Улаштування земляних споруд типу виїмок та насипів

3.5.1. Загальні положення та визначення.

Котловани — це тимчасові виїмки, що влаштовуються для зведення фундаментів та інших частин будівель та споруд, що розташовані нижче поверхні грунту. Бувають з вертикальними стінками (завжди вимагають кріплення, якщо глибина їх перевищує значення, що вказані в п. 3.3.3), з укосами (якщо вертикальні стінки неможливі або кріплення економічно не доцільні)

Траншеї — це тимчасові виїмки, витягнуті по довжині, призначені для вкладання труб та інших підземних комунікацій. Також бувають з вер­тикальними стінками та укосами.

Насипи — це постійні (рідше тимчасові) споруди, що призначаються для влаш­ту­вання земляних гребель, полотен доріг (автомобільних та залізни­чних), дамб тощо. До них пред'являються підвищені вимоги стосовно їх сталос­ті та надійності. Як правило, ці вимоги забезпечуються правильно вибра­ною стрімкістю укосів, що залежить від висоти насипів, виду грунтів, розташування грунтових вод, а також спеціальними заходами по забезпечен­ню ретельного ущільнення (як правило, пошарового).

Тимчасові насипи грунту, що влаштовуються недалеко від будівельного май­данчика й необхідні для майбутнього використання цього грунту для потреб будівництва звуться резервами.

Резервами також називають постійні виїмки вздовж дорожнього полот­на, грунт з якого виймається для влаштування цього полотна.

Деякі інші терміни та схеми насипів та виїмок представлені на Рисунку 3.7.

В насипи вкладають пісок, суглинки, гравій та крупноуламкові грунти. Якщо насипи влаштовуються з різних за якістю та властивостями грунтів, то вкладання кожного з них виконується шарами. Там, де грунт добре дренує вологу, поверхня шару робиться горизонтальною, а там, де власти­вості дрену­вання низькі, поверхня виконується похилою від вісі насипу до його краю.

Для виконання насипів та виїмок можуть використовуватися ті ж меха­нізми, що описані в п. п. 3.4.3, 3.4.4 та 3.4.5. Але частіше застосо­вуються екскаватори. Відомі й широко вживаються способи намиву (гідрав­лічні методи) насипів.

3.5.2. Обсяги земляних робіт при влаштуванні котлованів.

Визначаються по методу поперечних профілів. Для цього підраховують робочі відмітки в кутах та точках пересічення контуру дна котловану з горизонталями. Потім визначають величини закладання відкосів (h.m) і наносять їх на план, і, з'єднавши їх крайні точки прямими лініями, отриму­ють окреслення відкосів. (див. Рисунок 3.8)

Обсяг робіт підраховують по ділянках, отриманих в результаті ділення котловану вертикальними профільними площинами. Такі площини прово­дять в торцях котловану (перерізи I-I та V-V) та в точках пересічення гори­зон­талей з поздовжньою віссю (II-II, III-III, IV-IV). Обсяги грунтів на кожній ділянці визначають за наступним формулами:

Ділянка котловану між паралельними перерізами (призматоїди), (Рису­нок 3.9):

(3.21)

де . (3.22)

Окрема виїмка, (Рисунок 3.10):

(3.23)

при А = В і а = b:

(3.23а)

Виїзна траншея, (Рисунок 3.11):

(3.24)

Для визначення обсягів робіт при влаштуванні котлованів складних окреслень їх розбивають на ряд простих складових елементів, об'єм кожного з них визначають за наведеними раніше формулами.

Обсяг земляних робіт при відривці траншей. Поздовжній профіль розчле­но­вують на ділянки між точками перелому й для кожної такої ділянки за наведеними раніше формулами визначають об'єми, після чого їх сумують.

Ширину траншеї по дну приймають відповідно до норм. Для укладання трубопроводів батогами або секціями ширина траншеї В=(Д+0.3) (м), а при укладанні трубопроводів окремими трубами (залежно від діаметру та виду труб) — від В=(Д+0.5) (м) до В=(Д+1.2) (м) (тут Д — зовнішній діа­метр трубопроводу з урахуванням ізоляції).

Обсяги земляних робіт при влаштуванні насипу (полотна доріг, гребель) визначаються залежно від різниці відміток суміжних перерізів та довжини ділянок за такими формулами, (Рисунок 3.12):

(3.25)

при h1-h2<0.5 м та l<50 м і

(3.26)

при h1- h2> 0.5 м та l > 50 м.

3.5.3. Розробка і переміщення грунту за допомогою екскаваторів.

Розробку грунтів за допомогою екскаваторів виконують при плануванні майданчиків, коли робочі відмітки дозволяють наповнювати ківш за одне заход­ження, а грунт необхідно перевозити на значну відстань, а також при копанні котлованів та траншей.

По трудності розробки одноківшовими екскаваторами грунти підрозді­ляються на шість груп: І — грунт рослинного шару, лес та пісок всіх ви­дів; ІІ — суглинок з домішками гравію та м'якої глини; ІІІ — важка ломова глина; ІV — тверда глина; V — попередньо розпушені мерзлі грунти; VІ — попередньо розпушені скельні грунти. Грунти ІV…VІ катего­рій розробля­ють гідравлічними екскаваторами, які мають питоме зусилля копання в 1.5…2 рази вище по зрівнянню з екскаваторами з механічним приводом.

На планувальних роботах частіше всього використовують екскаватор, обладнаний прямою лопатою з місткістю ковша 0,5...1 м3. При відриванні котлованів екскаватор з ковшем необхідної місткості підбирають залежно від обсягів робіт, характеристики грунту та робочих відміток забою.

Забоєм називають робочу зону екскаватора, включаючи майданчик, на якому знаходиться екскаватор, частину масиву грунту, яка відривається з однієї стоянки, та майданчик для стоянки транспортних засобів під навантаженням.

Найменша висота забою, яка забезпечує наповнення ковша екскаватора «з шапкою» при розробці прямою лопатою, повинна бути не менше три­кратної висоти ковша, а найбільша — не більше максимальної висоти ко­пан­ня екскаватора.

Екскаватори, обладнані прямою лопатою, розробляють котловани пере­важно в грунтах сухих та нормальної вологості лобовими (торцевими) або боковими проходками з навантаженням грунту в транспортні засоби.

Можливість розробки котловану тією чи іншою проходкою залежить від характеристики робочого обладнання екскаватора, глибини копання та ширини котловану.

Розробку котловану лобовими проходками ведуть з розміщенням транс­портних засобів безпосередньо в забої і, рідко, вище підошви забою. В останньому випадку найбільша глибина котловану визначається за форму­лою:­

, (3.27)

де Нв— найбільша висота навантаження, м;

hт— висота транспортного засобу до верха борту, м;

0,5 — мінімально допустима відстань між нижнім краєм відкритого днища ковша екскаватора та верхом борту транспортного засобу, м.

Якщо глибина котловану перевищує максимальну висоту копання екска­ватора, то розробку ведуть ярусами, прагнучи до того, щоб в перерізі кот­ло­вану вписати мінімальну кількість проходок.

Котловани шириною менше 1.5 R розробляють лобовою проходкою з однобічним навантаженням в транспортні засоби (Рисунок 3.13а). При ширині котловану 1.5R Ј В Ј 1.9R розробку ведуть лобовою проходкою з двобічною подачею транспортних засобів (Рисунок 3.13б). Найбільша ширина лобової проходки при переміщенні екскаватора по прямій:

(3.28)

де Rр — найбільший радіус копання, м

lп— довжина робочого переміщення екскаватора, м.

Котловани шириною 1.9R<ВЈ2.5R розробляють розширеною лобовою проходкою з переміщенням екскаватора по зигзагу (див. Рисунок 3.13 в), а при 2.5R<ВЈ3.5R — з переміщенням поперек котловану (див. Рисунок 3.13 г).

Широкі котловани (В > 3.5 R) розробляють спочатку лобовою, а потім боковими проходками. Максимальна ширина кінцевої бокової проходки:

(3.29)

де Rст— найбільший радіус копання на рівні стоянки екскаватора, м.

Розробка прямими лопатами котлованів (траншей) виконується з недобо­ром грунту в підошві котловану, який не перевищує 5...20 см при місткості ковша відповідно 0.25...5 м3.

Для заїзду в забій влаштовують траншеї зі схилом 0.1...0.15. Ширину в'їзних траншей по низу при однобічнім русі приймають 3...3.5 м.

Нормальна висота забою, при якій ківш екскаватора наповнюється повністю за одне переміщення, може бути визначена за формулою:

(3.30)

де q — об'єм ковша, м3;

b — ширина ковша прямої лопати, м;

hс— товщина стружки, м;

Кр— коефіцієнт розпушення грунту.

Найбільш ефективною висотою розробки грунту прямою лопатою повин­но бути 0.8…1.2 висоти напірного валу. Найменша висота розробки повинна забезпечувати наповнення ковша екскаватора на 50 % і повинна бути не менше 1/3 висоти напірного валу в нескельних грунтах та не менше 1/4 висоти напірного валу в скельних грунтах.

Екскаватори, обладнані зворотною лопатою, використовують при роз­роб­ці траншей та котлованів із завантаженням транспортних засобів або ж у відвал.

Розробку грунту виконують торцевими та бічними забоями з розташуван­ням­ екскаватора вище рівня дна забою й навантаженням грунту в транспорт­ні засоби. Зазначені умови дозволяють використовувати ці екскаватори при розробці грунтів підвищеної вологості та мокрих грунтів. Можливість розробки котловану торцевою або бічною проходкою залежить від характе­ристики робочого обладнання екскаватора, глибини копання та ширини котловану. Найбільшу ширину торцевої проходки по верху при переміщенні екскаватора по прямій та двобічній подачі транспорту визнача­ють за формулою:

(3.31)

а по низу ­— за формулою:

(3.32)

Ширина торцевої проходки при завантаженні транспортних засобів з двох боків знаходиться в межах (1.6...1.7)Rр. При однобічній подачі транс­портних засобів вона зменшується до 1.3R, й вісь шляху екскаватора пере­міщується в бік розташування транспорту. При розробці котлованів з виван­та­женням грунту у відвал ширина проходки обмежується необхід­ніс­тю розміщення грунту у відвалі з утворенням берми-майданчика від брів­ки котловану до підошви відвалу.

Котловани, ширина яких перевищує максимальну ширину проходки при­ переміщенні екскаватора по прямій, розробляють декількома торцевими про­ходками або зигзагоподібними чи поперечно-торцевими переміщеннями екскаватора. Кут повороту екскаватора при торцевих проходках та подачі транспортних засобів з боку розробки може бути від 30 до 60 градусів.

Найбільшу ширину кожної наступної торцевої проходки (якщо розроб­ляють один бік виїмки) визначають за формулою:

(3.33)

Екскаватори-драглайни використовують при тих же умовах, що й екскаватори зі зворотною лопатою. Розробку грунту драглайном виконують нижче рівня стоянки торцевими або бічними проходками в транспортні засоби та (рідше) у відвал. Перевагами драглайна є більші радіус дії та глибина копання. Особливо ефективна розробка м'яких і щільних грунтів, в тому числі обводнених та з слабкою міцністю.

Драглайни розробляють забої по поперечно-човниковій та поздовжньо-човниковій схемах (дивись вище).

При поперечно-човниковій схемі розробки котлованів драглайном наби­ран­ня грунту виконують почергово з кожного боку самоскида, який подається по дну виїмки, без припинення повороту стріли в момент вивантаження грунту.

При повздовжньо-човниковій схемі грунт набирають перед задньою стінкою кузова і, піднявши ківш розвантажують його над кузовом. Завдяки зменшенню висоти піднімання ковша і кута повороту екскаватора до 6..10опродуктивність екскаватора збільшується в 1.5…2 рази. Ці схеми доцільно використовувати при розробці широких котлованів.

При розробці котлованів бічними проходками та вивантаженні грунту у відвал рекомендується вести роботу по круговому циклу-поворотом екскаватора на 360 градусів.

Експлуатаційна змінна продуктивність екскаватора, м3/зміну, визна­чається за формулою:

(3.34)

Кількість транспортних одиниць при умові безперервної дії екскаватора визначають за формулою:

, де (див. вище) (3.35)