Земляні роботи. Види земляних споруд

1. Види земляних споруд.

До складу земляних робіт входить розробка виїмок або зведення насипів з метою створення земляних споруд, які поділяються на постійні і тимчасові.

До постійних земляних споруд відносяться: виїмки для каналів, доріг, сховищ, насипу для доріг, дамб, плотнин, загат, а також виїмки і насипу, що виконуються при планування майданчиків на території будівництва.

До тимчасових земляних споруд відносяться виїмки для зведення фундаментів будівель і споруд, траншей для інженерних мереж - водопроводу, каналізації, телефонізації, тепломереж, газових мереж і споруд.

Виїмки шириною більше 3 м називають - котлованами;

вузькі виїмки, які розробляють для стрічкових фундаментів, а також інженерних мереж, - траншеями або ровами,

спеціальні виїмки, , які розробляють для видобутку грунту, - резервами, а спеціальна насип, що служить для відсипання зайвого ґрунту, - кавальєрами.

2. Способи виконання земляних робіт

Земляні роботи залежно від будівельних властивостей ґрунту вико­нують в основному гідромеханічним, вибуховим або механічним спосо­бами.

Гідромеханічний спосіб полягає у розробленні ґрунту за допомогою напірного водяного струменя гідромоніторних установок або всмокту­ванні ґрунту з дна водоймищ плавучими землесосними снарядами.

Вибуховий спосіб заснований на використанні сили вибухової хви­лі, що виникає внаслідок розкладання різних вибухових речовин, закладе­них у спеціально влаштовані шпури, свердловини чи шурфи. Цей спосіб є одним з ефективних засобів механізації трудомістких та тяжких робіт.

Механічний спосіб полягає у розробленні ґрунту копанням за до­помогою землерийних (одноківшевих та багатоківшевих екскаваторів) та землерійно-транспортних (бульдозерів, скреперів, грейдерів, грейдерів- елеваторів) машин. У будівельному виробництві цим способом виконують 80...85 % земляних робіт, у тому числі із застосуванням одноківшевих екскаваторів — 39%, бульдозерів — 29, скреперів — 15, багатоківшевих екскаваторів — 6, навантажувачів — 6, інших машин — 5 %.

Повторити матеріал з дисципліни "Будівельна техніка"

Одноківшеві екскаватори — універсальні землерийні машини, за допомогою яких копають котловани, траншеї, канали, влаштовують насипи та інші земляні споруди. Екскаватори обладнують різним змінним устат­куванням: прямою лопатою — для розроблення ґрунту вище рівня стоянки екскаватора; зворотною лопатою — для розроблення ґрунту нижче рівня стоянки екскаватора (переважно для копання котлованів та траншей); драглайиом — для розроблення ґрунту нижче рівня стоянки екскаватора у разі копання глибоких котлованів, широких траншей, зведення насипів; грейфером — для копання невеликих, але досить глибоких котлованів, а також виконання вантажно-розвантажувальних робіт; телескопічним об­ладнанням — для планувальних робіт (екскаватори-планувальники).

Найбільш поширені екскаватори, обладнані прямою чи зворотною лопатами та драглайном.

Одноківшеві екскаватори бувають з механічним (канатним) чи гід­равлічним приводом. Гідравлічні екскаватори порівняно з канатними мають значні конструктивні та технологічні переваги.

У промисловому та цивільному будівництві в основному застосову­ють прямі та зворотні лопати з ковшем місткістю 0,4...1,25 м3 (рідше до 2.5 м3), а також драглайни та грейфери з ковшем місткістю 0,4...1,0 м3.

Багатоківшевими екскаваторами (ланцюгові та роторні поз­довжнього копання) розробляють грунт нижче рівня стоянки (переважно траншеї під фундаменти, інженерні та трубопровідні мережі).

Землерийно-транспортні машини призначаються для копання окре­мими шарами, транспортування, відсипання та планування ґрунтів.

Бульдозер — це агрегат, що складається з гусеничного чи колісного трактора та навісного робочого обладнання (відвала та системи приводу відвала).

Потужність трактора — 55...450 кВт, а в окремих випадках — 800 кВт і більше. Бульдозери використовують для копання ґрунту, переміщення та планування його, а також зачищання ґрунту в котлованах, що були розроблені землерийними машинами. Бульдозер, обладнаний навісним статичним розпушувачем, призначається для розпушування мерзлих та напівскельних ґрунтів. Надпотужні бульдозери (потужність яких більше ніж 400 кВт) пристосовані для ефективного розпушування дуже промерз­лих глинистих та напівскельних, а також тріщинуватих скельних ґрунтів.

Скрепери бувають причіпні (місткість ковша 2,25... 15 м3) та само­хідні (4,5...25, у майбутньому до 50 м3). Для завантаження самохідних скреперів застосовують трактори-штовхачі.

Скреперами копають, транспортують м’які та сипкі грунти, відсипа­ють окремими шарами. Скрепери широко застосовують для виїмки та транспортування мерзлих, напівскельних та тріщинуватих скельних ґрунтів після попереднього розпушування навісними статичними роз­пушувачами

Одноківшеві навантажувачі, особливо на пневмоколісному ходу, завдяки високій мобільності та значній продуктивності набувають деда­лі більшого застосування в будівництві. їх використовують як наванта­жувальне, вантажно-транспортне та допоміжне устаткування, що може бути обладнане 20...30 і більше змінними робочими органами.

3. Укладання, ущільнення та зворотне засипання ґрунту

Укладання та ущільнення ґрунту виконують у процесі планування, зведення різних насипів, зворотної засипки траншей та пазух фундаментів, улаштування основ під підлоги тощо. Завдяки ущільненню ґрунтів дося­гається збільшення несучої здатності, міцності, зниження водопроник­ності, зменшення його стискання. Збільшенню щільності ґрунту під час ущільнення сприяє взаємне переміщення твердої та рідкої фаз і повіт­ря, що міститься в порах ґрунту. Однак щільність в міру ущільнення ґрунту зростає до певної межі, після чого подальше ущільнення не впливає на несучу здатність ґрунту. Так, коефіцієнт ущільнення ґрунту (відношення проектної щільності ґрунту до максимальної), рівний 0,95...0,98, є нормативним під час зведення відповідальних споруд.

Ґрунти в насипах ущільнюють шарами однакової товщини. Для цього відсипаний ґрунт вирівнюють бульдозерами чи грейдерами. Товщину розрівнюваних шарів визначають залежно від умов виконання робіт, виду ґрунту та можливості застосування ущільнювальних машин Потрібного ступеня ущільнення ґрунту з найменшими витратами досягають, коли вологість ґрунту оптимальна, тому сухі ґрунти підлягають зволоженню, а перезволожені — осушенню Перед розробленням або ущільненням ґрунт зволожують поливними машинами або вручну гу­мовими шлангами, підключеними до водопроводу.

Укладання ґрунту та його ущільнення здійснюють по захватках (кар­тах), розміри яких мають забезпечити потрібний фронт робіт та не до­пустити висихання підготовленого для ущільнення ґрунту Наприклад, для влаштування насипів із ґрунтів, доставлених автосамоскидами, май­данчик розбивають на три карти: на першій розвантажують ґрунт, на другій — розрівнюють його, на третій — ущільнюють.

 Ущільнюють ґрунт укочуванням, трамбуванням та вібру­ванням. Зв’язні та грудкуваті ґрунти ущільнюють кулачковими кат­ками , які передають на ґрунт тиск, що значно перевищує границю його міцності. Такими машинами масою до 5 т ущільнюють шар ґрунту 10...20 см завтовшки за 8...18 проходів катка по одному сліду, а важкими (масою 25...30 т) — шар 50...65 см завтовшки за 4... 10 проходів по одному сліду.

Катками па пневмоколісному ходу (причіпними та самохідними) ущільнюють піщані та глинисті ґрунти. Через більшу тривалість дії навантаження від стискання шин забезпечується добра якість ущільнення. Катками середньої маси (до 10 т) ущільнюють шари 10...25 см завтовшки за 2... 10 проходів катка по одному сліду, катками більшої маси (до 45 т) — шар 25...50 см завтовшки за таку саму кіль­кість проходів катка по одному сліду.

Кулачковими катками та катками на пневмоколісному ходу ґрунт ущільнюють послідовними замкненими проходами катка по всій площі насипу з перекриттям кожного проходу на 0,2...0,3 м . Важливо, щоб перший прохід катка забезпечив потрібну рівність поверхні шару ґрунту, яка зберігається при наступних проходах. Тому перші проходи здійснюють на 1 — 2-й швидкості трактора, а інші — на 3 - 4-й.

Закінчивши укочування всієї площі, процес повторюють стільки ра­зів, скільки проектом передбачено проходів катка по одному сліду для досягнення потрібної щільності.

Катки з гладкими металевими вальцями придатні для ущільнення зв’язних ґрунтів шаром до 15 см. Такими катками доречно виконувати ущільнення, коли верхній шар насипу є основою під фундаменти чи під’їзні шляхи, а також при засипанні верхньої частини пазух у стиснених умовах Нижні шари пазухи 15...20 см завтовшки навколо фундаменту ущільнюють пневматичними та електричними трам­бівками.

Трамбувальними плитами масою 2...7 т, підвішеними на стрілі кранів чи екскаваторів, ущільнюють піщані та глинисті ґрунти, якщо товщина відсипаного шару 0,4...1 м і кількість ударів 1...5.Не­доліком цього способу є підвищене зношування крана чи екскаватора.

Вібраційними катками ущільнюють піщані ґрунти шарами 0,4...0,5 м при збуджувальній силі 180...280 кН. Для досягнення потрібної щіль­ності кількість проходів по одному сліду беруть від 2 до 6.

Ґрунт ущільнюють за круговою схемою або човниковим способом.

Заздалегідь насичені водою піски ущільнюють глибинними вібра­торами, змонтованими на рамі у вигляді пакетів та підвішеними на стрілі крана.

Зворотне засипання пазух між стінками підвалу та укосами кот­ловану виконують після влаштування перекриття над підвалом та гід­роізоляції стін. Для цього використовують лишки ґрунту, утворені під час риття котловану, переміщуючи їх бульдозером. Засипання здійсню­ють шарами 20...30 см з наступним ущільненням пневматичними чи електричними трамбівками, а також підвісними плитами.

Ґрунт пазух глибоких підвальних частин промислових споруд заси­пають та ущільнюють одноразово з двох боків споруди після зведення стін. Спочатку ґрунт подають та рівняють бульдозерами з одного боку цієї споруди (рис. IV. 17, а), а потім, під час ущільнення цього шару ґрунту, подають та рівняють з іншого боку споруди.

Зворотне засипання котловану при складних у плані фундаментах виконують зразу після зведення підземної частини споруди (зняття опалубки та гідроізоляції повер­хонь підземних конструкцій), до початку робіт по наземній час­тині. При цьому створюються найбільш сприятливі умови для механізації робіт та застосу­вання великогабаритних ма­шин.

Взагалі ґрунт подають екска­ватором, оснащеним грейфером, а рівняють мікробульдозером. Ущільнюють ґрунт концентро­ваними смугами за допомогою підвісних плит у межах робочої картини, визначеної підземними конструкціями

Ґрунт ущільнюють також віброплитами або віброзанурювача­ми. Насамперед виконують роботи в межах ділянки зі зниженими по­значками, щоб отримати загальний рівень, а потім уже проводять робо­ти по всьому котловану.

Зворотне засипання траншей здійснюють після перевірки пра­вильності укладання трубопроводів. Траншеї засипають у два прийо­ми спочатку присипають трубопроводи вручну на висоту 0,2 м, потім засипають бульдозером

Кріплення видаляють в міру засипання. Одночасно можна знімати по вертикалі не більше трьох дощок. У сипких ґрунтах кріплення роз­бирають по одній дошці, переставляючи розпірки. Якщо видалення кріп­лень викликає небезпеку (в пливунах, поблизу фундаментів існуючих споруд тощо), їх залишають у ґрунті або розбирають частково

Магістральні трубопроводи та фундаменти засипають відповідно до будівельних норм і правил. Ґрунт завозять автосамоскидами з безпосе­редньою подачею його в траншеї або використовують найближчі відвали, з яких ґрунт переміщують бульдозерами чи різними траншеєзакидачами.

Ущільнення ґрунту поза населеними пунктами взагалі не здійсню­ють, а лишки ґрунту укладають валиком по осі траншеї. У міських умовах, на заводських майданчиках та в місцях переїздів зворотне заси­пання траншей виконують з пошаровим ущільненням пневмо- чи електротрамбівками. Контролюють щільність ґрунту відбором проб, щільномірами ДорНИИ та приладами з використанням радіоактивних ізотопів.

4. Заходи безпеки

Детально про заходи безпеки під час виконання земляних робіт наведено в ДБН А.3.2-2-2009 «Охорона  праці і промислова безпека у будівництві. Основні положення».

Заходи безпеки під час розробки виїмок з укосами і вертикальними стінками. Види кріплень стінок. Виїмки у ґрунтах природної вологості чи без неї можна розробляти з вертикальними стінками без кріплення на глибину, м, не більш як: у насипних, піщаних і велико-обломкових ґрунтах — 1; у супіщаних — 1,25; у суглинках і глинах — 1,5.

В інших умовах виїмки можна влаштовувати з укосами чи вертикальними стінками, закріпленими на всю висоту. Крутість укосів (відношення глибини укосу до його закладання) котлованів, які розробляють без кріплень, визначають згідно з таблицею  ДБН А.3.2-2-2009 «Охорона  праці і промислова безпека у будівництві. Основні положення».

5. Контроль якості робіт

Регламентовані «Регламент контролю якості виконання земляних робіт, улаштування насипів і зворотних засипок»

Якість виконання земляних робіт повинна відповідати вимогам ПВР і діючих нормативних документів. Контроль якості здійснюють послідовно в три етапи: вхідний (попередній), поопераційний (у процесі виконання робіт) і заключний (у період здачі й приймання об'єктів).

Вхідний контроль передбачає перевірку розміщення споруди, яку зводять, за висотою в плані, даних гідрогеологічних досліджень і випробування ґрунтів, актів на геодезичні роботи з виносу в натуру основних осей і закріплення їх на місцевості.

Поопераційний контроль виконують у повній відповідності з вимогами ПВР, технологічних карт чи карт трудових процесів. При розробці траншей і котлованів перевіряють їхні геометричні розміри з урахуванням умов розміщення в них елементів споруд або інженерних мереж, ухили дна і їхній напрямок, крутість укосів, способи кріплення стінок, заходи, що забезпечують осушення чи зміцнення слабких ґрунтів.

 При відсипанні насипів контролюють: тип і вологість ґрунту, з якого відсипається насип; гідрогеологічні умови основи, на яке відсипається насип; послідовність відсипання шарів насипу; спосіб ущільнення і припустима товщина шару; зволоження (осушення) ґрунту, що відсипається, до значення оптимальної  вологості;  відповідність  отриманої  щільності  ґрунту  заданій (нормативній) та ін.

Контроль якості ущільнення ґрунту здійснюють шляхом відбору проб після укладання та ущільнення кожних 200 м2. Проби зразків ґрунту для визначення щільності відбирають із шурфів у різних частинах споруди.

При ущільненні ґрунту до коефіцієнта щільності К>0,95 проби беруть у кожному ущільненому шарі на двох горизонтах (верхньому і нижньому), при К<0,95 – через два шари на двох горизонтах. Число проб у кожному горизонті має бути не менше трьох. Якість ущільнення оцінюють за середньозваженим значенням щільності кістяка ґрунту відібраних проб.

Часто будівлі й споруди різного призначення зводять на насипних, намивних, набухаючих ґрунтах, у районах пливунів, зсувів і землетрусів та інших нестійких і слабких основах. У таких умовах будівництва особливо важливий оперативний контроль ґрунтових основ і відповідність їх вимогам проекту.

Основними методами контролю якості земляних робіт і споруд були лабораторні методи, засновані на відборі й аналізі проб ґрунту. Але ці методи неоперативні, оскільки тільки на сушіння зразків ґрунту для визначення вологості затрачується 5-7 год. Крім того, лабораторним методом не вдається оперативно контролювати властивості великоуламкових і водонасичених ґрунтів. Тому останнім часом застосовують прискорені польові методи дослідження ґрунтів, засновані на використанні проникаючих випромінювань, радіоактивних ізотопів.

Установлені наступні допуски при виконанні земляних споруд:

• відхилення від проектного профілю дна водовідвідних канав - 0,0005;
• у поперечних розрізах - 100 мм;
• відхилення відміток дна котловану під збірні фундаменти - ±50 мм.

Не допускається збільшення крутості укосів земляного полотна, звуження земляного полотна, зменшення мінімальних ухилів дна канав і дренажів, зменшення поперечних розмірів кюветів. При вертикальному плануванні відхилення по ухилах не повинні перевищувати 0,001.

При відсипанні насипів у зимових умовах необхідно особливо ретельно вести спостереження за якістю ґрунтів і їх ущільненням. Дані контрольних спостережень щодня заносяться в спеціальні журнали, у яких указується характеристика ґрунтів, способи розробки і транспортування, товщина шарів, що відсипаються, ступінь ущільнення, склад мерзлого ґрунту й ін.

6. Склад виконавчої документації при виконанні земляних робіт

Відповідно ДОДАТКУ Н (довідковий) до ДБН А.3.1-5:2009 "Організація будівельного виробництва" ОСНОВНІ ВИДИ РОБІТ ТА КОНСТРУКЦІЙ, НА ЯКІ СКЛАДАЮТЬСЯ АКТИ НА ЗАКРИТТЯ ПРИХОВАНИХ РОБІТ

7. Підрахунок об’ємів земляних робіт при розробці котлованів, траншей.

Об’єм земляних робіт підраховують за проектом котловану, складеним відповідно до розмірів фундаментів, відміток закладення фундаментів і дна котловану, плану ділянки в горизонталях і прийнятої крутизни укосів.

Ширина по дну котлована для стрічкових фундаментів, заглиблених нижче основних відміток дна котловану підземної частини будівлі, повинна прийматися:

– при ритті з укосами — рівній ширині фундаментів баз додавання на розширення;

– при ритті з кріпленнями — рівній ширині фундаментів з розширенням з кожного боку на 0,15 м;

– при ритті з шпунтовою огорожею — рівній ширині фундаментів з розширенням з кожного боку по 0,20 м;

– при ритті з укосами для ізольованих фундаментів рівній ширині фундаментів з розширенням для проходу з кожного боку не менше 0,5 м, за наявності кріплень не менше 0,8 м.

Крутизна укосу залежить від глибини та виду грунту (ДБН. А.33.2-2-2009пункт 10.2.16).

Крутизну укосів, котлованів і траншей в глинистих ґрунтах, пе­резволожених дощовими, сніговими (талими) і іншими водами, слід зменшувати проти вказаної в таблиці до крутизни 1:1 (45°).

Крутизна укосів траншей для трубопроводів, що прокладаються в скельних ґрунтах, встановлюється проектом залежно від способів роз­робки ґрунтів і оберігання трубопроводу від пошкодження при опус­канні труб або стержнів.

Згідно до Настанов з проектування котлованів ДСТУ Н Б В.2.1 -32:2014 маємо:

 Проектування котлованів

Розміри дна котловану в плані повинні без перешкоди забезпечувати виконання робіт з підготовки основи та улаштування фундаментів та/чи підземної частини об'єкта.

Розміри виїмок і котлованів повинні прийматися такими, щоб забезпечити розміщення конструкцій і виконання робіт (у т.ч. механізованих) з влаштування паль, монтажу фундаментів, влаштування ізоляції, водопонижения і водовідливу і інших робіт, що виконуються у виїмці або кот­ловані, а також можливість переміщення людей у пазухах.

Розміри котловану в плані повинні призначатися за проектними габаритами фундаменту з врахуванням огороджувальної конструкції котловану і кріплення чи кута природного укосу ґрунту, конструкції опалубки фундаменту, способів водовідведення і спорудження фундаменту.

У робочих кресленнях котловану мають бути дані про розташування в межах котловану надземних, підземних споруд і комунікацій, вказані горизонти підземних, межових і високих вод, а також фактичний і прогнозований горизонти води.

Для виїмок допускається не розробляти проектні рішення, якщо їх глибина не перевищує 1 м і для їх зведення не вимагається захисних заходів.

Кути укосів стінок котлованів і насипів слід приймати за розрахунком, але не менше кута природного укосу ґрунту.

Допускається виконувати з укосом частину стінки котловану, що знаходиться вище 1,75 м від дна виїмки, або захищати її бордюрними брусами і кріпленням.

ОБЧИСЛЕННЯ ОБ'ЄМІВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА виконують за формулами інженера Ф.Ф,Мурзо та Вінклера. (повторити матеріал з дисципліни "Будівництво залізниць".

ОБЧИСЛЕННЯ ОБ'ЄМУ КОТЛОВАНУ:

1. Об'єм котловану з вертикальними стінками визначається як добуток площі дна котловану S, м2 на його проєктну глибину h,м :

2. Об'єм котловану у вигляді зрізаної піраміди:

3. Обсяг земляних робіт у котлованах складної конфігурації  визначають за формулою: