Земляные, каменные и свайные работы

     Земляные  работы относят к массовым и наиболее тяжелым и трудоемким видам строительных работ.

 

   1.1 Основные методы разработки грунта

 

     При возведении различных земляных сооружений, характерных для промышленного и гражданского строительства, переработку грунта ведут различными методами, которые принято делить на четыре группы:

• Механический;
• Гидравлический;
• Взрывной;
• Ручной;

     Кроме того, в ряде случаев грунт либо в сочетании с основными методами, либо самостоятельно перерабатывают методами вытрамбовывания и бурения.

     Ниже  будут рассмотрены пять методов:

• Разработка грунта механическим методом;
• Переработка грунта гидромеханическим методом;
• Разработка грунта бурением;
• Разработка грунта взрывом;
• Разработка грунта бестраншейным методом;

 

     Разработка  грунта механическим методом. Механический метод основан на применении для разработки, перемещения и укладки грунта машин и механизмов. Ведущим процессом в данном комплексе является разработка грунта. При механическом способе разработки на грунт действует усилие резания (скалывания) рабочего органа различных машин. В результате определенные порции грунта отделяются от массива и могут быть перемещены и уложены в насыпь. Если машина только разрабатывает грунт, то она носит название землеройной. Если машина перерабатывает и перемещает грунт, то она называется землеройно-транспортной.

     Переработка грунта гидромеханическим  методом. Гидромеханический метод основан на использовании воды для переработки грунта. Применение этого метода целесообразно при больших объемах работ, необходимости устройства насыпей с минимальной осадкой, при  наличии достаточных ресурсов воды и электроэнергии.

     Технологический процесс гидромеханизации включает разработку грунта в забое и перевод  его в полужидкую массу (пульпу), транспортирование и укладку (намыв) пульпы в сооружение или отвал.

     Разработка  грунта бурением. В строительстве бурение используют при исследовании свойств и качества грунтов, определении уровня грунтовых вод, устройстве скважин водоснабжения и водопонижения грунтовых вод, устройстве скважин фундаментов, искусственном закреплении грунтов и т. п.

     Разработка  грунта взрывом. Взрывным способом в основном рыхлят скальные породы с последующей их разработкой землеройными машинами и скалоуборочными механизмами. С помощью взрывов возводят земляные насыпи перемычки, устраивают (на выброс) выемки для котлованов, дорог и т. п. Взрывным способом дробят мерзлые грунты, валуны, валят деревья, корчуют пни, уплотняют грунты и т. п.

     Применение  взрыва для созидательных целей  основано на использовании энергии  избыточного давления газов, образующихся практически мгновенно при химических превращениях взрывчатых веществ.

     Разработка  грунта бестраншейным  методом. В обычных условиях для прокладки трубопроводов, прокладки коммунальных и транспортных туннелей и т. п. отрывают траншею.

     Иногда  отрыть траншею не представляется возможным, например, при пересечении трассой  трубопровода транспортной магистрали с интенсивным движением, которое  невозможно прервать даже на относительно короткий срок. В этих условиях прибегают  к бестраншейному (закрытому) методу разработки грунтов.

     Бестраншейный метод предусматривает устройство подземных выработок непосредственно в грунте, т. е. без его вскрытия.

 

     1.2 Земляные сооружения

 

     Результатами  переработки грунта  являются различного вида земляные сооружения:

     Траншея – выемка, имеющая ширину до трех метров и длину, значительно превышающую ширину.

     Котлован  – выемка, длина которой не превышает десятикратной ее ширины. Котлованы и траншеи имеют дно и боковые поверхности, наклонные откосы или вертикальные стенки.

     Подземные выработки – выемки, закрытые с поверхности и устраиваемые для сооружения транспортных, коммунальных туннелей и др.

     Обратная  засыпка – процесс укладки грунта в так называемые «пазухи» - пространства между боковой поверхностью сооружения и откосом котлована для полного закрытия подземного сооружения или коммуникаций.

     Земляные  сооружения по срокам существования  делят на две группы:

1. Постоянные, предназначенные для эксплуатации длительное время (спланированные площадки, выемки, насыпи).
2. Временные, предназначенные для выполнения последующих строительно-монтажных работ (котлованы, траншеи, предназначенные для устройства в них фундаментов)

     К разбивке земляных сооружений приступают после расчистки полосы отвода от деревьев, пней, кустарников и удаления растительного слоя. 
 
 
 

 

     1.3 Подготовительные и вспомогательные процессы

 

     Подготовительные  и вспомогательные процессы должны обеспечивать качественное и безопасное производство работ и в зависимости  от местных условий и типа возводимого земляного сооружения включают:

• разбивку земляных сооружений;
• водоотлив и понижение уровня грунтовых вод;
• временное крепление стенок выемок;
• искусственное закрепление грунтов;

 

     Разбивка  сооружений состоит в установлении и закреплении их положения на местности. Разбивку осуществляют с помощью геодезических инструментов и различных измерительных приспособлений.

     Разбивку  котлованов обычно начинают с выноса и закрепления на местности (в соответствии с проектом) створными знаками основных рабочих осей, в качестве которых обычно принимают главные оси здания Ι-Ι и ΙΙ-ΙΙ. После этого вокруг будущего котлована на расстоянии 2-3 метра от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливают обноску.

     Обноска разового использования состоит  из забитых в грунт металлических стоек или деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Более совершенной является инвентарная металлическая обноска.

     На  обноску переносят основные разбивочные  оси и, начиная от них, размечают все остальные оси здания. 

     При устройстве выемок, расположенных ниже уровня грунтовых вод, необходимо: осушать водонасыщенный грунт и обеспечивать таким образом возможность его разработки и устройства выемок; предотвращать попадание грунтовой воды в котлованы, траншеи и выработки в период выполнения в них строительных работ.

     Выемки (котлованы и траншеи) при небольшом  потоке грунтовых вод разрабатывают  с применением открытого и грунтового водоотлива.

     Открытый  водоотлив предусматривает откачку  протекающей воды непосредственно из котлованов или траншей.

     Открытый  водоотлив имеет существенный недостаток – восходящие потоки грунтовой воды, протекающей через стенки и дно котлованов и траншей, разжижают грунт и выносят из него на поверхность мелкие частицы, в результате чего может снизиться несущая способность грунта.

     Грунтовый водоотлив обеспечивает снижение уровня грунтовых вод ниже дня будущей выемки. Для искусственного понижения уровня грунтовых вод разработан ряд эффективных способов, основными из которых являются иглофильтровый, вакуумный и электроосмотический. 

     При разработке выемок в водонасыщенных грунтах или в стесненных условиях, когда при этом невозможно обеспечит требуемое заложение откосов, вертикальные стенки закрепляют специальными временными креплениями. Временная крепь может быть выполнена в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками , щитов с распорными рамками и других конструкций.

     Шпунтовое ограждение – наиболее дорогой из существующих способов. Применяют при разработке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий и сооружений. Шпунт забивают до разборки выемок, чем обеспечивают устойчивое и естественное состояние грунта за ее пределами. 

     Искусственное закрепление грунтов представляет собой совокупность воздействий, он становится неразмываемым, а в некоторых  случаях и водонепроницаемым. 
 
 

     Способы закрепления грунтов:

• Замораживание грунтов применяют в сильно водонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок.
• Цементация и битумизация заключается в инъецировании соответственно цементного раствора или разогретых битумов.
• Химическим способом закрепляют песчаные и лёссовые грунты посредством нагнетания в них инъекторы химических растворов.
• Термическое закрепление применяют для лёссовых грунтов. Оно реализуется в результате обжига раскаленными газами, нагнетаемыми через скважину в поры грунта.
• Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Заключается он в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток. При этом глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.
• Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током в грунт через трубу растворы химических добавок, увеличивающие проводимость тока, благодаря чему возрастает интенсивность процесса закрепления грунта.

 

1.4 Разработка грунтов машинным механизмом

 

     Разработка  грунта землеройными машинами:

     К землеройным машинам относят  одноковшовые экскаваторы цикличного и непрерывного действия. Наибольшее применение имеют одноковшовые экскаваторы, которыми выполняется 45% всего объема земляных работ.

     Процесс разработки грунта экскаватором с любым  видом рабочего оборудования складывается из чередующихся в определенной последовательности операций в одном цикле: резание грунта и заполнение ковша, подъем ковша с грунтом, поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки, выгрузка грунта из ковша, обратный поворот экскаватора, опускание ковша и подача его в исходное положение.

     Экскаватор  с прямой лопатой  используют для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, преимущественно с погрузкой на транспорт.

     Экскаватор  с обратной лопатой  используют при разработке грунтов, которые находятся ниже уровня стоянки экскаватора, и преимущественно при рытье небольших котлованов и траншей.

     Экскаватор-драглайн применяют для разработки грунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора: для рытья глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработки грунта из-под воды и т. п.

     Экскаватор-грейфер применяют для рытья колодцев, узких глубоких котлованов, траншей и других сооружений, особенно в условиях разработки грунтов ниже уровня грунтовых вод.  

     Разработка  грунта землеройно-транспортными машинами:

     Основными видами землеройно-транспортных машин  являются скреперы и бульдозеры, которые  за один цикл перерабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой с порожняком.

     Скреперы – наиболее высокопроизводительные землеройно-транспортные машины. Эксплуатационные возможности позволяют использовать их при отрывке котлованов и планировке поверхностей. Скреперами ведут разработку, транспортирование и укладку грунтов  Ι и ΙΙ групп по сложности разработки (песчаные, супесчаные, лёссовые, суглинистые, глинистые и др., не имеющие валунов, с примесью гальки и щебня в объеме не более 10%).

     Бульдозерами разрабатывают грунт в неглубоких и протяженных выемках и резервах для перемещения его в насыпи на расстояние до 100 м. Бульдозеры применяют также для окучивания грунтов, обратной засыпки траншей и пазух котлованов, зачистки дна котлованов после экскаваторных работ, для разравнивания и планировки и планировки грунта.