Грунтовые работы

Строительный "нулевой цикл" начинается с выполнения земляных работ: разбивки и рытья траншей и котлованов для устройства фундаментов, прокладки трубопроводов и кабельной сети, транспортирования грунта (погрузка, перемещение, выгрузка), обратной засыпки и устройства насыпи с уплотнением.

Земляные работы трудоемки, как правило, должны выполняться механизированным способом. Ручная разработка грунта допускается при наличии особых условий (рытье в местах с наличием проложенных подземных коммуникаций, ограниченной маневренности машин и т. п.). В зависимости от вида строительства удельный вес земляных работ в общей трудоемкости строительных работ на объекте составляет от 5 до 15%.

Разработка траншей и котлованов

На обноске здания от осей стен откладывают ширину фундаментов и по забитым в этих местах гвоздям натягивают проволоку, которая будет определять положение внутренней и внешней поверхности фундамента. Оси и размеры траншей и ям под фундаменты с натянутых проволок переносят с помощью отвеса на землю, забивая колышки. Разбивка трасс и траншей подземных коммуникаций состоит в установке временных реперов и обозначении на местности оси трассы вешками, располагаемыми через каждые 10 м на прямых участках и через 5 м - на кривых и местах расположения колодцев. Все точки оси и бровок траншеи обозначаются колышками на местности и после рытья траншеи экскаватором или вручную в местах расположения колодцев и на углах поворота трассы устанавливают обноски

На обноске над центром колодца забивают гвоздь, а к середине обноски прибивают горизонтальную планку-полку и рядом с ней постоянную визирку. Положение верхних граней полки и визирки определяют по нивелиру, руководствуясь продольным профилем трассы трубопровода. Для придания дну траншеи проектных уклонов производят визирование, пользуясь неподвижной и перемещаемой визирками. Длина подвижной визирки равна расстоянию от верхнего ребра неподвижной визирки до проектной отметки дна траншеи и принимается кратной 0,5 м (2; 2,5; 3; 3,5 м и т. д.). Подвижная визирка перемещается по проволоке, натянутой на обноске по оси трубопровода между двумя колодцами, при этом линия визирования проходит через верхние грани неподвижной и подвижной визирок. Руководствуясь положением нижней части подвижной визирки, производят окончательную зачистку и контроль уклонов дна отрытой траншеи.

Разбивка выемок и насыпей обозначается на местности вехами и кольями оси сооружения, ширины выемки поверху и насыпи понизу, высоты насыпи, глубины выемки и откосов. Все разбивочные знаки (створные вехи, сторожки) закрепляют кольями, которые забивают с одной стороны сооружения на определенном расстоянии от основных разбивочных знаков (рис.2). Для обозначения откосов выемок и насыпей применяют переносные шаблоны, высоту насыпи обозначают высотниками.

На производство земляных работ большое влияние оказывают физико-механические свойства грунтов: средняя плотность, влажность, сила внутреннего сцепления частиц, разрыхляемость.

Различают следующие виды фунтов.

Пески - сыпучая смесь зерен кварца и других минералов крупностью 0,25...2 мм, образовавшаяся в результате выветривания горных пород.

Супески - пески с примесью 5... 10% глины.

Гравий - горные породы, состоящие из отдельных скатанных зерен диаметром 2...40 мм, иногда с некоторой примесью глинистых частиц.

Глины - горные породы, состоящие из чрезвычайно мелких частиц (менее 0,005 мм), с небольшой примесью мелких песчаных частиц.

1 - вехи с планками для обозначения размеров в плане выемки и отвала, 2- веха для обозначения оси отвала, 3 - шаблон, 4 - проектный откос, 5 - откосники, 6 - высотник (установлен в стороне от насыпи)

Суглинки - пески, содержащие 10...30% глины. Суглинки делятся на легкие, средние и тяжелые.

Лёссовидные грунты - содержат более 50% пылевидных частиц при незначительном содержании глинистых и известковых частиц. Лёссовидные грунты при наличии воды размокают и теряют устойчивость.

Плывуны - песчано-глинистые грунты, сильно насыщенные водой.

Растительные грунты - различные почвы с примесью 1...20% перегноя.

Скальные грунты - состоят из твердых горных пород.

Грунты в зависимости от трудности и способа их разработки делятся на категории (табл.1).

Таблица 1

Категории и способы разработки грунтов

При разработке грунт разрыхляется и увеличивается в объеме. Объем насыпи будет больше объема выемки, из которой грунт взят. Грунт в насыпи под действием собственного веса или механического воздействия уплотняется постепенно, поэтому различны значения первоначального процента увеличения объема (разрыхления) и процента остаточного разрыхления после осадки грунта (табл.2).

Таблица 2

Увеличение объема грунта при разрыхлении

При разработке и усадке разрыхленного грунта выемки и насыпи образуют естественные откосы различной крутизны. Наибольшую крутизну откосов траншей и котлованов, устраиваемых без креплений, следует принимать согласно табл.3. При обеспечении естественной крутизны откосов обеспечивается устойчивость земляных насыпей и выемок.

Рытье котлованов, траншей, дорожных выемок, каналов, устройство насыпей состоит из рабочих процессов:

- копание и выгрузка грунта на бровку выемки и транспортные средства;

- транспортирование фунта в отвал или насыпь;

- разравнивание и уплотнение грунта на месте выгрузки;

- отделка откосов, подчистка и планировка дна.

Выполняют эти работы комплекты машин - экскаваторы, скреперы, бульдозеры, тракторы с прицепами, автомобили-самосвалы и др.

При ручной разработке траншеи землекоп может выбрасывать грунт на бровку с глубины до 1,5 м. Для подъема грунта с большей глубины при ручной разработке применяют средства малой механизации - краны, подъемники-транспортеры различного типа.

Рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками без крепления может выполняться в песчаных и крупнообломочных грунтах на глубину 1 м, в супесях - 1,25 м, в суглинках и глинах - 1,5 м и очень прочных суглинках и глинах - 2 м.

При необходимости работы людей в траншее с вертикальными стенками наименьшее расстояние в свету между боковыми поверхностями или щитами крепления должно быть не менее 0,7 м.

При обратной засыпке траншей и котлованов крепления должны быть разобраны. Разработка грунта в траншеях и котлованах в случае пересечения ими любых подземных коммуникаций допускается лишь при наличии письменного разрешения эксплуатирующей организации, при этом в непосредственной близости коммуникаций грунт должен разрабатываться вручную (1 м над трубой, кабелем и т. п.). При неожиданном (не обозначенном в проекте) обнаружении подземных коммуникаций земляные работы необходимо приостановить и вызвать на место представителей соответствующих эксплуатирующих организаций.

Укрепление грунтов

Для повышения несущей способности оснований зданий и сооружений применяют различные способы укрепления грунтов: цементацию, силикатизацию, битумизацию, электрохимическую и термическую обработку. Временное искусственное замораживание применяется при разработке водонасыщенных фунтов в гидротехническом строительстве и метростроении.

Наиболее простыми и надежными способами укрепления грунтов являются цементация, силикатизация и электросиликатизация.

Силикатизация фунтов выполняется однорастворным (силикат натрия - жидкое стекло, алюминат натрия) или двухрастворным (жидкое стекло и хлористый кальций) составами, нагнетаемыми через инъекторы (перфорированные трубы диаметром 19...38 мм и длиной 1 м) под давлением 0,3...0,6 МПа (3...6 атм). Силикатизацией закрепляют мелкие и пылеватые пески, плывуны и лёсс. Радиус закрепления фунтов вокруг одного инъектора примерно 0,3... 1 м.

При электросиликатизации - пропускании через инъекторы (как электроды) постоянного тока - ускоряются в 4...20 раз темпы работ и повышается их качество. Особенно эффективен метод электросиликатизации для закрепления грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут.

Однорастворную силикатизацию применяют для грунтов при содержании солей кальция и магния более 0,6 мг-экв, при меньшем содержании этих солей в грунте необходимо использовать двухрастворный состав. При двухрастворном закреплении грунтов каждый из растворов последовательно нагнетается отдельным насосом (типа НС-3 или ручным ГН-200 и т. п.). Инъекторы забивают в фунт с помощью пневматических молотков или механических копров, а извлекают из грунта лебедкой, копром или домкратом грузоподъемностью 5... 10 т.

Цементация грунтов (преимущественно песчано-гравийных) производится инъекторами из стальных труб диаметром 25...75 мм, при этом изготавливают звенья длиной 1...1,5 м, которые соединяют муфтами по мере погружения труб в грунт. Обычно раствор готовят на цементах марки 400 при соотношении 0,8 (вода): 1 (цемент). Расход раствора составляет 0,2...0,4 м на 1 м укрепляемого грунта. После извлечения инъекторов из грунта скважину заливают цементным раствором. Возможно также использование цементно-глинопесчаных растворов: 1 (цемент): 1 (глина): 1 (песок): 4 (вода).

Машины и механизмы для земляных и свайных работ

Для выполнения земляных работ в строительстве применяются следующие типы машин: землеройно-транспортные, экскаваторы, бурильные и вспомогательные.

Землеройно-транспортные машины применяют для послойного снятия грунта, транспортировки его и выгрузки в насыпь или отвал. К таким машинам относят бульдозеры и скреперы различных типов. Бульдозеры широко применяются в строительстве при снятии верхнего слоя грунта и планировке местности, рытье неглубоких котлованов, засыпке котлованов и траншей после укладки трубопроводов, возведении фундаментов, уборке строительного мусора и т. д.

Скреперы колесные прицепные к тракторам в основном применяют в гидротехническом строительстве при устройстве выемок, подсыпок, планировке местности транспортировке грунта на расстояние до 200...400 м. Для больших выемок и дальних перемещений грунта используются самоходные автоскреперы.

Экскаваторы одноковшовые являются основными землеройными машинами, бывают на гусеничном и пневмоколесном ходу со сменным рабочим оборудованием - прямой или обратной лопатой, драглайном или грейфером (см. табл.5).

Экскаваторы с прямой лопатой применяют для разработки фунта с погрузкой на транспорт и реже для отсыпки грунта, при этом забой должен располагаться выше уровня стоянки экскаватора, а транспорт на одном или несколько выше уровне экскаватора.

Экскаватор с обратной лопатой применяют для разработки котлованов и траншей, при этом забой должен быть ниже уровня стоянки экскаватора, а транспорт на уровне стоянки.

Драглайн и грейфер как сменное оборудование могут использоваться на экскаваторах с прямой и обратной лопатой путем установки удлиненной стрелы и специальных ковшов. Экскаватор-драглайн применяют для разработок, требующих большого радиуса действия, глубоких выемок, с извлечением грунта из-под воды, при этом транспорт располагается на уровне стоянки.

На экскаватор-грейфер подвешивается специальный ковш, состоящий из двух или более челюстей, смыкающихся и размыкающихся с помощью системы тросов. Ковш в раскрытом состоянии опускается на грунт и врезается в него, посредством сжимания челюстей ковш наполняется и поднимается, экскаватор поворачивается для выгрузки, разгруженный ковш возвращается в начальное положение.

Экскаватор-грейфер применяют для разработки глубоких малого сечения котлованов, извлечения грунта из-под воды, погрузки и разгрузки песка, гравия, щебня.

Одноковшовые экскаваторы могут оснащаться дополнительным навесным оборудованием: захватом корчевателя для корчевки пней, трамбовкой, дизель-молотом для рыхления мерзлого грунта, клин-бабой, направляющими копра для забивки свай, стрелой с крюком для подъема грузов и др.

Таблица 5

Машины для земляных работ

Роторные экскаваторы по сравнению с цепными многоковшовыми экскаваторами более долговечны и производительны.

Бурильные машины навесные на автомобили и тракторы применяют для копания ям под столбовые фундаменты, столбы линий связи, заборов и др. Катки для уплотнения грунта бывают гладкие, кулачковые, с падающими грузами, вибрационные, пневмоколесные и комбинированные. Уплотнение грунта повышает устойчивость земляных сооружений, уменьшает их осадку и увеличивает водонепроницаемость.

При уплотнении грунта необходимо соблюдать следующие требования:

- уплотнение вести проходками вдоль оси насыпи, начиная от бровки по направлению к середине,

- край вальца катка должен быть не ближе 0,3 м от бровки во избежание обрушения откосов,

- каждый слой грунта должен уплотняться одинаковым количеством проходок,

- каждая проходка должна перекрывать след предыдущих на 10...15 см.

По эффективности работы и глубине уплотнения грунта трехтонный виброкаток равноценен катку со статической массой 25 т. Кроме катков для уплотнения грунтов применяют трамбовочные плиты (грузы) и машины. Наиболее удобно использовать краны-копры - обычные подъемные краны (предпочтительно гусеничные) с подвесными стрелами копра, к крюку крана подвешивают сваебойный механизм.