ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЯНЫХ СООРУЖЕНИИ

 

Глава 1

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

§1. Виды земляных сооружений и машины для земляных работ

Земляные сооружения по своему на­значению делятся на постоянные и вре­менные.

Постоянные земляные сооружения предназначены для эксплуатации в те­чение длительного времени. К ним от­носятся: спланированные площадки, зем­ляное полотно дорог, плотины, дамбы, каналы, искусственные водоемы, отстойники и т. п.

Временные земляные сооружения уст­раивают для выполнения последующих строительно-монтажных работ. Это тран­шеи, котлованы, различного вида пе­ремычки, временные нагорные и водоперехватывающие канавы и т. п.

В жилищном и промыш­ленном строительстве наибольшее рас­пространение получили работы, связан­ные с планировкой площадок, устрой­ством котлованов и траншей. Численность рабочих на вы­полнении земляных работ составляет 9,3 % общей численности рабочих в строительстве, в том числе на выполне­нии работ вручную — 2,9 %.

Земляные работы, в зависимости от строительных свойств грунта, осущест­вляют гидромеханическим, взрывным, комбинированным, механическим или другими специальными способами.

Гидромеханический способ состоит в разработке грунта напорной водяной струей гидромониторных установок или всасывании грунта со дна водоемов пла­вучими землесосными снарядами.

Взрывной способ основан на исполь­зовании силы взрывной волны различ­ных взрывчатых веществ, заложенных в специально устроенные сква­жины или шурфы, и является одним из эффективных средств механизации трудоемких и тяжелых работ.

Механический способ заключается в разработке грунта землеройными (од­ноковшовыми и многоковшовыми экс­каваторами) и землеройно-транспортными маши­нами (бульдозерами, скреперами, грей­дерами). В строительстве этим способом выпол­няется 80-85% земляных работ.

Одноковшовые экскава­торы — универсальные землеройные машины, выполняющие рытье котлова­нов, траншей, каналов, а также устрой­ство насыпей и других земляных соору­жений. Экскаваторы оснащаются различ­ным сменным оборудованием: прямой или обратной лопатой — для разработки грунта выше или ниже уровня стоянки экскаватора (рытье траншей и кот­лованов); драглайном — для разра­ботки грунта ниже уровня стоянки экскаватора (рытье глубоких котлова­нов, широких траншей, возведения на­сыпей); грейфером — для рытья небольших, но сравнительно глубоких котло­ванов, а также для погрузочно-разгрузочных работ; телескопическим оборудованием — для планировочных работ (экскаваторы-планировщики).

 

Одноковшовые экскаваторы бывают с механическим (канатным) и гидравличе­ским приводом. В настоящее время ши­роко применяются гидравлические экс­каваторы, которые по сравнению с ка­натными имеют значительные конструк­тивные и технологические преимущест­ва: они более производительны (на 15-20 %), легче в управлении, эффек­тивны при разработке плотных и полускальных грунтов, их конструкция позволяет оперативно заменять смен­ное оборудование и сменные рабочие органы. Кроме того, гидравлические экскаваторы обеспечивают с одной сто­янки большую рабочую зону экскава­тора.

В строительстве в основном на­шли применение прямые и обратные лопаты с ковшом вместимостью от 0,4 до 1,25 м³.

Многоковшовые экска­ваторы (цепные и роторные про­дольного копания) служат для разработ­ки грунта ниже уровня стоянки, в ос­новном при отрывке траншей (с верти­кальными и наклонными стенками) под фундаменты, инженерные и трубопровод­ные сети.

Землеройно-транспорт­ные машины предназначены для послойного копания, транспортирова­ния, отсыпки и планировки грунтов.

Бульдозеры используют для копания, перемещения и планировки грунта, а также его зачистки в котлованах, раз­работанных другими землеройными ма­шинами. Мощность двигателя бульдо­зера — от 75 до 600 л.с., а в отдельных случаях до 1000 л.с.

Бульдозер, оборудованный навесным статическим рыхлителем, служит для рыхления мерзлых и полускальных грун­тов.

Скреперы применяют для послойного копания, транспортирования и отсыпки слоями мягких и сыпучих грунтов. В последние годы скреперы стали так­же использоваться для выемки и транс­портирования мерзлых, полускальных и трещиноватых скальных грунтов после предварительного их рыхления навес­ными статическими рыхлителями. Скре­перы могут быть прицепными (вмес­тимость ковша 2,25-15 м³) и само­ходными (4,5-25 м³, а в перспекти­ве до 50 м³). Для загрузки самоход­ных скреперов используют тракторы-толкачи.

Одноковшовые погрузчики, в особен­ности на пневмоколесном ходу, благо­даря высокой мобильности и значитель­ной производительности, получили более широкое распространение в стро­ительстве. Они применяются как по­грузочное, погрузочно-транспортное и вспомогательное оборудование.

Грейдеры и автогрейдеры предназна­чены для планировочных и профилиро­вочных работ с грунтом или материала­ми, используемыми для устройства до­рожных оснований.

Грейдеры-элеваторы применяются для послойного копания грунта и переме­щения его в отвал или транспортные средства.

Гидромониторные установки и земснаряды отделяют, транспортируют и укладывают грунт с помощью воды. Они служат для намыва площадок, плотин, насы­пей, разработки котлованов, спрямления русел рек, углубления водоемов, добычи и сортировки песка, гравия и т.п. Для транспортирования грунта применяют трубо-проводы.

Грунтоуплотняющие ма­шины и механизмы предна­значены для послойного уплотнения различных по физико-механическим свой­ствам грунтов. Для этой цели применя­ют кулачковые катки, трамбовочные плиты, вибрационные установки, навесные гидротромбовки и др.

Для транспортирования грунта используют самосвалы, ав­топоезда в составе автомобилей ЗИЛ, МАЗ, КрАЗ или КамАЗ и самосваль­ных прицепов грузоподъемностью 2,25; 3,5; 4,5; 6; 7; 9; 11; 25; 27; 40 и 75 т; ленточные конвейеры и специально оборудованные саморазгружающиеся ваго­ны (думпкары). В перспективе намеча­ется создание специальных самосвалов-землевозов грузоподъем-ностью 180-300т. с дизель-электрическим приводом.

Наличие различного вида строитель­ных машин, механизмов и специального оборудования еще не обеспечивает пол­ной ликвидации ручного труда, особен­но при выполнении малых объемов зем­ляных работ (зачистка и планировка траншей, приямков, отделка откосов, подготовка песчаных подушек под фун­даменты, засыпка, разравнивание и уп­лотнение грунтов в стесненных услови­ях и т.п.).

 

§2. Основные строительные свойства и классификация грунтов

Грунтами называют породы, залега­ющие в верхних слоях земной коры. К ним относят растительный грунт, пе­сок, супесь, гравий, глину, суглинок, торф, плывуны, различные полускаль­ные и скальные грунты.

По крупности минеральных ча­стиц грунта, их взаимной связи и ме­ханической прочности грунты делят на пять классов: скальные, полускальные, крупнообломочные, песчаные (несвязные) и глинистые (связные).

К скальным грунтам относятся сцементированные водоустойчивые и практически несжимаемые породы (гра­ниты, песчаники, известняки и т.п.), за­легающие обычно в виде сплошных или трещиноватых массивов.

К полускальным грун­там относятся сцемен-тированные поро­ды, способные к уплотнению (мергели, алевролиты, аргиллиты и т.п.) и неводостойкие (гипс и гипсоносные конгло­мераты).

Крупнообломочные грун­ты состоят из несцементированных кус­ков скальных и полускальных пород; обычно содержат более 50% обломков пород размером свыше 2 мм.

Песчаные грунты состоят из несцемен-тированных частиц пород раз­мером 0,05-2 мм; представляют собой, как правило, естественно разрушившие­ся и преобразованные в различной сте­пени скальные грунты; не обладают пластичностью.

Глинистые грунты также яв­ляются продуктом естественного разру­шения и преобразования первичных гор­ных пород, составляющих скальные гру­нты, но с преобладающим размером час­тиц менее 0,005 мм.

Основным объектом разработки в строительстве являются глинистые, песча­ные и песчано-глинистые, а также круп­нообломочные и полускальные грунты, покрывающие большую часть земной поверхности.

К основным свойствам и показателям грунтов, влияющим на технологию про­изводства, трудоемкость и стоимость земляных работ, относятся: плотность, влажность, прочность, сцепление, кусковатость, разрыхляемость, угол есте­ственного откоса и размываемость.

Для повышения производительности машин и снижения трудоемкости не­которых работ (уплотнение грунта во время обратной засыпки пазух котло­ванов, устройство насыпей, тромбование грунта и др.) грунты стремятся доводить до оптимальной влажности, опре­деляемой гранулометрическим составом грунта, требуемой его плотностью, ти­пом применяемых машин и другими фак­торами.

При значительной влажности глини­стых грунтов появляется липкость. Боль­шая липкость грунта усложняет его выгрузку из ковша машины или кузо­ва, условия работы конвейера или передвижение машины.

Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внеш­ним силовым воздействиям. Для оценки прочности горных пород и грунтов пользуются коэффициентом крепости по М. М. Протодьяконову. Косвенными показателями прочности грунтов являются скорость их бурения, а также число ударов ударника ДорНИИ.

Кусковатость разрыхленной массы (гранулометрический состав) характе­ризуется процентным содержанием раз­личных фракций.

Разрыхляемость — это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке вследствие потери связи между частицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентами первоначального и остаточного разрых­ления. Коэффициент первоначального разрыхления представляет собой от­ношение объема разрыхленного грунта к его объему в природном состоянии. Коэффициент остаточного разрыхле­ния k_р0 характеризует остаточное увеличение объема грунта (по сравнению с природным состоянием) после его уплот­нения. Значение коэффициента k_р0 обычно меньше k_p на 15-20 %.

Угол естественного откоса характе­ризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоя­нии предельного равновесия. Величина угла естественного откоса зависит от угла внутреннего трения, силы сцепле­ния и давления вышележащих слоев грунта. Крутизна откосов выемок и насыпей для постоянных и временных земляных сооружений различна. Крутизна отко­сов устанавливается СНиПами.

Все грунты группируют и классифи­цируют по трудности разра­ботки различными землеройными машинами и вручную. Наиболее часто для оценки трудности разработки грун­та используют показатель удельного сопротивления резанию (копанию) К_f.

Удельное сопротивле­ние копанию (резанию) K_f пред­ставляет собой отношение касательной составляющей усилия, развиваемого на режущей кромке ковша землеройного оборудо­вания, к площади поперечного среза грунта. Значение K_f зависит как от свойств и показателей разрабатываемого грунта, так и от конструктивного исполнения рабочего органа землеройного и землеройно-транспортного оборудования.

Профессором Н.Г.Домбровским были пред­ложены шесть групп грунтов:

· I и II — слабые (мягкие) и плотные грунты (чер­нозем, лесс, суглинок);

· III и IV— очень плотные (тяжелые суглин­ки, глины) и полускальные грун­ты (сланцы, алевролиты),

· V и VI — соответственно хорошо и плохо разрыхленные полускальные и скаль­ные грунты.

Указанная группировка грунтов по трудности разработки маши­нами нашла широкое применение в строительстве, на карьерных разработ­ках, в экскаваторостроении; в измененном виде она положена в основу нормиро­вания и расценок земляных работ в су­ществующих ЕНиР.

Группировка грунтов по трудности разработки в ЕНиР составлена отдельно для немерзлых (I-VI группы) и мерз­лых (Iм-IIIм) грунтов, причем грунты перечисляются в алфавитном порядке с указанием средних значений плотнос­ти. Разрыхленные немерзлые грунты нормируются на одну группу ниже, чем эти же грунты в массиве (неразрыхленном состоянии). К V и VI группам отнесены грунты, кроме пестроцветных моренных глин, разрабатывае­мые после предварительного разрыхле­ния.