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

Категория грунтов

Виды грунтов

Плотность, кг/м

Способ разработки

I

Песок, супесок, растительный грунт, торф

600...1600

Ручной (лопаты), машинами

II

Легкий суглинок, лёсс, гравий, песок со щебнем, супесок со строймусором

1600... 1900

Ручной (лопаты, кирки), машинами

III

Жирная глина, тяжелый суглинок, гравий крупный, растительная земля с корнями, суглинок со щебнем или галькой

1750... 1900

Ручной (лопаты, кирки, ломы), машинами

IV

Тяжелая глина, жирная глина со щебнем, сланцевая глина

1900...2000

Ручной (лопаты, кирки, ломы, клинья и молоты), машинами

V...VII

Плотный отвердевший лёсс, дресва, меловые породы, сланцы, туф, известняк и ракушечник

1200...2800

Ручной (ломы и кирки, отбойные молотки), взрывным способом

VIII...XI

Граниты, известняки, песчаники, базальты, диабазы, конгломерат с галькой

2200...3000

Взрывным способом

 

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

Категория грунта

Процент разрыхления грунта

первоначальный

остаточный

I

8...17

1...2,5

I (торф и растительный грунт)

20...30

3...4

II

14...28

1,5...5

III

24...30

4...7

IV

26...32

6...9

V...XI

30...50

10...30

 

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

Машины

Вместимость ковша, м3

Радиус копания (ширина резания, захвата, диаметр), м

Глубина копания (толщина слоя), м

Модель

Экскаваторы одноковшовые навесные на тракторах

0,15

4

2,2

Э-151А

0,25

5

3

ЭО-2621А

Экскаваторы одноковшовые полноповоротные пневмоколесные

0,5

8,6

5

ЭО-3322Д, ЭО-3322А

0,65

9

7

ЭО-4121, ЭО-3532

0,8

7,5

3

ЭО-4123, ЭО-4321Б

1

10

7

ЭО-4322

Экскаваторы одноковшовые полноповоротные гусеничные

0,45

6

6,4

ЭО-3111, ЭО-3211Д

0,65

7

7,5

ЭО-4121, ЭО-4112

1

12

6

ЭО-5111А, ЭО-4125

1,5

12

6

ЭО-5116

2,5

12

6

ЭО-6123

Экскаваторы роторные траншейные на тракторах, гусеничные

-

(0,3)

1,3

ЭТР-132Б ЭТР-134

-

(0,68)

1,6

ЭТР-162

-

(1,2)

2

ЭТР-204

-

(0,8...1,5)

2,2

ЭТР-224

-

(2,1)

2,5

ЭТР-253А

Экскаваторы многоковшовые траншейные цепные

-

(0,5)

0,8

ЭТЦ-080

-

(0,4)

1,6

ЭТЦ-165А

-

(0,8)

2,5

ЭТЦ-252

-

(0,8...1,5)

3,5

ЭТЦ-353

Скреперы прицепные

3

(2,1)

0,2

ДЗ-33

4,5

(2,4)

0,13

ДЗ-87, ДЗ-111

8

(2,7)

0,35

ДЗ-77А

Скреперы самоходные

4,5

(2,4)

0,2

ДЗ-87-1А

15

(2,9)

0,35

ДЗ-13Б, ДЗ-115

25

(3,6)

0,25

ДЗ-67

Бульдозеры с неповоротным отвалом мощностью до 80 кВт

-

(2,5)

0,3

ДЗ-42, ДЗ-133

-

(3,2)

0,4

ДЗ-54

мощностью более 80 кВт

-

(3,2)

0,5

ДЗ-110В

-

(4,3)

0,7

ДЗ-116В, ДЗ-118

Катки статического действия: прицепные на пневмошинах, массой

12,5 т

-

(2,2)

(0,25)

ДУ-30

25 т

-

(2,5)

(0,35)

ДУ-39, ДУ-16Г

кулачковые, массой 8 т

-

(2,6)

(0,3)

ДУ-32

самоходные, массой 8 т

-

(1,3)

(0,15)

ДУ-47Б

16т

-

(1,6)

(0,15)

ДУ-31

30 т

-

(2,2)

(0,25)

ДУ-30

Катки вибрационного динамического действия прицепные массой

3 т

-

(1,4)

(0,6)

ДУ-14

6 т

-

(1,8)

(1,2)

ДУ-8

самоходные массой

2,5 т

-

(0,85)

(0,2)

ДУ-10А

-

(1)

(0,3)

ДУ-25

Машины буровые и бурильно-крановые

-

(0,35...0,8)

2

ЭТЦ-288Д

-

(0,35...0,8)

3

БМ-203

-

(0,3...0,65)

8

БМ-802С

-

(0,3...0,65)

15

БМК-1401, БМ-1500

 

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.