Определение угла естественного откоса песчаного грунта в сухом и влажном состоянии. Земляные работы в строительстве Значения углов естественного откоса

Углом естественного откоса грунта называется наибольшее значение угла, который образует с горизонтальной плоскостью поверхность грунта, отсыпанного без толчков; сотрясений и колебаний.
Угол естественного откоса зависит от сопротивления грунта сдвигу. Для установления этой зависимости представим себе грунтовое тело, рассеченное плоскостью а - а, наклоненной к горизонту под углом а (рис. 22).

Часть грунта выше плоскости а - а, рассматриваемая как единый массив, может оставаться в покое или прийти в движение под действием силы P - собственного веса и воздействия возведенного на нем сооружения.
Разложим P на две силы: N = P cos а, направленную нормально к плоскости а - а и силу T = P sin а, параллельную плоскости а - а. Сила T стремится сдвинуть отсеченную часть, которая удерживается силами сцепления и трения в плоскости а - а.
В состоянии предельного равновесия, когда сдвигающая сила уравновешивается сопротивлением трения и сцепления, но когда сдвига еще нет, выполняется равенство 26, т. е. T = N tg ф + CF.
В глинистых грунтах сдвигу в основном противодействует сцепление.

Углом естественного откоса φ, град., называется угол, при котором неукрепленный откос песчаного грунта сохраняет равновесие или угол наклона поверхности свободно насыпанного грунта к горизонтальной плоскости.

Определение угла естественного откоса имеет важное значение при проектировании грунтовых сооружений: насыпных и намывных плотин, дорожных насыпей, дамб обвалования, хвостохранилищ, а также для оценки устойчивости естественных откосов и для проведения мероприятий но их укреплению.

В тех случаях, когда сопротивление сдвигу" частиц определяется лишь силами трения. угол естественного откоса совпадает с углом внутреннего трения {φ = φо ). Однако в реальных грунтах сопротивление сдвигу" зависит не только от сил трения, но также от зацепления частиц и других факторов, влияющих на φ, т. е.

где φ р, - составляющая за счет трения; φ Л - то же, за счет зацепления; φ с - то же, за счет среза частиц.

Составляющая φ Т зависит от минерального состава частиц, наличия поверхностных пленок и др., φ Л - от шероховатости поверхности и плотности упаковки частиц, а φ с - от окатанности и формы частиц грунта. Поэтому значения φ и φ о обычно различаются, особенно для плотных и неоднородных по структуре песков. Однако угол естественного от

коса φ о является легко определяемой и удобной характеристикой прочности несвязных грунтов. Способ применяется только для приближенного определения величины внутреннего трения сыпучих грунтов - чистых песков. В чистых песках приближенно величина угла внутреннего трения соответствует углу естественного откоса, т. с. углу, при котором неукрепленный откос песчаного грунта является устойчивым .

Угол естественного откоса определяют на приборе УВТ (рис. 8.44), который состоит из металлического столика-поддона, обоймы и резервуара. Поддон установлен на тpex опорах и перфорирован отверстиями диаметром 0,8...1,0 мм для водонасыщения песка. Шкала, укрепленная в центре столика-поддона, имеет деления от 5° до 45°, по которым определяется угол откоса.

Рис. 8.44. Прибор для определения угла естественного откоса песчаных грунтов: а схема прибора: 1 резервуар: 2 крышка резервуара: 3 обойма: 4 столик: 5 перфорированное дно: 6 - шкала: 7 - опора: б - общий вид приборов

Определение угла естественного откоса в воздушно-сухом состоянии . На столик устанавливают обойму, в которую через воронку насыпают песок до ее заполнения, слегка постукивая по обойме. Осторожно, стараясь не рассыпать песок, вертикально поднимают обойму и но вершине образовавшегося песчаною конуса берут отсчет по шкале.

Опыт повторяют 3 раза и рассчитывают среднее арифметическое показание. Расхождение между повторными определениями не должно превышать 1 градус.

Определение угла естественного откоса песка под водой . После заполнения обоймы песком резервуар наполняют водой и после полного насыщения пробы определяют угол естественного откоса.

Для предварительного назначения откосов котлованов и карьеров рекомендуется руководствоваться значениями углов, близкими к углам естественного откоса грунта (табл. 8.61).

Таблица 8.61

Угол естественного откоса насыпных грунтов

На величину угла естественного откоса (#>") несвязных грунтов влияет однородность их гранулометрического состава: монодисперсные грунты обладают большим значением φо, чем полидисперсные грунты такого же минерального состава. Это объясняется тем, что в смеси мелкие частицы заполняют промежутки между крупными, что облегчает их смешение по поверхности откоса.

Большое влияние на трение между частицами несвязного грунта оказывает наличие в грунте жидкостей, присутствие которых снижает φ. В несвязных песчаных грунтах влажность существенно влияет на угол внутреннего трения. С ростом влажности песка до максимальной молекулярной влагоемкости величина φо закономерно снижается за счет постепенного уменьшения трения и достигает минимума при максимальной молекулярной влагоемкости. Дальнейшее увеличение влажности песка приводит к образованию капиллярной связности между частицами; за счет этого угол внутреннего трения начинает увеличиваться и достигает максимума при влажности капиллярной влагоемкости, когда силы капиллярного притяжения между частицами наибольшие. Последующее увеличение влажности песка снижает капиллярную связность, трение на контактах частиц снижается, и угол внутреннего трения постепенно уменьшается, достигая минимального значения в состоянии полного водонасыщения песка .

Цель работы :

Определить угол естественного откоса испытуемого грунта в лабораторных условиях в сухом состоянии и под водой.

Сущность метода:

Угол естественного откоса песков - это предельный угол свободного отсыпания песка, при котором грунтовая масса находится в устойчивом состоянии. Этот показатель определяется как в сухом состоянии, так и под водой.

Угол естественного откоса испытуемого грунта определяется в лабораторных условиях прибором для определения угла естественного откоса, входящим в состав полевой лаборатории Литвинова ПЛЛ-9.

Угол естественного откоса песка в сухом состоянии равен углу внутреннего трения этого песка

Оборудование:

Прибор для определения угла естественного откоса;

Воронка;

Нож с прямым лезвием;

Мерный сосуд.

Рис.5. Прибор для определения угла естественного откоса песков

1- выдвижная створка;

2- малое отделение.

Определение угла естественного откоса песков в сухом состоянии

Порядок работы:

3. Песок разровнять ножом.

4. После этого постепенно поднимают выдвижную створку, следя, чтобы не было толчков; при этом прибор придерживают рукой.

5. Песок частично пересыпается в другое отделение, пока не наступает положение устойчивого равновесия; угол между плоскостью свободного откоса и горизонтальной плоскостью и есть угол естественного откоса.

6. По делениям на днище и боковой стенке отсчитывают высоту и заложение откоса и вычисляют тангенс угла естественного откоса. Отсчеты ведут с точностью 1 мм.

7. Испытания проводят два раза.

8. Числовое значение тангенса угла естественного откоса определяется как среднее арифметическое из результатов двух замеров.

9. Результаты определений заносят в таблицу 5.

Определение угла естественного откоса песков в подводном состоянии

Порядок работы:

1. Прибор ставят на стол или иную горизонтальную поверхность. Выдвижная створка при этом опущена до дна.

2. В малое отделение прибора насыпают песок небольшими порциями через воронку вровень с краями.

3. Песок разровнять ножом.

4. После того, как в малое отделение прибора насыпан испытываемый грунт, в большое отделение наливают доверху воду.

5. После этого выдвижную створку поднимают на несколько миллиметров, чтобы вода могла проникнуть в малое отделение.

6. Когда грунт пропитается водой, постепенно поднимают выдвижную створку, следя, чтобы не было толчков; при этом прибор придерживают рукой.

7. Песок частично пересыпается в другое отделение, пока не наступает положение устойчивого равновесия; угол между плоскостью свободного откоса и горизонтальной плоскостью и есть угол естественного откоса.

8. По делениям на днище и боковой стенке отсчитывают высоту и заложение откоса и вычисляют тангенс угла естественного откоса. Отсчеты ведут с точностью 1 мм.

9. Испытания проводят два раза.

10. Числовое значение тангенса угла естественного откоса определяется как среднее арифметическое из результатов двух замеров.

11. Результаты определений заносят в таблицу 5.

Таблица 5 Результаты определений угла естественного откоса.

Лабораторная работа № 6

Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта

Цель работы:

Определить коэффициент фильтрации испытуемого песчаного грунта в лабораторных условиях.

Сущность метода:

Коэффициент фильтрации К ф - это численная характеристика водопроницаемости (способности грунта фильтровать воду). Он представляет собой скорость фильтрации и выражается обычно в см/с или в м/сут.

Коэффициент фильтрации определяется на грунтах нарушенного сложения при оптимальной влажности и максимальной стандартной плотности, значения которых предварительно определяются в лабораторной работе №4.

Коэффициент фильтрациииспользуется при подсчете запасов подземных вод, определении притока воды в строительные котлованы и горные выработки, при расчете утечек воды из водохранилищ, проектировании дренажных сооружений и фильтров, а так же в ряде других расчетов.

В настоящей лабораторной работе установлен порядок определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов и строительных песков, применяемых в строительстве.

Оборудование:

Прибор Союздорнии ПКФ-СД;

Весы с точностью 0.01 г.;

Чашки металлические емкостью не менее 5 л;

Цилиндры мерные с носиком емкостью 100 и 500 мл;

Лопаточка - мастерок;

Линейка металлическая длиной 30 см;

Секундомер;

Термометр;

Резиновая груша.

Рис 6. Общий вид прибора ПКФ-СДдля определения коэффициента фильтрации.

1- рабочий цилиндр; 2- пьезометр; 3- перфорированное дно;

10- наковальня; 11-ударник; 12-рукоятка.

Прибор состоит из следующих основных частей: фильтрационной трубки в сборе, загрузочной воронки, подставки, трамбующего устройства, стакана, и ванны.

Фильтрационная трубка в сборе включает рабочий цилиндр 1, на котором размещен пьезометр 2. Снизу к цилиндру навинчено перфорированное дно 3 с сеткой 4. После уплотнения грунта фильтрационная трубка устанавливается на подставку 6. Трамбующее устройство состоит из направляющего стержня 9, наковальни 10, ударника 11 массой 500 гр и рукоятки 12.

Для проведения опыта по определению коэффициента фильтрации К ф при гидравлическом градиенте i=1, фильтрационная трубка с подставкой помещается в стакан 7. При гидравлическом градиенте i=2 , фильтрационная трубка с подставкой помещается непосредственно в ванну 8.

Порядок работы:

Формирование образца

1. Засыпать в рабочий цилиндр первую навеску, вставить в него трамбовку (масса груза 0,5кг, высота падения груза 0,3м), провести 40 ударов по уплотняемому грунту.

2. Замерить с помощью линейки с точностью до 1мм в трех точках расстояние от поверхности уплотненного грунта до верха цилиндра. Результаты замеров записать в таблицу 6.2 и определить среднее значение.

3. Взрыхлить поверхность уплотненного слоя ножом на глубину 1-2мм. Засыпать в рабочий цилиндр вторую навеску, повторить уплотнение образца и замерить расстояние от поверхности уплотненного грунта до верха цилиндра. Результаты замеров записать в таблицу 6.2 и определить среднее значение.

4. Засыпать в рабочий цилиндр третью навеску, повторить операции по уплотнению, проведению замеров. Записать результаты в таблицу 6.2 и определить среднее значение.

5. После завершения операций уплотнения грунта рабочий цилиндр с грунтом взвесить с точностью до 1гр. Результаты взвешивания занести в таблицу 6.2.

6. На поверхность уплотненного грунта в рабочем цилиндре засыпать гравий с размером частиц 2-5мм таким образом, чтобы толщина слоя гравия составила 5-10мм.

Насыщение образца водой.

1. Фильтрационную трубку с уплотненным грунтом поместить во входящий в комплект прибора металлический стакан 7, высота которого соответствует верхнему уровню грунта в рабочем цилиндре. Заполнить этот стакан водой на 2/3 высоты и выдержать перед проведением следующей операции в течении 15 минут.

2. Перенести стакан с помещенной в него фильтрационной трубкой в резервуар с водой емкостью 8-10 литров и довести уровень воды в этом резервуаре до высоты на 10-15 мм выше верхней кромки стакана.

3. Выдержать стакан в резервуаре с водой до появления зеркала воды над слоем гравия и зафиксировать время насыщения грунта водой в таблицу 6.2.

Проведение испытаний.

1. Осторожно долить воду во внутреннюю полость фильтрационной трубки на 1/3 её высоты и перенести прибор вместе с металлическим стаканом в ванну для проведения замеров длительности фильтрации, расположив ее таким образом, чтобы нулевая отметка водомерной трубки располагалась на уровне глаз.

2. Долить во внутреннюю полость фильтрационной трубки воду до уровня, превышающего не менее, чем на 0,5см нулевую отметку водомерной трубки (каждое деление на водомерной трубке соответствует 0,5см).

3. Проверить уровень воды в металлическом стакане и, в случае необходимости, заполнить его водой до верху.

4. Установить в металлический стакан термометр для измерения температуры воды в процессе испытания.

5. Провести первый замер длительности фильтрации по секундомеру, включить последний в момент, когда уровень воды в водомерной трубке достигнет нулевого деления, и выключить, когда он установится на отметке 5см, и зарегистрировать при этом температуру воды. Уровень воды в фильтрационной трубке в процессе испытания не должен отпускаться ниже поверхности слоя гравия.

6. В случае, если длительность фильтрации превышает 2 минуты, второй замер провести при падении уровня воды до отметки 2см. В противном случае все последующие замеры проводить при падении уровня до отметки 5см, во всех случаях регистрируя потерю воды. Уровень воды в фильтрационной трубке в процессе испытания не должен отпускаться ниже поверхности слоя гравия.

7. В случае, если длительность фильтрации по предыдущему пункту превышает две минуты, все последующие замеры проводить при падении уровня воды до отметки 1см. В противном случае все последующие замеры проводить при падении уровня до отметки 2см, во всех случаях регистрируя температуру воды. Уровень воды в фильтрационной трубке в процессе испытаний не должен отпускаться ниже поверхности слоя гравия.

8. В случае, если длительность фильтрации по предыдущему пункту превышает 10 минут, градиент напора при проведении испытания необходимо принять равным 2. Для этого фильтрационную трубку вместе с подставкой необходимо извлечь из металлического стакана и установить ее в ванну без стакана.

9. Результаты каждого измерения и регистрируемую в его процессе температуру воды занести в таблицу 6.2.

Обработка результатов:

где K 10 - коэффициент фильтрации, м/сут;

I - высота фильтрующего слоя песка, определяемая, как разность между общей высотой фильтрационной трубки Н о и расстоянием от верхнего торца трубки до поверхности грунта h 3 , см.

t m – средняя продолжительность фильтрации, сек;

Т ср – температура воды, ˚С;

Значение функции падения уровня воды, определяемое по таблице 6.1;

S – падение уровня воды в водомерной трубке, см;

h o – высота первоначального напора воды в приборе от его дна до нулевого деления водомерной трубки, равная 10 для градиента напора 1 или 20 для градиента напора 2.

2. Занести полученные значения в таблицу 6.2 с округлением результатов до 0,1м/сут, если величина коэффициента фильтрации составляет менее 5м/сут, и округлением результатов до целых чисел, если коэффициент фильтрации более 5м/сут.

3. После проведения расчетов сравнить полученные результаты с усредненными значениями коэффициента фильтрации различных типов грунтов:

Галечник чистый ……………………………более 100 м/сут;

Галечник с песчаным заполнителем..………100-200 м/сут;

Пески чистые разной крупности ……………50-2 м/сут;

Пески глинистые, супеси…………….………2-0,1 м/сут;

Суглинки …………………………...…………менее 0,1 м/сут;

Глины ……………………………...…………..менее 0,01 м/сут.

Таблица 6.1. Зависимость величины падения уровня воды от первоначального напора.

Таблица 6.2. Результаты определения коэффициента фильтрации.

Измерение длительности фильтрации при выбранных уровнях падения воды и градиенте напора следует провести не менее 2 раз, рассчитав после этого среднее значение.

Лабораторная работа №7

Гранулометрический состав. Практически характер и качество разрушения породы четко определяется ее гранулометрическим составом. Он характеризует разрыхленную горную породу по процентному содержанию в ней частиц различной крупности и может быть изображен кривой (рис. 2.1), если по оси абсцисс отложить диаметр частиц, мм, а по оси ординат - суммарное содержание частиц диаметром, меньшим данного, в процентах.
Для характеристики неоднородности рыхлых пород используется отношение d60/d10=Kн называемое коэффициентом неоднородности (d60, d10 - максимальные диаметры кусков, составляющих 60 и 10% общего объема рыхлой породы соответственно).
Особенно важное значение гранулометрический состав породы имеет при процессах гидромеханизации. От него зависят удельный расход воды на разработку и транспортирование, наименьший допустимый уклон подошвы забоя и лотков, критическая скорость воды.
Угол естественного откоса φ - максимальный угол, образуемый свободной поверхностью рыхлой раздробленной породы с горизонтальной плоскостью. Частицы породы, находящиеся на этой поверхности, испытывают состояние предельного равновесия. Если вес частицы Р (рис. 2.2), то в состоянии предельного равновесия на свободной поверхности на частицу действуют силы: Рп - сила нормального давления, прижимающая частицу к свободной поверхности; Рτ - сила, стремящаяся сдвинуть частицу вниз; Fт - сила трения, зависящая от Рn и коэффициента трения fтр, R - реакция опоры. Поскольку частица находится в равновесии, имеем

т. е.

Также смотрят :

1. Общие положения

Назначение и виды земляных сооружений

Объем земляных работ очень большой, он имеется при строительстве любого здания и сооружения. Из общей трудоемкости в строительстве земляные работы составляют 10%.

Различаются следующие основные виды земляных сооружений :

Планировка площадки;

Котлованы и траншеи;

Земляные полотна дорог;

Дамбы;

Плотины;

Каналы и др.

Земляные сооружения делятся на :

Постоянные;

Временные.

К постоянным относятся котлованы, траншеи, насыпи, выемки.

К постоянным земляным сооружениям предъявляются требования :

Должно быть прочным, т.е. сопротивляться временным и постоянным нагрузкам;

Устойчивым;

Хорошо сопротивляться атмосферным влияниям;

Хорошо сопротивляться размывающим действиям;

Должны обладать безосадочностью.

Временные земляные сооружения выполняются для последующих строительно-монтажных работ. Это траншеи, котлованы, перемычки и т.д

Основные строительные свойства и классификация грунтов

Грунтом называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. К ним относятся: растительный грунт, песок, супесь, гравий, глина, суглинок лессовидный, торф, различные скальные грунты и плывуны.

По крупности минеральных частиц и их взаимной связи различают следующие грунты :

Связные - глинистые;

Несвязные - песчаные и сыпучие (в сухом состоянии), крупнообломочные несцементированные грунты содержащие более 50% (по массе) обломков кристаллических пород размером более 2 мм;

Скальные - изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткой связью между зернами.

К основным свойствам грунтов, влияющим на технологию производства, трудоемкость и стоимость земляных работ относятся :

Объемная масса;

Влажность;

Размываемость

Сцепление;

Разрыхленность;

Угол естественного откоса;

Объемной массой называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии в плотном теле.
Объемная масса песчаных и глинистых грунтов 1,5 - 2 т/м3, скальных не разрыхленных до 3 т/м3.
Влажность - степень насыщения пор грунта водой

g b - g c - масса грунта до и после сушки.

При влажности до 5% - грунты называются сухие.

При влажности от 5 до 15% - грунты называются маловлажными.

При влажности от 15 до 30% - грунты называются влажные.

При влажности более 30% - грунты называются мокрые.

Сцепление - начальное сопротивление грунта сдвигу.

Сила сцепления грунтов :

Песчаных грунтов 0,03 - 0,05 МП

Глинистых грунтов 0,05 - 0,3 МП

Полускальных грунтов 0,3 - 4 МПа

Скальных более 4 МПа.

В мерзлых грунтах сила сцепления значительно больше.

Разрыхляемость - это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке, вследствие потери связи между частицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентом разрыхления К р.

После уплотнения разрыхленного грунта называется остаточной разрыхленностью К ор.

Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта.

Величина угла естественного откоса зависит от угла внутреннего трения, силы сцепления и давления вышележащих слоев.

При отсутствии сил сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения.

Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса. Крутизна откосов выемок и насыпей характеризуется отношением высоты к заложению m - коэффициент откоса.

Углы естественного откоса грунтов и отношение высоты откоса к заложению

Размываемость грунта - унос частиц текучей водой. Для мелких песков наибольшая скорость воды не должна превышать 0,5-0,6 м/сек, для крупных песков 1-2 м/сек, для глинистых грунтов 1,5 м/сек.

Согласно производственным нормам, все грунты группируются и классифицируются по степени трудности разработки различными землеройными машинами и вручную :

Для одноковшевных экскаваторов - 6 группы;

Для многоковшевных экскаваторов - 2 группы;

Для разработки вручную - 7 группы и т.д.

Подсчет объемов земляных работ

В практике строительства приходится главным образом рассчитывать объемы работ по вертикальной планировке площадок, объем котлованов и объем линейных сооружений (транше, земляные полотна, насыпи и т.д.).

Объем подсчитывается в рабочих чертежах и уточняется в проекте производства работ.

В проекты производства земляных работ должны входить картограмма земляных работ, ведомость объемов насыпей и выемок и общий баланс грунта

В проекте должны быть объем и направление перемещения масс грунта в виде ведомости или картограммы.

Должна быть продумана технология разработки, транспортировки грунта, обратной засыпки и уплотнения.

В состав проекта должны входить календарный график земляных работ, должны быть указаны людские, материальные ресурсы и выбор комплекса машин.

При подсчете объемов земляных работ котлованов, траншей, выемок насыпей,пользуются всеми известными формулами геометрии.

При сложных формах выемок и насыпей их разбивают на ряд более простых геометрических тел, которые затем суммируют.

Определение объемов грунтовых масс при разработке котлованов

В большинстве случаев котлован представляет собой усеченную прямоугольную пирамиду, объем которой определяют по формуле :

Въездная траншея определяется по формуле :

Определение объемов грунтовых масс при устройстве линейных сооружений

Объем земляных работ для линейных сооружений насыпи, выемки, траншеи можно вычислить по формуле :

При уклоне не превышающем 0,1 можно пользоваться формулой Ф.Ф.Мурзо :

m -коэффициент откоса.

Если уклон превышает 0,1, то пользуются формулой

Подсчет объема на кривых (формула Тюльдена) :

r - радиус кривых

α - центральный угол поворота

Подсчет объемов земляных работ при планировке площадок

Наиболее целесообразно проектировать планировку площадки так, чтобы соблюдался нулевой баланс земляных масс, т.е. перераспределение земляных масс на самой площадке, без завоза или вывоза грунта.

Объем земляных работ определяют на основе картограммы.

План участка разбивают на квадраты со стороной от 10 до 50 м в зависимости от рельефа местности. При более сложном рельефе местности квадраты делят на треугольники.

Среднюю отметку поверхности площадки, при разбивке ее на квадраты определяют по формуле :

ΣH 1 - сумма отметок точек, где имеется одна вершина квадрата;

ΣH 2 - сумма отметок точек, где имеются две вершины квадрата;

ΣH 4 - сумма отметок точек, где имеются четыре вершины квадрата;

n - Количество квадратов.

При разбивке на треугольники, по формуле :

ΣH 1 - сумма отметок точек, где имеется одна вершина треугольника;

ΣH 2 - сумма отметок точек, где имеются две вершины треугольника;

ΣH 3 - сумма отметок точек, где имеются три вершины треугольника;

ΣH 6 - сумма отметок точек, где имеются шесть вершин треугольника;
n - количество квадратов.

Как правило, на планируемом участке всегда возводят дополнительные земляные сооружения в виде насыпей и выемок.

Для обеспечения нулевого баланса земляных работ возведение этих сооружений учитывается путем введения поправки к средней планировочной отметке и коэффициент остаточного разрыхления грунта.

Распределение земляных масс на площадке.

После того, как будут подсчитаны объемы земляных работ, приступают к распределению земляных масс. Из какого участка куда перевозить землю.

Перед этим надо составить баланс земляных работ. Сколько будет выемки, сколько насыпи.

При распределении земляных масс нужно учитывать профильный объем земляных работ и рабочий объем земляных работ. Рабочий больше, он учитывает откосы.

Распределение земляных масс в линейном сооружении

Учитывается :

Продольная транспортировка грунта;

Поперечная транспортировка грунта.

Какой способ принять, можно решить используя неравенство:

С вк + С нр ≤ С вн

С вк - стоимость разработки выемки и укладки грунта в кавальер;

С нр - стоимость отсыпки в насыпь из резерва;

С вн - стоимость разработки грунта и отсыпка его в насыпь.

Имеет значение правильный подсчет стоимости перевозок на те или иные расстояния.

Чтобы правильно определить длину перемещения грунта берут центры тяжести насыпи и выемки и это будет среднее расстояние для перевозок.

Общие сведения о машинах, предназначенных для производства земляных работ

Грунты разрабатываются механическим, гидромеханическим, взрывным, комбинированным и другими специальными способами.

Механический способ - 80-85% выполняется этим способом, путем отделения грунта резанием с помощью землеройных машин (одноковшовых и многоковшовых экскаваторов) работающих на транспорт или в отвал, или землеройно-транспортных машины: бульдозеры, скреперы, грейдеры, грейдеры-элеваторы и канавокопатели.

Гидромеханический способ - гидромониторами - размывают грунт, транспортируют и укладывают или всасывают грунт со дна водоема землеснарядами.

Взрывной способ - основанный на использовании силы взрывной волны различных взрывчатых веществ, закладываемых в специально устроенные скважины, является одним из мощных средств механизации трудоемких и тяжелых работ.

Комбинированный способ - сочетает механический с гидромеханическим или механический со взрывным.

Специальные способы - разрушают грунт ультразвуком, током высокой частоты, термическими установками и др.

Для подготовительных работ применяют кусторезы, корчеватели, рыхлители и др.

Грунт транспортируют автосамосвалами, автоприцепом, транспортерами, ж.д. транспортом и гидравлическим способом.

Для уплотнения грунта применяют всевозможные катки, трамбовочные и вибрационные машины.

Одноковшовый экскаватор - самоходная землеройная машина циклического действия; навесное оборудование: прямая лопата, обратная лопата, драглайн, грейфер, струг и засыпатель.

Кроме того применяют сменное оборудование: кран, копер, трамбующая плита, корчеватель пней, бетонолом и др.

С емкостью ковша 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,65; 1; 1,25; 2,5; 3; 4,5 м 3 - применяют в строительстве, а 40; 50; 100; 140 м 3 применяют на вскрышных работах.

Самое большее на стройке обычно 2,5 м 3 .

Многоковшовый экскаватор - самоходная землеройная машина непрерывного действия. Бывают цепные и роторные.

Бульдозер - навешивается нож-отвал к трактору. Мощность трактора 55 - 440 кВт (от 75 до 60 л.с.).

Бульдозеры используются для копания, перемещения и планировки грунта, а также его зачистки в котлованах.

Скреперы - состоят из ковша и ходовой части на пневмоходу. Бывают прицепные скреперы с емкостью ковша 2,25 - 15 м 3 , самоходные 4,5 - 60 м 3 . Рабочая скорость передвижения 10 - 35 км/час.

Применяют для послойного копания, транспортирования и отсыпки слоями грунтов. (Самые дешевые в земляных работах).

Дорожные грейдеры - самоходная машина на раме которой имеется отвал с режущим ножом. Предназначены для планировочных и профилировочных работ с грунтом.

Грейдеры-элеваторы - оборудованы дисковым плугом. Применяются для послойного резания грунта и перемещения его в отвал или транспортные средства.

2. Устройство выемок и насыпей

Устройство котлованов

Котлован представляет собой выемку, предназначенную для возведения части здания или сооружения, расположенной ниже поверхности земли, для устройства фундаментов.

Котлованы бывают с вертикальными стенками, с креплениями и с откосами.

Согласно СНиП допускается рытье котлованов с вертикальными стенками без креплений в грунтах естественной влажности с ненарушенной структурой, при отсутствии грунтовых вод и глубине котлованов в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах не более 1 м; в супесчаных и суглинках 1,25 м; в глинистых 1,5 м и особоплотных 2 м.

Крепления бывают :

подкосное анкерное шпунт

Но лучше выполнять котлован с откосами. Наибольшую допустимую крутизну откосов котлованов в грунтах естественной влажности и при отсутствии грунтовых вод принимают для выемок

Глубиной до 1,5 м от 1: 0,25 до 1: 0;
глубиной 1,3 - 3 м от 1: 1 до 1: 0,25;
глубиной 3 - 5 м от 1: 1,25 до 1: 1,5.

Для более глубоких котлованов откосы рассчитываются.

Разработка котлована включает в себя следующие рабочие операции :

Разработка грунта с выгрузкой на бровку или погрузкой в транспортные средства;

Транспортирование грунта;

Планировка дна котлована;

Обратная засыпка с подравниванием и уплотнением.

Рытье котлована - это ведущий процесс. Котлованы разрабатывают одноковшовым экскаватором, скрепером, бульдозером и гидромеханическим способом.

Одноковшовый экскаватор применяют :

При строительстве жилья 0,3 - 1 м 3 ;

В промышленном строительстве 0,5 - 2,5 м 3 иногда 4 м 3 .

Устройство траншей

Траншеи представляют собой временные выемки, предназначенные для укладки в них ленточных фундаментов или монтажа трубопроводов и кабелей.

Различают 3 вида траншей : с вертикальными стенками, с откосами, и смешанные траншеи :

Траншеи с вертикальными стенками в большинстве требуют крепления, а значит дополнительный расход материалов, дополнительные трудозатраты

Без крепления можно рыть от 1 до 2 м в зависимости от плотности грунтов. Но рекомендуют сразу, укладывать трубопроводы или возводить фундамент.

В вязких грунтах роторными экскаваторами копают до 3 метров, укладывая трубопроводы (газопроводы, нефтепроводы и т.д.), крепления выполняют там, где спускаются люди.

При устройстве траншей с откосами наибольшую крутизну принимают в соответствии с углом естественного откоса и погодными условиями.

Траншеи смешанного вида устраивают при большой глубине и наличии грунтовых вод, уровень которых выше дна траншеи.

Крепления траншей бывают :

Горизонтальные или вертикальные;

С прозорами или сплошные;

Инвентарные или неинвентарные.

Инвентарные ограждения состоят из сборно-разборных рам и инвентарных щитов, инвентарных распорок.

Для разработки траншей применяют одноковшовые экскаваторы: обратная лопата или драглайн с емкостью ковша 0,3 - 1 м 3 .

Обратной лопатой можно разрабатывать с вертикальными стенками. Драглайном с откосами и при наличии грунтовых вод.

Если траншеи не глубокие, то отвал организовывают рядом с траншеей (движение боковое или торцевое).

Если траншея глубокая, то отвал с двух сторон и экскаватор движется по зигзагу.

Многоковшовый экскаватор используется при разработке траншей для укладки трубопроводов.

Эксплутационная сменная производительность многоковшового экскаватора :

c - продолжительность смены;

n 1 - количество разгружаемых ковшей в минуту, зависит от скорости движения и расстояния между ними;

k1 - коэффициент использования экскаватора;

k3 - коэффициент загрузки ковшей;

g - ёмкость ковша.

Если грунт в траншее перебран, то укладывают песок или мелкий щебень и его трамбуют (но не грунт). При разработке траншей под фундаменты, грунт из под экскаватора обычно увозят автосамосвалами.

Иногда в очень стесненных условиях или при прохождении трубопроводов через дорогу или другие препятствия, копают штольни или выполнят прокол (бестраншейная прокладка).

Крепление траншей разбирают снизу вверх, но могут и оставлять (например, в плывунах).

Обратная засыпка траншей выполняется после геодезической съемки уложенных трубопроводов или других коммуникаций.

Засыпку выполняют в два этапа: сначала присыпают трубу на 0,2 м песком или мелким щебнем, а затем все остальное с послойным уплотнением.

Устройство подводных траншей

Подводные траншеи устраивают для прокладки дюкеров.

Траншею всегда разрабатывают с откосами, крутизну которых принимают для песчаных грунтов от 1:1,5 до 1:3, для супесков и суглинков 1:1 - 1:2, для глин 1:0,5 - 1:1.
При ширине разработки траншей учитывают скорость течения реки (у малых рек русло отводят).

Разработку подводных траншей в зависимости от местных условий выполняют экскаватором, канатно-скреперной установкой, землеснарядами, гидромониторами.

В некоторых случаях траншеи разрабатывают вручную.

Устройство земляного полотна

Земляное полотно является основанием верхнего строения автомобильных и железных дорог, состоит из насыпей и выемок.

Крутизну откоса принимают в зависимости от рода грунта и высоты насыпи.

Для несвязных грунтов при высоте насыпи до 6 м, рекомендуют крутизну откоса 1:1,5.

Насыпи от 6 м и выше должны иметь откосы ломаного профиля, более пологие в нижней части.

Процесс устройства земляного полотна состоит из 2-х работ : подготовительной и основной.

Подготовительная - очистка трассы и разбивка полотна.

Основная - разработка, перемещение, планировка и уплотнение грунта.

На каждом участке земляного полотна грунт разрабатывается машинами одного или нескольких типов, которые выбирают с учетом условий их применения и обеспечения наибольшей производительности.

Бульдозеры применяют при устройстве выемок до 2 м и насыпей высотой 1 - 1,5 м при длине перемещения 80 - 100 м.

Скреперы применяются для продольного перемещения грунта из выемок в насыпь при расстоянии перемещения более 100 м, а также когда устраивают насыпи из боковых резервов.

Грейдеры-элеваторы - целесообразно применять при возведении невысоких (до 1 метра) насыпей из резервов в равнинной местности. Фронт работ каждой машины должен быть в пределах 1,2 - 3 км, длина захватки не менее 400 м.

Грейдеры и автогрейдеры в основном предназначены для планировочных и профилированных работ, можно также применять в качестве основных машин при возведении земляного полотна с высотой насыпи до 0,75 м.

Экскаваторы - прямая лопата или драглайн применяют, где сосредоточенные массы грунта по высоте не менее нормального забоя.

Средства гидромеханизации применяют если в зоне работ по устройству земляного полотна есть естественные водоемы и источники электроэнергии.

Крепление откосов постоянных земляных сооружений и берегов

При строительстве земляного полотна, каналов, водопроводно-канализационных и других сооружений приходится выполнять работы по креплению откосов и берегов.

Грунт откосов и берегов закрепляют органическими вяжущими (битум), засевом трав, устройство защитной одежды в виде одерновки, а также хворостом, камнем, ж/б плитами и специальными защитными сооружениями.

Более прочным креплением является мощение или каменная наброска в плетневых клетках размером от 1 х 1 до 1,2 х 1,2 м.

3. Вспомогательные работы при производстве земляных работ

Водоотлив

Выемки в водоносных грунтах разрабатывают с применением открытого водоотлива или искусственного водопонижения уровня грунтовых вод.

Водоотлив применяется при небольшом поступлении воды.

Недостатки водоотлива :

Размывает стенки выемок;

Приток воды затрудняет выемку грунта;

Дно котлована не всегда сухое.

Поэтому устраивают искусственное понижение уровня грунтовых вод.

Водопонижение

Понижение уровня грунтовых вод осуществляют : с применением легких иглофильтровальных установок, обеспечивающих одноярусное понижение уровня грунтовых вод до 4 - 5 м, а при двухъярусном на 7 - 9 м; эжекторных иглофильтров, допускающих одноярусное понижение уровня грунтовых вод до 15 - 20 м; и трубчатых колодцев с глубинными насосами.

Легкие иглофильтровальные установки состоят из комплекса иглофильтров, всасывающего коллектора и насосов.

Погружают трубы гидравлическим методом или бурением. Для глубоких котлованов может быть 2 и 3 яруса.

Для траншей, возможно устраивать с одной стороны.

Иглофильтры с эжекторным устройством применяют для понижения уровня грунтовых вод одним ярусом на глубину до 15 - 20 м.

Глубинные трубчатые колодцы осуществляют одноярусное понижение грунтовых вод на глубину до 60 м и более.

Погружные насосы устанавливают в заранее пробуренные фильтрованные скважины (обсадные трубы) d 200 - 400 мм.

Применяют также артезианские насосы.

Искусственное ограждение выемок от грунтовых вод

Выемки грунтов при проходке слоев со значительным притоком воды могут быть осуществлены под защитой ледяной водонепроницаемой стены из замороженного грунта или при помощи тиксотропных противофильтрационных экранов.

Искусственное замораживание грунтов применяется при разработке выемок в плывунах в целях создания временной водонепроницаемой ледяной стены

Тиксотропные экраны делают из бентонитовых глин или из простых глин смешанных с цементом 1:2.

Глины поглощают воду в 7 раз больше собственной массы и после водонасыщения загустевают, приобретая водоотталкивающее качество.

4. Особенности устройства земляных работ в зимних условиях

Общие сведения

Зимой структура грунта меняется: механическая прочность а также удельное сопротивление резанию и копанию резко возрастает (в несколько раз).

Поэтому земляные работы резко отличаются от летних.

Но иногда зимние условия способствуют земляным работам. Например, в болотах, при разработке илистых грунтов, грунтов, насыщенных водой.

За счет грунтовых вод весной грунт подтаивает снизу. Поэтому в момент оттаивания грунтовые воды повышаются.

Первые кристаллы льда в грунтовой воде появляются при t = -0.1° С. Замерзание грунта начинается с - 6° С и ниже.

В рыхлых грунтах песок, супесок вода замерзает при t = (- 2°С - 5°С), в глинистых при t = (- 7°С - 10°С).

Температура внутри грунта распределяется в зависимости от глубины.

Глубина промерзания грунта зависит от :

Влажности - чем выше влажность, тем больше глубина. При влажности 30 - 40% приводит к пучению грунта;

Уровня грунтовых вод - чем ближе к поверхности грунтовые воды, тем меньше промерзание;

Характера зимы и времени выпадения снега. Чем резче колебания наружного воздуха, тем больше глубина промерзания.

Глубину промерзания можно определить по следующей формуле (грунт не покрыт снегом) :

H - глубина промерзания

k - коэффициент, учитывающий особенности грунта:

Глина - 1;

Суглинок - 1,06;

Супесь - 1,08;

Песок - 1,12.

z - число дней зимы до расчетного дня.

t - средняя температура наружного воздуха за период от начала зимы до расчетного дня.

Кроме того глубину промерзания можно определить по различным графикам и таблицам. А вообще глубину промерзания определяют в натуре.

Предохранение грунта от промерзания

Вообще предохранять грунт от промерзания трудно.

Наиболее простым является рыхление: боронование глубиной 0,15 - 0,2 м, вспашка 0,25 - 0,35 м, глубокое рыхление экскаватором до 1,5 м.

Обеспечивают водоотвод осенних вод.

Устраивают снегозадержание толщиной 0,5 - 1,0 м. Для утепления укрывают сухим торфом, листвой, шлаком (опилом нельзя).

Водовоздушное покрытие пеной из поверхностно-акивных веществ (ПАВ), устраевоемое при помощи пеногенераторных установок слоем 30 - 40 см снижает глубину промерзания в 10 раз.

Но утепление грунта целесообразно лишь в первой половине зимы.

Рыхление мерзлого грунта

При промерзании грунта до 0,1 м разрабатывается без рыхления.

Мерзлый грунт разрыхляют взрывным или механическим способом .

Взрывной способ рыхления выгоден при глубине промерзании более 0,8 м (способ дешевый).

Объем делят на захватки, бурят шпуры, закладывают взрывчатку, взрывают и разрабатывают обычным способом.

Механизированное рыхление при глубине 0,25 - 0,4м рыхлителем или экскаватором с ковшом 0,5 - 1 м 3 .

Если глубина промерзания 0,5 - 0,7 м и объем не большой применяют молоты свободного падения, которые имеют форму клина или шара, бетоноломы на базе гидравлического экскаватора.

При глубине промерзания до 1,3 м лучше применять дизельмолот с клином.

Кроме того, мерзлый грунт можно нарезать барой на блоки, которые затем удаляются.

Небольшой объем работ выполняют отбойными молотками.

Оттаивание мерзлого грунта

Этот способ применяют при небольших объемах работ, обычно в стесненных условиях.

Грунт можно оттаивать :

Горячей водой;

Паром;

Электрическим током;

Огневым способом;

Химическим способом (негашеной известью).

Горячую воду или пар подают через иглы, помещенные в предварительно пробуренные шпуры.

Электротоком - электрические иглы, электрические печи, ТЭНы, коаксиальные нагреватели, горизонтальные или забивные электроды.

Огневой способ - сжигание какого-либо топлива (торф, уголь, дрова, щепа, солярка и т.д.) под металлическим коробом или трубой.

Разработка грунта, обратная засыпка и устройство насыпей

Зимой грунт разрабатывают обычным способом.

Разработка грунта производится последовательно, быстро и укладывают фундаменты пока грунт теплый.

Неглубокие траншеи (глубиной до 1,5 м) под фундаменты - утепляют.

Обратная засыпка производится с соблюдением следующих требований: при засыпке пазух котлованов и траншей мерзлые комья должны составлять не более 15% от объема засыпок, внутри здания засыпают только талым грунтом.

Трубопроводы на 0,5 м засыпают талым грунтом.

Выше можно засыпать мерзлым грунтом, не содержащим комьев размером более 5-10 см.

Возведении насыпей земляного полотна в зимних условиях: при устройстве дорожной насыпи допускается до 20% мерзлого грунта, железнодорожной насыпи - до 30%.

Глинистые грунты в насыпи должны быть не свыше 4,5 м.

Верхний слой насыпи - талый грунт толщиной 1 м.

При планировке площадки допускается до 60% мерзлого грунта.

Основание под фундаменты можно сдавать мерзлые, но не в пучинистых грунтах.

5. Организация комплексно-механизированного процесса возведения земляных сооружений

При комплексной механизации все процессы земляных работ выполняются механизировано: рыхление, разработка грунта, транспортировка грунта, планировка, уплотнение.

Выбирается ведущая машина, которая должна использоваться наиболее полно.

К ней подбирают остальной комплект машин.

Определяют стоимость 1 м 3 переработанного грунта и комплекс машин сравнивают с другим комплексом.

С с - удельные затраты на 1 м 3

С 0 - общая стоимость земляных работ

V - общий объем

С м.см. - стоимость машиносмены в руб.

T - продолжительность работы машины на данном объекте

С д - дополнительные затраты связанные с организацией производства земляных работ, руб.(устройство дорог, содержание дорог и т.д.)

З - зарплата рабочих не учтенная в стоимости машин.

6. Контроль качества земляных работ и их приемка

Необходимо систематически проверять выполнение работ проектной документации и требований СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты».

Необходимо вести журнал работ, в котором отражаются свойства грунта (пластичность, влажность, вязкость и т.п.).

После устройства выемок составляется трехсторонний акт (заказчик, подрядчик, геолог или проектировщик) о соответствии несущего основания проекту для возможности ведения дальнейших работ.

При сдаче земляных сооружений исполнитель должен представить комиссии исполнительные чертежи, в которых нанесены все изменения, отступления от проекта, акты скрытых работ, акты испытания грунта, акты геодезических съемок.