Общие сведения о земляных работах

Земляными работами называют работы, связанные с разработкой и перемещением грунта с целью образования выемок или насыпей, которые по своему назначению могут иметь постоянный или временный характер. Например, выемки для железнодорожного пути или канала являются постоянными земляными сооружениями, а выемки для подземной прокладки трубопровода- временными, так как подлежат обратной засыпке после прокладки трубопровода. Технические требования к земляным сооружениям постоянного и временного назначения различны.

Грунты по трудности их разработки и способу производства работ в ДБН на земляные работы объединены в группы, различные для разных машин и ручной разработки.

Выемки небольшой ширины по сравнению с длиной называют траншеями. Выемки, ширина которых мало отличается от длины, или квадратные в плане, называют котлованами. Наклонные боковые поверхности выемок и насыпей называют откосами.

Крутизну откосов принимают в зависимости от глубины выемки или высоты насыпи, свойств грунта и его влажности, характера сооружения (постоянного или временного) и других факторов, влияющих на устойчивость откосов. Для постоянных земляных сооружений крутизна откосов предусматривается проектом. Для временных выемок и насыпей при грунтах естественной влажности крутизну откосов принимают, исходя из требований техники безопасности по СНиП.

Крутизну откосов выражают отношением высоты откоса к его заложению. Например, для выемок в песчаном грунте глубиной до 1,5 м это отношение составляет 1:0,5, а при глубине до 3 м - 1:1. Крутизну откосов иногда выражают углом между горизонтом и наклонной линией откоса. При неблагоприятных геологических условиях, например при повышенной влажности грунта и при наличии на поверхности у краев выемки нагрузок, крутизну откосов назначают для каждого отдельного случая по расчету.

При разработке выемок без откосов, т.е. с вертикальными стенками, последние во избежание обвалов крепят. По условиям техники безопасности рытье траншей и котлованов с вертикальными стенками без их крепления допускается только в грунтах естественной влажности на глубину, не превышающую 1 м в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах; 1,25 м -в супесях; 1,5 м - в суглинках и глинах; 2,0 м - в особо плотных нескальных грунтах.

Грунт при разработке разрыхляется, и объем его по сравнению с первоначальным увеличивается. В связи с этим различают объем грунта в плотном теле, т.е. в естественном состоянии, и его объем в разрыхленном состоянии. Увеличение объема при разрыхлении у разных грунтов различно и колеблется в пределах от 8% (у песка) до 50% (у скальных фунтов).

Разрыхленный грунт с течением времени под действием нагрузок от вышележащих слоев в влиянием атмосферных осадков снова постепенно уплотняется. Для ускорения этого процесса применяют искусственное уплотнение катками или трамбованием. Степень разрыхленности грунта после его осадки и уплотнения, выраженная в процентах по отношению к грунту в плотном теле, называют остаточным разрыхлением, которое колеблется от 1% (для песка) до 30% (для скальных разрыхленных грунтов). Показатели степени первоначального и остаточного разрыхления грунтов даны в ЕНиР на земляные работы.

Разработка и транспортировка грунта при работе экскаватором. Механизированная разработка грунта осуществляется землеройными машинами - одноковшовыми и многоковшовыми экскаваторами, тракторными прицепными и самоходными скреперами, бульдозерами. Одноковшовые строительные экскаваторы по виду ходового оборудования бывают на гусеничном, пневмоколесном, железнодорожном ходу и шагающие; по роду двигателя - дизельные, электрические и дизель-электрические; по вместимости ковша - от 0,15 до 100 м³.

Одноковшовый экскаватор может иметь различное сменное рабочее оборудование - прямую и обратную лопаты, драглайн и грейфер, применяемые в зависимости от местных условий производства работ.

Экскаватор с прямой лопатой (рис. 4.1) применяют для разработки широких выемок в грунтах нормальной влажности. Экскаватор перемещается по дну выемки, копает «от себя» снизу вверх с погрузкой разрабатываемого грунта на транспортные средства- автосамосвалы, железнодорожные вагоны, подаваемые в радиус действия стрелы экскаватора.

Место, где ведут работы по выемке грунта, называют забоем. Забой - это рабочая зона экскаватора, т.е. площадка, на которой он размещается, часть поверхности массива, с которой производят выемку грунта, а также площадка для подачи транспортных средств под погрузку грунта или для его отвала. Высота забоя для наиболее полного заполнения ковша должка быть не меньше трехкратной высоты ковша. Выемку, образованную одним ходом экскаватора, называют проходкой. При широких выемках делают несколько проходок.

Экскаватор с обратной лопатой (рис. 4.2) перемещается по верху забоя, копает «на себя», разрабатывая грунт, лежащий ниже уровня его стоянки. Обратная лопата применяется, главным образом, для разработки траншей при прокладке подземных коммуникаций, а также при планировочных работах и рытье небольших котлованов, не допускающих применения прямой лопаты. Обратная лопата может брать грунт из-под воды.

Разрабатываемый грунт обычно отсыпают в отвал на бровку траншеи, а излишки, не нужные для обратной засыпки, - на транспортные средства.

Экскаватор-драглайн (рис. 4.3) имеет удлиненную стрелу и ковш, свободно подвешенный на тросе. Его применяют при разработке глубоких котлованов, каналов и траншей с отсыпкой грунта в отвал или на транспортные средства. Разработка грунта производится ниже уровня стоянки экскаватора с работой его «на себя». Заполнение ковша происходит во время его волочения по грунту. На строительстве применяют экскаваторы-драглайны с ковшами различной вместимости. Более того, заводы могут по отдельному техническому заданию изготовить и поставить машину с ковшом по просьбе заказчика.

Преимуществом экскаватора-драглайна перед экскаватором с прямой лопатой является то, что он может брать грунт со дна водоема или из выемок, заполненных грунтовой водой.

На строительных площадках наибольшее распространение имеют экскаваторы с ковшом вместимостью 1-1,5 м³ дающие производительность на грунтах нормальной влажности от 1000 до 1200 м³ в смену (в зависимости от группы грунта).

Экскаватор с грейферным ковшом, свободно подвешенным на тросе (рис. 4.4), может разрабатывать легкие грунты I и II групп, а более тяжелые - при условии предварительного их разрыхления. Наиболее часто применяют его для разработки глубоких выемок с вертикальными стенками.

Экскаватор с грейферным ковшом может брать грунт из-под воды. Его широко применяют при массовой погрузке сыпучих материалов (песка, щебня, шлака и пр.). Вместимость грейферного ковша - от 0,25 до 2,5 м³. Производительность экскаватора с грейферным ковшом меньше, чем у других экскаваторов, и при ковше 0,5 м³ составляет до 350 м³ в смену.

При разработке грунта экскаваторами с погрузкой его на транспортные средства вид и количество транспортных средств определяют в зависимости от производительности экскаватора и условий его работы. График работы транспорта при этом должен быть составлен так, чтобы не было простоев экскаватора в ожидании подачи транспортных средств, а также простоев транспортных средств в ожидании погрузки.

Многоковшовые экскаваторы. Разработку узких траншей с вертикальными стенками для прокладки различных трубопроводов (водопроводных, канализационных, газовых и др.) производят многоковшовыми цепными или роторными экскаваторами (рис. 4.5) с отвалом грунта вдоль траншеи.

Роторный многоковшовый траншейный экскаватор роет траншеи с вертикальными стенками глубиной до 3,5 м и шириной 0,8 м, а с уширителями шириной 1,1 м. Производительность такого экскаватора 600-700 м³ в смену.

Разработка и перемещение грунта скреперами и бульдозером. Для послойного срезания и транспортирования грунта при планировочных, дорожных и вскрышных работах, а также при разработке неглубоких выемок и устройстве насыпей применяют тракторные прицепные или самоходные скреперы и бульдозеры.

Скрепер представляет собой ковш вместимостью от 3 до 25 м³ и более на колесном ходу. В передней части ковша имеются заслонка и нож. При наборе грунта заслонка поднимается, ковш наклоняется и нож врезается в грунт на глубину от 5 до 30 см. После заполнения ковша заслонка опускается, а ковш поднимается и принимает транспортное положение. При выгрузке заслонка поднимается и грунт выталкивается из ковша задней передвижной стенкой.

Скреперы эффективны тем, что ими осуществляется весь комплекс механизации земляных работ - разработка, перемещение, разгрузка равномерным слоем и уплотнение грунта (при повторном проходе по отсыпанному грунту).

Максимальной рациональной дальностью возки грунта для прицепного скрепера с ковшом вместимостью до 6 м³ считается не более 300 м, а для самоходных с ковшом 15 м³ - от 1000 до 5000 м.

Бульдозером называют гусеничный или колесный трактор с передним навесным отвалом, приспособленным для резания и перемещения грунта на небольшие расстояния (100-150 м).

В отличие от скрепера, перемещающего грунт в ковше, бульдозер перемещает грунт, толкая его впереди себя. Бульдозер широко и эффективно используют на планировочных работах, на засыпке траншей и котлованов грунтом, вынутым из них и лежащим на бровке, а иногда на рытье небольших и неглубоких котлованов или на устройстве невысоких насыпей. Для увеличения производительности бульдозера рекомендуется на отвале иметь открылки, препятствующие утере грунта во время его перемещения.

Свайные работы

Сваи применяют для устройства фундаментов под здания и инженерные сооружения, для укрепления слабых грунтов, устройства ограждений у котлованов для удержания вертикальных стенок грунта от обрушения и в качестве ограждений, предназначенных для защиты сооружений от подмыва их водой. Основное назначение свай - устройство фундаментов. В настоящее время свайные основания получили самое широкое распространение, как в промышленном, так и гражданском строительстве. В основном применяются сваи железобетонные, квадратные 30x30 см и 35x35 см. В практике наиболее часто применяются несоставные сваи (длиной до 11-12 м) и составные (при большей длине).

Забивка (погружение) свай в грунт производится самоходными сваебойными агрегатами (рис. 4.8) и копрами. Наибольшее распространение получили самоходные агрегаты на базе широко применяющейся землеройной техники. Универсальное применение на базе какой-либо техники сваебойных агрегатов наиболее экономически выгодно, т.к. весьма сложно обеспечить специальную технику для забивки свай постоянным фронтом работ.

Но железобетонные забивные сваи бывают не только квадратного, но и прямоугольного и круглого сечения, сплошные и полые. Нижний конец сплошных свай имеет четырехгранное или круглое заострение, заканчивающееся специальным стальным башмаком из отогнутых к острию и сваренных в пучок продольных стержней арматуры.

Стальные сваи применяют преимущественно для шпунтовых рядов по устройству ограждений котлованов. Профили поперечного сечения свай даны на рис. 4.9.

Преимуществом стального шпунта являются его прочность, возможность забивки по кривой и возможность многократного использова­ния; недостатком - подверженность коррозии.