновесия грунта откоса связано в связных грунтах с высотой уступа. На рис. 100 показаны геометрические элементы такого уступа. Расчет высоты уступа при глубине котлованов и траншей не более 5 м можно выполнить по следующему методу [24].

Рис. 100. Геометрические элементы уступа: Н – высота уступа; q — угол предельного равновесия откоса a — угол между плоскостью обрушения и горизонтом (АВС — призма обрушения); j — угол естественного откоса

В момент предельного равновесия (призма АВС не обрушилась, но может обрушиться) cоставляющая массы призмы в плоскости АС будет F=m*sinq . Эта сила уравновешена силой сцепления с (АС) и силой трения, равной Ntgj = m*cosq tgj , т.е. m*sinq = с (АС) + m*cosq tgj .

Тогда сила сцепления в плоскости АС

.

Масса призмы АВС длиной 1 м составит

Введем некоторые обозначения: k=c/g — коэффициент сцепления, AB = H* sin a и получим

.

Отсюда, заменив k на k_max, получим выражение для высоты уступа

.

Для вертикальных стенок (a = 90° ) предельная высота

.

Для реальных условий производства земляных работ в последние две формулы вводят поправки

, где с — сила сцепления (применяется по справочным данным); r – плотность грунта; k_уст — коэффициент устойчивости, равный 1,5…3; tg j — коэффициент трения.

.

Этот расчет справедлив для условий строительства, когда глубина котлованов и траншей не превышает 5 м.

По этому методу можно проверять устойчивость уступов в самых разнообразных условиях.

Например, при заданном угле откоса можно определить максимальную глубину разработки.

Безопасную глубину разработки котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений в зависимости от вида грунта устанавливает СНиП III-4.

Для других условий крепелние вертикальных стенок необходимо выполнять по проекту.

236. Безопасность при производстве монтажных работ [7, с.122, 163; 24, c. 109, 130]

Основные причины травм при монтажных работах: несоблюдение

Строительные свойства грунтов

Строительные свойства грунтов а также их качество влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость работ.

В строительном производстве грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Свойства и качество грунта влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость работ. Для выбора наиболее эффективного способа производства работ следует учитывать основные характеристики грунтов : плотность, влажность, сцепление, разрыхляемость и угол естественного откоса. Плотностью называется масса 1 м³ грунта в естественном состоянии ( в плотном теле).

Плотностью песчаных и глинистых грунтов 1,6…2,1 т/м³, скальных неразрыхленных грунтов -до 3,3 т/м³. Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой, которая определяется отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражается в процентах.При влажности более 30% грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5 % -сухими.
Сцепление характеризуется начальным сопротивлением грунта сдвигу.Сила сцепления грунта ( для песчаных грунтов) составляет 3…50 кПа, для глинистых грунтов-5…200 кПа.

От плотности и силы сцепления между частицами грунта в основном зависит производительность землеройных машин. Классификация грунтов по трудоемкости их разработки в зависимости от конструктивных особенностей используемых землеройных машин и свойств грунта приводится в ЕНиР(сб.2, вып.1,разд.I,Техн.часть, таблица 1 и 2).

Так для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяют на шесть групп, для многоковшовых -на две, для бульдозеров и грейдеров -на три группы и так далее. 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-трудно разрабатываемые.

Грунт находящийся в естественном состоянии разрыхляется в процессе его разработки.При этом объем грунта увеличивается а плотнорсть уменьшается.Это явление называемое первоначальным разрыхлением грунта , характеризуется коэффициентом первоначального разрыхления Кр.Этот коэффициент представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии.

Для песчаных грунтов Кр=1,08…1,17, суглинистых Кр=1,14…1,28, глинистых Кр=1,24…1,3.Уложенный в насыпь разрыхленный грунт уплтняется под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения , движения транспорта, смачивания дождем и т.д.

Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки , сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта Ко.р; для песчаных грунтов Ко.р=1,01…1,025, суглинистых Ко.р=1,015…1,05, глинистых-1,04…1,09.

Рисунок-1. Виды земляных сооружений

I-поперечный профиль выемок; а-траншея прямоугольного профиля; б-котлован ( траншея ) трапециедальной формы; в-профиль постоянной выемки ; II-сечения подземных выработок: а-круглой; б-прямоугольной ; III-профили насыпи: а-временной; б-постоянной; IV-обратная засыпка; а-пазух котлована ; б-траншеи; 1-бровка откоса; 2-откос; 3-берма; 4-основание откоса; 5-дно выемки; 6-банкет; 7-нагорная канава.

Для обеспечения устойчивости земляных сооружений ( насыпейЮ выемок) их возводят с откосами, крутизна которых характеризуется отношением высоты к заложению : h/a=1/m ( смотри рис-1), где m-коэффициент откоса.Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия. На угол естественного откоса влияют угол внутреннего трения, сцепление и давление вышележащих слоев грунта.

При отсутствии сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения. В грунтах, имеющих сцепление, угол естественного откоса равен углу внутреннего трения.В грунтах имеющих сцепление, угол естественного откоса изменяется от максимальной величины в верхней части выемки или насыпи до минимальной -в нижней , приближаясь к углу внутреннего трения.В связи с этим откосы высоких насыпей и глубоких выемок устраивают с переменной крутизной, с более пологим очертанием внизу.

Строительными нормами и правилами установлены значения крутизны откосов для постоянных и временных земляных сооружений в зависимости от их глубины или высоты.Откосы насыпей постоянных сооружений делают более пологими, чем откосы выемок .Некоторые процессы, выполняемые при производстве земляных работ, связаны с пропусканием через грунт электрического тока (осушение электроосмосом, оттаивание током).Поэтому практическое значение имеет также и электропроводность грунта.

Так как минеральные частицы, входящие в состав грунта, обычно не являются проводниками, электропроводность грунта зависит от степени насыщения его влагой. В процессе производства земляных работ приходится сталкиваться с явлениями замерзания и оттаивания грунта; приччем эти процессы могут быть естественными и искусственными .

Поэтому имеют значение и теплофизические характеристики грунтов -их теплоемкость и теплопроводность. Они также в большей степени зависят от влажности грунта, так как значения этих величин для воды значительно выше, чем для минеральных частиц.

***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

Определить объем котлована или траншеи.

2.1 Находим нижние размеры котлована или траншеи (смотри рис. 1).

, м – ширина котлована (траншеи) по низу,

, м – длина котлована (траншеи) по низу,

где n – расстояние от крайней оси здания до края подушки фундамента со стороны основания откоса, м.

z – расстояние между краем подушки фундамента и основанием откоса, м

z=0,6 (м) – для здания с подвалом,

z=0,3 (м) – для здания без подвала.

.

2.2 Находим глубину разработки грунта (h), которая определяется от черной метки до отметки отложения подошвы фундамента (подушки под фундамент). При этом глубина котлованов и траншей должна быть уменьшена на толщину срезки растительного слоя грунта (0,15-0,20 м) и на толщину недобора грунта экскаватором (принимаем 0,1 м) для того, чтобы не нарушалась естественная структура грунта в основании фундамента.

Глубина траншей и котлованов под фундаменты заглубленных стен, колонн и оборудования в пределах дна котлована, отметки заложения которых находятся ниже отметок заложения основной части фундаментов здания или сооружения, должна определяться от отметки дня котлована, а не от поверхности черной отметки земли.

Глубина траншей и котлованов при наличии разных проектных отметок подошв заложения основной части фундаментов в различных частях одного котлована определяется по отметкам уступов подошвы основной части фундаментов.

(м) – для глинистых грунтов,

(м) – для песчаных грунтов,

Где: 3,2 – отметка заложения подошвы фундамента, м

0,9 – уровень земли, м

0,2 – срезка растительного слоя грунта, м

0,1 – недобор грунта экскаватором, м

2.3 По таблице 1 находим крутизну откоса (m)

Виды грунтов	Крутизна откоса (отношение его высоты к заложению) при глубине выемки, м
До 1,5	ά	1,5-3	ά	3-5	ά
Насыпные неуплотненные	1:0,67	1:1	1:1,25
Песчаные и гравийные	1:0,5	1:1	1:1
Супесь	1:0,25	1:0,67	1:1,87
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

При m=0, , м 3 – объем котлована, (1)

, м 3 – объем траншеи, (2)

где L_ТР – длина траншеи, м.

Если , определяем заложение откоса , отсюда , м – заложение откоса (3)

определяем верхние размеры котлована (траншеи):

, м – ширина котлована (траншеи) по верху,

, м – длина котлована (траншеи) по верху,

, м – длина траншеи (определяется по чертежу)

Далее определяем объем котлована (траншеи):

, м 3 – объем котлована (4)

, м 3 – объем траншеи (5)

2.4 При необходимости устройства въездной траншеи, её объем определяется отдельно (см. рис. 2). Принимаем уклон въездной траншеи i =10-15%

Определяем длину въездной траншеи: , м

Принимаем ширину въездной траншеи: d₁=3,5 м – при одностороннем движении

d₁=7,0 м – при двустороннем движении

Определяем площадь трапеции:

, м 2

Определяем объем въездной траншеи: , м 3 (6)

2.6 Определяем общий объем котлована: , м 3 (7)

3. Определяем общий объем обратной засыпки котлована (траншеи), определяют исходя из объема разработанного грунта за вычетом объемов фундаментов и объема подвала (если имеется) с учетом коэффициента остаточного разрыхления

Объем общей засыпки с учетом въездной траншеи:

,м 3 (8)

где V_Ф-ТОВ – объем фундамента, м 3

V_{ПОДВАЛА} объем подвала, м 3

—коэффициент остаточного разрыхления.

—для песчаных грунтов

—для суглинистых грунтов

—для глинистых грунтов.

Существует ещё один метод определения объема обратной засыпки

(смотри рис. 3).Определяем:

3.1 объем обратной засыпки пазух: ,(м 3 )

Где , (м 2 ) – площадь поперечного сечения пазух,

, (м) – средний периметр для обратной засыпки пазух,

где , (м) – средняя длина,

, (м) – средняя ширина,

где — расстояние между крайними осями здания по длине, м

— расстояние между крайними осями здания по ширине, м

=[(n+z+a)+(n+z)]:2- средняя линия трапеции по осям здания, м

3.2. Объем обратной засыпки между фундаментными блоками:

, (м 3 ),

где — площадь основания засыпки, м 2

— глубина засыпки, м

3.3 Определяем обратную засыпку въездной траншеи ( ): , м 3

3.4 Находим объем грунта, разрабатываемого вручную, который определяют только под подошвой фундамента.

, (100 м 3 ) – объем грунта вручную для песчаных грунтов, (9)

, (100 м 3 ) – объем грунта вручную для глинистых грунтов, (10)

где — длина фундамента, м

— ширина подушки фундамента, м

— глубина разработки грунта вручную, м.

(м) – летом

(м) – зимой.

Для упрощения расчетов при разработке котлована экскаватором разработка грунта вручную составит 7% от объема грунта вручную в траншее.

, (100 м 3 ) – объем грунта вручную в траншее или (11)

, (1000 м 2 ) – площадь грунта вручную в котловане.(12)

, (м 3 ) – объем грунта, разрабатываемого вручную в котловане.

3.5 Объем песчаной подсыпки принимаем 70 % от объема разработки грунта вручную:

(м 3 )

3.6 Определяем общий объем обратной засыпки ( ):

3.7. Определяем разработку грунта в отвал:

, (1000 м 3 )

3.8 Определяем разработку грунта экскаватора с погрузкой в автотранспорт:

, (1000 м 3 )

В зависимости от объема грунта в котловане определяем емкость ковша экскаватора