Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы рубрики ‘ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА’

Набивные сваи изготовляются непосредственно на строительной площадке без сотрясения грунта и в естественных условиях, что особенно важно при про­изводстве работ вблизи или внутри существующих зданий и сооружений. В грунте устраиваются скважины или подобные полости с последующим их заполнением бетонной смесью (с армированием или без него) или сыпучим грунтом (песком или песчано-гравийной смесью) — грунтовая (песчаная) свая. Диаметр набив­ных свай 0,4—2 м и длина до 50 м. Несущая способность достигает 600 т на одну сваю.

Широкое применение получили буронабивные сваи, сваи в пробитых скважи­нах и вытрамбованных котлованах (рис. 5.1).

При устройстве буронабивных свай бурение в водонасыщенных и неоднородных глинистых грунтах текучей консистенции с прослойками песка и супесей требу­ет крепления стенок скважин обсадными трубами. Российский инженер А. Э. Стра­ус в 1899 г. изобрел набивные бетонные сваи, изготовляемые в буровой скважине путем трамбования небольших порций бетонной смеси при одновременном подъеме обсадной трубы. Был найден эффективный для того периода способ из­готовления бетонных свай.

Проходка обводненных скважин в неустойчивых грунтах может выполняться и без обсадных труб под защитой глинистого бурового раствора без промывки. Глинистый раствор благодаря значительной плотности оказывает на стенки сква­жин гидростатическое давление, которое удерживает грунт от обрушения. Кро­ме того, циркулирующий раствор выносит на поверхность выбуренный грунт и охлаждает буровой рабочий орган. Бетонирование свай под глинистым раство­ром производят подводным способом.

Для увеличения несущей способности набивных свай их изготовляют с уши­ренным основанием. При неустойчивых грунтах его не делают. Существуют сле­дующие способы получения уширения: трамбование, разбуривание и камуфлет — ный взрыв. Размеры уширения определяют приближенно по объему втрамбо­ванного бетона.

Состав работ при устройстве буронабивных свай в плотных грунтах:

♦ установка буровой машины на ось скважины;

♦ бурение скважины до проектной отметки уширения с периодическим подъ­емом и очисткой бурового органа;

♦ замена бурового органа (шнека, ковша и др.) на расширитель скважины;

♦ бурение уширенной части скважины;

♦ зачистка и контроль качества скважины;

♦ погружение в готовую скважину арматурного каркаса;

♦ бетонирование скважины.

Технология изготовления свай в пробитых скважинах заключается в следующем. Сначала в грунт забивается обсадная труба, имеющая в верхней части специаль­ный оголовок, а в нижней части плоский башмак, который после погружения грубы оставляется в скважине. Контроль окончания погружения трубы, кроме прямого промера, осуществляется по отказу за один удар. При необходимости армирования сваи в полость трубы устанавливается пространственный арматур­ной каркас, который должен иметь не менее 6 продольных стержней. После заг — руженид бетонной смесыо труба постепенно извлекается. Уплотнение уложен­ной бетонной смеси производится путем вертикальных колебаний обсадной тру­бы с помощью вибратора, закрепленного в нижней ее части. Сваи в пробитых скважинах в результате уплотнения околосвайного грунта имеют большую несу­щую способность, чем сваи, изготовленные в пробуренных скважинах.

Забивные сваи можно формовать с использованием пневмопробойников, особенно в стесненных условиях строительства. В отличие от бурильных устано­вок для них не требуются свободные площади и подъездные пути. Пневмопро­бойником сначала пробивают вертикальную скважину. Затем его извлекают и заполняют скважину Полусухой бетонной смесью. При повторной проходке пнев­мопробойника смссьуплотняется и вдавливается в стенки скважины, обеспечи­вая сцепление с грунтом. При этом грунт уплотняется, что улучшает работу сваи. Операции повторяют до получения сваи нужного размера. Диаметр сваи может достигать 300 мм, глубина — 10 м.

Сваи в вытрамбованных котлованах (глубиной до 4,5 м) выполняются аналогич­но сваям в пробитых скважинах с помощью специального оборудования, в том числе штампонабивные фундаменты с микросваями. Такие фундаменты пред­ставляют собой монолитные конструкции, состоящие из заглубленных, выштам — пованных в грунте, ростверков и нескольких микросвай (2—6) в интенсивно уп­лотненном грунтовом ядре.

Выштамповка скважин осуществляется специальным составным лидером, который навешивается на копре для погружения свай, снабженном трубчатым дизель-молотом. Стенки выштампованных скважин имеют качественную повер­хность и достаточно высокую прочность для бетонирования фундаментов без устройства опалубки.

Наиболее широко в строительстве используются готовые железобетонные сваи квадратного или прямоугольного сечения длиной от 3 до 20 м и сечением от 20×20 до 40×40 см. Применяются также составные сваи такого же сечения, сваи-ко­лонны и пирамидальные сваи, дающие возможность при том же расходе матери­алов повысить за счет распорного эффекта несущую способность почти в 1,5 раза. Наряду со сплошными сваями (без полостей в стволе) в незначительном объеме изготовляются полые (с продольной полостью в ее стволе), в том числе железобе-

тонные призматические и пирамидальные сваи с полостями различных попе­речных сечений, трубчатые (забивная цилиндрическая свая, образуемая погру­жением в грунт стальной или тонкостенной железобетонной трубы), пакетные — готовые сваи, полученные из нескольких продольных элементов, соединенных в пакет. К готовым сваям относятся и шпунтовые сваи (шпунтины) из досок либо брусьев с боковым гребнем и пазом или из специального прокатного профиля с замковым соединением по боковым продольным сторонам для образования в грунте водонепроницаемой шпунтовой стенки. Полые сваи, через полость кото­рых осуществляется охлаждение вечномерзлых грунтов в зимнее время, называ­ются холодными.

Тонкостенные полые сваи большого диаметра (свыше 0,8 м) с замкнутым по­перечным сечением (сваи-оболочки) позволяют экономить при одинаковой удель­ной несущей способности с традиционными конструкциями свай до 30% бетона и 10—20% арматуры. Сваи-оболочки имеют кольцевое сечение диаметром до 6 м и общую длину до 40 м, составленную из звеньев длиной 3—8 м.

Забивка свай осуществляется с помощью копровых установок (копров), смон­тированных на различном ходовом оборудовании: колесных тележках, спецшасси с пневмоколесным ходом, самоходных кранах и экскаваторах и др. Рабочим обо­рудованием таких установок являются свайные молоты. Свайныймолот со свай­ным наголовником навешивается на мачту копра. В зависимости от проектного положения свай применяются вертикальные Копры (для забивки вертикальных свай), наклонные (для забивки наклонных свай) и универсальные (для забивки свай в любом положении).

При выборе типа агрегата следует исходить из технологических условий пло­щадки, типоразмеров сваи, производительности и технологических особеннос­тей машины и сетки свайного поля.

До начала производства свайных работ должны быть выполнены следующие операции: отрывка котлованов и траншей, разбивка осей свайных рядов и мест погружения свай, устройство подъездных дорог, укладка свай у места их погру­жения с предварительным осмотром и в случае необходимости с отбраковкой. Для раскладки комплектов свай у мест их погружения используется грузоподъ­емный кран. Свая, являющаяся ориентиром при погружении других свай свай­ного или шпунтового ряда, называется маячной. В случае повреждения или недостаточной несущей способности проектной сваи рядом с ней погружается в грунт свая-дублер.

Технологический процесс погружения свай забивкой состоит из следующих операций: установки копра; подтаскивания сваи к копру (подтаскивать сваи мож­но только через отводной блок, закрепленный на основной раме сваебойного агрегата); подъема и установки сваи на место Погружения под молот (призмати­ческие сваи стропят, обязательно пропуская через монтажную петлю, тросом — удавкой, длина свободного конца которого не должна превышать 15 см); наведе­ния, ориентирования и погружения сваи ударами молота; перехода копра или

перемещения оборудования к очередному месту погружения свай. При этом 70— 80% рабочего времени расходуется на передвижки копров, сама же забивка свай занимает только 20—30%. Поэтому выбору наиболее подходящего сваебойного оборудования и рациональной схемы перемещения копров, подготовке путей, предварительному размещению свай на площадке, подаче их к копру, строповке и другим вопросам организации работ необходимо уделять большое внимание.

Свайные молоты подразделяются по виду привода, по способу управления и принципу действия. Они бывают: с механическим приводом (ударная часть этих молотов поднимается лебедкой); с гидравлическим приводом (преобразование и транспортирование энергии посредством жидкости); с пневматическим при­водом (используется энергия сжатого воздуха); дизель-молоты (работают по принципу двигателя внутреннего сгорания).

Системы управления свайными молотами делятся на рычажные, полуавтома­тические и автоматические. По принципу действия различают молоты: простого действия, у которых привод используется только для подъема ударной части, а забивка свай осуществляется ударом свободно падающего молота; двойного дей­ствия, у которых привод используется как для подъема, так и для забивки сваи (дизель-молоты).

В мировой практике самой многочисленной группой машин длязабивки свай, шпунта и труб являются трубчатые дизель-молоты. Они выгодно отличаются от других типов молотов независимостью от посторонних источников энергии, простотой конструкции, низкой себестоимостью и высокой производительнос­тью. У трубчатых дизель-молотов есть и существенные недостатки: они трудно запускаются при погружении свай в слабые грунты и не обеспечивают независи­мого управления при блочной и батарейной забивке свай.

Масса ударной части молота, в том числе дизель-молота, должна быть: при длине сваи более 12 м — не менее массы сваи; при длине сваи до 12 м при плот­ных грунтах — не менее 1,5 массы сваи, а при грунтах средней плотности — не менее 1,25 массы сваи, включая во всех случаях массу наголовника.’

Возрастающие нагрузки на фундаменты требуют создания сваебойной техни­ки с массой ударной части до 10 т, а для строительства монументальных сооруже­ний — паровоздушных молотов и гидромолотов с массой ударной части 50—200 т.

Выбор молота для забивки свай и свай-оболочек производят в зависимости от проектной несущей способности свай и их массы. Вначале определяют мини­мально необходимую энергию удара молота Э (в Дж):

Э= 175аР,

где а — коэффициент, равный 25; Р — несущая способность сваи, кН.

По справочным данным подбирают молот, энергия удара которого превышает значение Э. Проверку производят по условию:

(Q„ + q)/3p<K,

где Qe — полная масса молота, кг; масса сваи, кг;

Эр — расчетная энергия удара, Дж, равная 0,4 Qa для штанговых и 0,9 Qa для трубчатых молотов;

К — коэффициент, принимаемый равным: 6 — для трубчатых дизель-моло­тов; 5 — для штанговых молотов при забивке железобетонных свай.

Первые удары по свае производят с малой высоты — до 0,5 м, пока она не получит правильного направления. Затем силу удара молота постепенно увели­чивают до максимальной. От каждого удара свая погружается на определенную величину, называемую отказом. Сваи забивают до достижения расчетного отка­за, который принято находить как среднее значение замеров погружения от де­сяти Ударов. Серию ударов, выполняемых для замера среілней величины отказа, называют залогом.

Недобиванис свай по технологическим причинам и грунтовым условиям до­пускается на 0,5 м при их погружении на 10 м, и на 1 м при погружении на глуби­ну более 10 м. Отклонения верха голов догруженных свай не должны превышать +50 мм.

При застройке районов, где залегают значительные (до 40 м) толши слабых грунтов, применяются составные сваи из 8-мегровых элементов без острия на нижнем конце, имеющих специальные монтажные замки, которые обеспечива­ют равнопрочность сваи по всей длине. Составные сваи погружаются с помо­щью обычного сваебойного оборудования.

Технологический процесс безотходной забивки свай осуществляется в. такой технологической последовательности:

♦ с помощью вспомогательной лебедки в отверстие разрывного устройства устанавливают сваю, лебедкой опускают на верхнюю ее часть наголовник с молотом и начинают погружать сваю;

♦ после погружения модульная часть сваи наращивается следующей сваей. Состыкованные сваи погружают в грунт до необходимой отметки;

♦ недопогруженная часть сваи зажимается двумя поясами разрывного уст­ройства и отрывается;

♦ оторванная часть сваи, находящаяся в верхнем поясе разрывного уст­ройства, ориентируется на ось забивки следующей сваи перемещение^ коп­ра или манипулированием мачтой;

♦ затем молотом ее погружают в грунт и наращивают следующей.

Цикл повторяется. Для безотходной технологии сваи изготовляют одного ти­поразмера — модуля, имеющего специальное стыковое соединение.

Виброіюгружсіше свай, шпунтов, труб производится вибрированием с помощью вибропогружателя (вибрационной машины). При вибрации сцепление частиц грунта и трение сваи о грунт уменьшаются, и свая под действием собственного веса и веса вибропогружателя погружается в грунт.

Вибропогружатель состоит из вибратора направленного действия, электро­двигателя с редуктором, приспособления для крепления к верхнему концу сваи и пульта управления. Вибропогружатель можно использовать в комплекте с коп­ром или краном, имеющим направляющую стрелу.

Низкочастотные вибропогружатели применяются для погружения тяжелых свай, высокочастотные — легких. Низкочастотный вибропогружатель со стати­ческим моментом дебалансов 93 кН имеет частоту колебаний 7 с-1; возмущаю­щая сила его дебалансов — 185 кН; амплитуда колебаний (без сваи) —20 мм; мощ­ность электродвигателя — 69 кВт; масса — 4 240 кг. Вибропогружатель с такими параметрами обеспечивает погружение железобетонных свай квадратного сече­ния 35×35 см массой до 3 т и может быть использован для погружения свай-обо­лочек массой до 10 т в сочетании с подмывом грунта и его выборкой из полости.

Эффективность работ по погружению элементов в грунт увеличивается при дополнительном применении подмыва, который рекомендуется во всех случа­ях, когда грунты отличаются от водонасыщенных песков, а требуемая глубина погружения превышает 8 м. Например, без подмыва железобетонные сваи труд­но погрузить больше, чем на Юм, даже при погружении их в песчаные водонд — сышенные грунты. Вибропогружение весьма успешно применяется в гидротех­ническом строительстве при погружении металлических шпунта в водона­сыщенные песчаные грунты.

В последнее время вместо вибропогружателей часто используются вибромо­лоты (массой от 1 до 12 т), действие которых основано на сочетании ударных и вибрационных воздействий на сваю. Применение вибромолотов позволяет со­кратить время погружения свай и свай-оболочек до 8 раз по сравнению с погру­жением аналогичным по мощности вибропогружателем. Их использование осо­бенно эффективно при тяжелых грунтах с каменными включениями.

Безударное погружение готовых свай осуществляется тремя способами: завин­чиванием, вдавливанием и гидроподмывом.

Винтовые сваи наиболее широко применяются для устройства фундаментов радиомачт и опор ЛЭП в качестве анкеров, т. е. в тех случаях, когда имеют место выдергивающие нагрузки. Ствол сваи может быть стальным или железобетон­ным, башмак изготавляют литым из стали, чугуна или железобетона. Диаметр ствола — 40—60 см, диаметр лопастей — 1—2,5 м.

Винтовые сваи погружают в грунт завинчиванием с помощью кабестанов (ме­ханизмов, передающих свае вращательное движение при погружении в грунт) или специальных установок.

Статическое вдавливание свай осуществляется вдавливающим агрегатом на базе двух тракторов или системой гидравлических домкратов. Вибровдавливанйе производится за счет веса сваи, вибропогружателя и трактора, на котором смон­тирована установка.

Способ вдавливания эффективен при погружении коротких свай длиной до 6 м, при этом не разрушаются головы свай.

Суть погружения свай способом гидроподмыва заключается в том, что под дей­ствием воды, направленной под напором к острию сваи из одной или несколь­ких труб, лобовое сопротивление грунта снижается. Забивные сваи, погружае­мые в грунт с одновременным подмывом их водой, подаваемой под давлением под острие свай, называется подмывными. Висячие сваи погружать методом гид­роподмыва нельзя, так как при этом нарушается сцепление их боковой поверх­ности с грунтом.

На смену традиционной технологии возведения зданий на грунтовых подуш­ках пришли методы устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений с использованием свай со значительным уменьшением объемов земляных и бе­тонных работ. С помощью свай передаются нагрузки на нижележащие прочные слои грунта, увеличивается несущая способность слабых грунтов, осуществля­ется временное крепление стенок котлованов или защита от воды.

Свайные работы — строительные работы по изготовлению, погружению в грунт, извлечению (в случае надобности) свай, объединению отдельных погружаемых в грунт свай в единую конструкцию (устройство ростверков свайных фундамен­тов или мостовых опор, установка продольных связей и анкерных креплений на шпунтовой стенке и др.).

Методы производства свайных работ зависят от вида применяемых свай. Свая — стержневой конструктивный элемент, погружаемый в грунт или образу­емый в скважине для передачи нагрузки от сооружения грунту.

По способу устройства сваи подразделяются на готовые и набивные.

Готовые сваи изготовляют заранее и погружают в грунт забивкой, вибрацией, вдавливанием, завинчиванием, подмывом или комбинированным методом.

Набивные сваи сооружаются непосредственно в грунте, в местах их проектно­го расположения, путем устройства скважин и заполнения их бетонной смесью или песчаным грунтом. В некоторых странах набивные сваи называют местны­ми сваями. Их области применения: твердые глинистые грунты с включением валунов и объекты, где забивка или погружение свай недопустимы из-за возмож­ности деформирования прилегающих строений, конструкций или земляных мас­сивов и др. К набивным сваям относятся и вытрамбованные (выштампованные) сваи, сваи в пробитых скважинах.

По способу передачи нагрузки на грунты сваи подразделяются на сваи-стойки, передающие нагрузку на прочный малосжимаемый грунт главным образом за счет опирания на него острием, и висячие сваи, несущая способность которых обеспе­чивается главным образом трением их боковой поверхности о грунт.

Производство земляных работ в зоне действующих подземных коммуникаций следует осуществлять под непосредственным руководством прораба или мастера, а в охранной зоне кабелей, находящихся под напряжением, или действующего га­зопровода, кроме того, под наблюдением работников соответствующих служб.

Наиболее опасными видами земляных работ являются работы по разработке траншей и котлованов, а основным опасным фактором — обрушение грунта.

Рытье котлованов и траншей с откосами без креплений в нескальных грунтах выше уровня грунтовых вод (с учетом капиллярного поднятия) или в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, допускается при глу­бине выемки и крутизне откосов, приведенных в табл. 4.1.

При установке креплений верхняя часть их должна выступать над бровкой выемки не менее чем на 15 см. Устанавливать крепления необходимо в направ­лении сверху вниз по мере разработки выемки на глубину не более 0,5 м. Разбор­ку креплений следует производить в направлении снизу вверх по мере обратной засыпки выемки.

Таблица 4.1 Допускаемая глубина разработки грунта без креплений Вилы груїггов Кругизна откоса (отношение его высоты к заложению) при глубине выемки, м, нс более 1,5 3 5 Насыпные неуплотненные 1:0,67 1:1 1:1,25 Песчаные и іравийньте 1:0,5 1:1 1:1 Супесь 1:0,25 1:0,67 1:0,85 Суглинок 1:0 1:0,5 1:0,75 Глина 1:0 1:0,25 1:0,5 Лессы и лессовидные 1:0 1:0,5 1:0,5

Примечание. При напластовании различных видов грунта крутизну от­косов для всех пластов следует назначать по наиболее слабому виду грунта.

Котлованы и траншеи, разрабатываемые на улицах, проездах, во дворах насе­ленных пунктов, а также в местах, где происходит движение людей или транс­порта, должны быть ограждены. На ограждении необходимо устанавливать пре­дупредительные надписи и знаки, а в ночное время — сигнальное освещение.

Места прохода людей через траншеи должны быть оборудованы переходными мостиками, освещаемыми в ночное время.

При разработке, транспортировании, разгрузке, планировке и уплотнении грунта двумя и более самоходными или прицепными машинами (скреперами, грейдерами, катками, бульдозерами и др.), идущими одна за другой, расстояние между ними должно быть не менее 10 м.

Погрузка грунта на автосамосвалы должна производиться со стороны заднего или бокового борта.

Односторонняя засыпка пазух у фундаментов и свежевыложенных подпорных стен допускается после мероприятий, обеспечивающих устойчивость этих кон­струкций.

Одной из работ, представляющих повышенную опасность для здоровья рабо­тающих, является прокладка тоннелей. Основные правила техники безопасности в этом случае следующие: достаточная подача воздуха; своевременное удаление газов и дыма; очистка воздуха от пыли; отвод природного газа.

В последнее время для указания направления проходки тоннелей часто ис­пользуются лазерные приборы. Органы зрения человека при попадании на них лазерного луча могут быть повреждены. Простейшей мерой защиты в этом слу­чае является установка лазерного прибора и направление луча на высоте, не опас­ной для работающих.

При проходке тоннелей существует риск обрушения стенок и кровли или за­полнения его водой. Для исключения такой опасности перед началом производ —

сгва работ необходимо тщательно изучить местность, на которой будет возво­диться объект.

К числу обязательных мероприятий при проведении взрывных работ отно­сится ограждение опасной зоны каждого объекта сигнальными знаками и пла­катами с предупреждающими надписями.

Земли, которые занимают временные земляные сооружения, должны быть рекультивированы (восстановлены). Рекультивация предоставленных во времен­ное пользование земельных участков производится в ходе строительства, а при невозможности этого — не позднее чем в течение года после завершения строи­тельных работ.

Вопросы для самопроверки

1. Какие земляные сооружения вы знаете? Их особенности.

2. Какие группы грунтов вы знаете? Их особенности.

3. Какие подготовительные процессы выполняют при производстве земляных работ?

4. Какие водоотводные мероприятия применяют при устройстве котлованов и тран­шей в водонасыщенном грунте?

5. Как крепятся стенки выемок при их рытье на большую глубину?

6. Как подсчитывают объемы земляных работ?

7. Какие способы производства работ используются при устройстве земляных соору­жений?

8. Как производится разработка, транспортировка и укладка грунта гидромеханизи­рованным способом?

9. Как производится уплотнение грунтов?

10. Как производится разработка грунта в зимних условиях?

Тест

1. Выемка в грунте, предназначенная для устройства оснований и фундаментов зда­ний и инженерных сооружений, — это:

а) траншея;

б) котлован;

в) шпур;

г) насыпь.

2. Выемка в грунте трапецеидального сечения, длина которой во много раз превыша­ет ширину, называется:

а) траншеей;

б) котлованом;

в) шпуром;

г) насыпью.

3. С помощью центробежных насосов непосредственно из котлована или траншеи при выполнении земляных работ производится:

а) планировка;

б) устройство водоотводящих канав;

в) устройство оградительных обвалований;

г) водоотлив.

4. Все объемы земляных работ подсчитывают:

а) для плотного состояния грунта с учетом коэффициента водонасыщения;

б) для грунта в разрыхленном состоянии;

в) для грунта в специально уплотненном состоянии;

г) для плотного (естественного) состояния грунта.

5. Продольная траншея, образуемая экскаватором за один проход, называется:

а) прокладкой;

б) проходкой;

в) ярусом;

г) картой.

6. Землеройно-транспортная машина, представляющая собой базовую машину (трак­тор) с навесным оборудованием, состоящим из ножевого отвала, толкающей рамы и уст­ройств для управления отвалом, — это:

а) бульдозер;

б) скрепер;

в) экскаватор;

г) гидромонитор.

7. Сооружение в земной коре вертикальных, горизонтальных или наклонных цилин­дрических выработок различных диаметров и глубин:

а) планировка;

б) сварка;

в) водопонижение;

г) бурение.

8. Для бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций используются:

а) экскаваторная разработка грунта;

б) бульдозеры и скреперы;

в) комплекты оборудования с гидродомкратами и пневмопробойниками;

г) гидромониторы.

9. Чаше всего взламывание мерзлого грунта производится:

а) рыхлителями (рипперами);

б) грузоподъемными кранами;

в) гидромониторами;

г) автосамосвалами.

10. Погрузка грунта на автосамосвалы должна производиться:

а) с любой стороны;

б) со стороны заднего или бокового борта;

в) со стороны кабины водителя;

г) только со стороны заднего борта.

Ключ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 б а г г б а г в а б

При замерзании увеличивается механическая прочность грунта, что создает дополнительные трудности при его разработке. С другой стороны, замерзание грунта в некоторых случаях упрощает производство работ, так как не требуется выполнять сложные водоотводные мероприятия и устраивать крепления выемок.

В зимнее время не следует вести планировку и отделку земляных сооружений, разрабатывать неглубокие (до 3 м) выемки, котлованы и резервы.

Мероприятия, вызываемые особенностями производства земляных работ в зимнее время, можно объединить в три группы: предохранение грунта от про­мерзания (утепление); рыхление или резание промерзшего грунта на блоки; от­таивание мерзлого грунта.

Для защиты грунтов от промерзания и уменьшения их прочности применяют следующие способы:

1. Осушение грунтов путем устройства водоотводов или водопонижения для уменьшения влажности. Работы выполняются за полтора-два месяца до замер­зания земли. Строительный сезон увеличивается в сухих грунтах на 7— 10 дней.

2. Рыхление, вспахивание с последующим боронованием талых грунтов и сне­гозадержанием в начале зимы. Рыхление на 0,5 м уменьшает глубину промерзания грунта на 40—60% по сравнению с обычными условиями, так как заключенный в порах грунта нециркулирующий воздух является хорошим теплоизолятором.

3. Укрытие талых грунтов полиэтиленовой пленкой, пенопластом, по­лимерной пеной или местными материалами (сухой торф, шлак, листва, струж­ки и др.). Пленку укладывают, как правило, в конце зимы, чтобы весной интен-

сивнее шло оттаивание грунтов. Пенопласт и полимерная пена эффективны для длительного сохранения грунтов в талом состоянии при большой глубине про­мерзания (3—4 м). Их наносят с помощью специальной пеногенерирующей ма­шины или установки на базе поливомоечной машины осенью слоем 10—30 см в местах последующей разработки котлованов и траншей.

4. Введение химических реагентов применяют для разработки небольших кот­лованов и выемок. Суть этого способа заключается в искусственном понижении температуры замерзания грунта путем предварительного введения в него хими­ческих реагентов — водорастворимых солей металла. Наибольшее распростране­ние получили хлористый натрий и хлористый кальций с химическими присад­ками для уменьшения коррозионных свойств, а также нитрит натрия и аммиачная селитра, которые практически не вызывают коррозии основных строительных конструкций. Реагенты вводят за 10—15 дней до наступления отрицательных тем­ператур. Они увеличивают строительный сезон на 10—15 дней.

Разработка грунтов в зимних условиях с предварительной подготовкой мерз­лого слоя требует значительных дополнительных затрат. Поэтому большое вни­мание уделяется возможностям землеройных машин разрабатывать мерзлый грунт в естественном состоянии.

Разработка котлованов и траншей без дополнительных мероприятий экска­ваторами с прямой лопатой возможна при глубине промерзания грунта до 30— 40 см, драглайном — до 10—15 см. Однако при этом резко падает производитель­ность и увеличивается износ экскаватора. При большей глубине промерзания грунт необходимо дробить на куски (рис. 4.5).

Для разработки мерзлых грунтов без предварительного разрыхления проходит производственные испытания сменное рабочее оборудование с ковшом активно­го действия к строительным экскаваторам. Днище ковша экскаватора имеет труб­чатые кожухи для установки пневмомолотов, приводящих в действие ударные зу­бья. Каждый пневмомолот включается в работу автоматически при достижении заданного сопротивления копанию на соответствующем ударном зубе. Под дей­ствием ударной нагрузки в массиве образуются трещины и происходит скол слоя грунта. Усилия на зубе снижаются, и автомат пуска отключает пневмомолот.

Используюттакже для разработки мерзлого грунта без предварительного рых­ления многоковшовые цепные и роторные экскаваторы со сменным оборудова­нием, которое подрезает и одновременно скалывает грунт мелкими кусками или отрывает его от массива зубьями, имеющими форму клыков.

Взламывание мерзлого грунта чаще всего производится одно-, двух — и трехзу­быми рыхлителями (рипперами), навешенными на трактор (глубина рыхления — до 0,65 м). При этом могут быть использованы рыхлители с активными рабочи­ми органами с приводом от гидросистемы трактора.

При разработке котлованов и траншей на небольших площадях мерзлый грунт разрыхляют при помощи клина-бабы (стальной болванки массой в несколько тонн, навешенной на стрелу экскаватора) и клина-молота. Клин-молот представ-

ляст собой дизель-, пневмо — или гидромолот, соединенный с клином и подве­шенный к экскаватору, трактору или тракторному погрузчику. При этом на одну машину может быть подвешено несколько клинов-молотов. Клин погружается в грунт под ударами молота и откалывает от массива крупные куски, которые вме­сте с нижележащим талым грунтом можно разрабатывать экскаватором. Клин — молот может взламывать промороженный слой грунта толщиной до 1,5 м.

Вместо рыхления всего грунта можно промерзший слой разрезать на крупные куски, размеры которых зависят от мощности экскаватора, ведущего разработку

выемки. Мерзлый массив нарезают при помощи баровой или диско-фрезерной машины, смонтированной на базе трактора или экскаватора (траншейного или роторного). Наиболее эффективно применение этих установок при глубине про­мерзания грунта до 1 м, при этом однадвухбаровая машина нарезает блоки в ко­личестве, достаточном для двух работающих экскаваторов.

Все более широкое признание получает рыхление грунта взрывами. Этот спо­соб особенно эффективен при больших объемах земляных работ и значительной глубине промерзания (более 1 м).

Наиболее трудоемкая часть буровзрывных работ — устройство шпуров (сква­жин) для взрывчатых веществ. Глубину и расположение шпуров, а также вели­чину зарядов и вид взрывчатого вещества определяют расчетом. После бурения шпуров на нужной площади (в расчете на обеспечение фронта работ для экска­ватора в течение суток), установки и заделки зарядов производят взрыв. Задача состоит в том, чтобы при наименьшем расходе взрывчатки получить по всей глу­бине промерзания равномерное дробление грунта на достаточно мелкие куски.

Оттаивание мерзлого грунта применяется лишь в том случае, если нельзя ис­пользовать никакой другой метод (например, в стесненных условиях исключа­ется предварительное рыхление грунта взрывом или резанием). Осуществляется оттаивание с помощью горячего воздуха, электропрогрева глубинными элект­родами, горячим песком и т. д.

При значительных объемах работ мерзлый грунт разрабатывают захватками. Величину захватки устанавливают, исключая повторное смерзание разрыхлен­ного грунта, не менее сменной выработки машины и не более 1—5 суточных вы­работок, в зависимости от температуры наружного воздуха.

Буровые работы — сооружение в земной коре вертикальных, горизонтальных или наклонных цилиндрических выработок различных диаметров и глубин. Бу­ровые выработки делаются в виде шпуров (диаметром отверстия до 75 мм и глу­бина до 6 м) и скважин (диаметром отверстия более 75 мм и глубина более 6 м) и характеризуются весьма малыми значениями соотношения диаметра и глубины. Начальную часть бурового канала называют устьем, конечную — забоем.

В строительстве бурение используется при исследовании грунтов, определе­нии уровня грунтовых вод, устройстве скважин водоснабжения и водопониже — ния грунтовых вод, при взрывных работах, устройстве свайных оснований, ис­кусственном закреплении грунтовых вод и т. п.

При выполнении буровых работ породу разрушают механическим или физи­ческим воздействием. Технологический процесс бурения складывается из опе­раций по разрушению породы, подаче ее на поверхность, обеспечению устойчи­вости стенок буровых выработок. Буровые работы, как правило, выполняют ме­ханическим способом, при помощи механизированного инструмента, станков и машин.

Механическое бурение ведут вращательным, ударным и вибрационным спосо­бами.

Вращательный способ бурения характеризуется высокой производительностью, позволяет получать скважины глубиной в несколько километров. Этот способ подразделяется на шнековое, колонковое и роторное бурение с использованием высокопроизводительных самоходных установок и станков.

При сверлении дерева или металла разрушенный материал извлекается из отверстия по специальным канавкам сверла. Такой инструмент называется шне­ком, способ бурения — шнековым. Шнековое бурение применяют для получения скважин диаметром 110—125 мм и глубиной до 30 м в мягких и мерзлых грунтах при помощи штанг в виде труб с ребордами (винтовыми наваренными полосами).

Колонковое бурение применяется при бурении скважин диаметром 45— 130 мм глубиной до 200 м. Колонковые установки имеют устройства для вращения и подъема колонок (штанг) из труб. На конечном звене труб имеется рабочая часть — колонковый снаряд с кольцевой коронкой, армированной резцами из твердых сплавов или алмазов. При бурении насосом через бурильные трубы по­дается глинистый раствор или вода. Раствор, смешиваясь с частицами разрушен­ной породы, выносится на поверхность. Кроме этого раствор охлаждает буриль­ный инструмент и укрепляет стенки скважин.

Роторное бурение используется для сооружения скважин большого диаметра (30.0—400 мм) и глубиной до 1 500 м. Роторная бурильная установка состоит из вращателя-ротора, сборной вышки и оборудования для промывки скважины. Нижний конец бурильной трубы чаше всего имеет шарошечные и лопастные до­лота, которые разрабатывают грунт. В мягких и мерзлых грунтах также исполь­зуют электрические сверлильные машины.

При ударном способе бурения разработку породы ведут сплошным забоем на полное сечение скважины глубиной до 250 м (диаметром 300—150 мм).

Ударный способ бурения подразделяется на ударно-канатный, ударно-штан­говый, ударно-вращательный. При ударно-канатном способе снаряд массой до 3 г падает с высоты более 1 м. Периодический подъем и падение бурового снаря­да с ударной штангой и долотом разрушает породу на дне скважины. Вода, зали­тая в скважину, образует с разрушаемой породой шлам, который вычерпывается полым цилиндром (желонкой). Станки канатно-ударного бурения достаточно надежные в работе, но с низкой производительностью, их нельзя использовать при бурении наклонных скважин и в случае отсутствия воды.

Ударно-штанговый способ предусматривает бурение скважины снарядом, закрепленным на штанге, а ударно-вращательный способ обеспечивает, кроме ударного, вращательное движение снаряда на штанге.

Ударно-врашательноё бурение используется для прохождения скважин и шпуров в породах различной крепости, при этом используются резцовые доло­та, армированные твердым сплавом. Этот способ прост и высокопроизводите­лен, но его применение ограничено крепостью породы (содержание скальных вложений — не более 30%, а их размеры — не более 60 мм). При бурении шпуров большое распространение получили также перфораторы ручные, которые при помощи долотов при их вращении и ударном воздействии образуют шпуры глу­биной до 3 м.

Вибрационный способ бурения заключается в обеспечении вибрационного воз­действия на грунт снаряда. Частицы грунта и жидкий раствор создают шлам, сни­жая сопротивляемость разрушения пород.

При всех механических способах бурения скважин их стенки крепят обсад­ными трубами с внутренним диаметром 50—200 мм. По мере углубления скважи­ны переходят к меньшим диаметрам обсадочных труб.

Физические способы бурения связаны с термическим и гидравлическим раз­рушением пород на дне скважин. При термическом способе бурения горные по­роды разрушаются высокотемпературным источником тепла — открытым пла­менем. Рабочий орган станка — термобур с огнеструйной горелкой, из которой со сверхзвуковой скоростью газовая струя направляется на забой. Горючей сме­сью являются керосин и газообразный кислород. Передвижные станки терми­ческого бурения обеспечивают получение скважин диаметром до 130 мм и глу­биной до 8 м. Гидравлический способ бурения используется для разработки сква­жин в легких суглинках и плывунах. При этом способе воду нагнетают в скважину через колонну труб и специальную струйную насадку. Гидромасса, образован­ная размывом грунта, под давлением воды выжимается из скважины вдоль наруж­ных стенок обсадных труб.

Разрабатываются новые способы разрушения горных пород в массивах за счет применения достаточно компактных лазеров и электронных установок с высо­кой мощностью и плотностью потока излучаемой энергии. Однако энергозатра­ты при этих способах по сравнению с буровым выше более чем в 200 раз, поэтому они могут использоваться пока только в специальных целях. Буровые работы с применением взрывчатого вещества находятся на опытно-экспериментальной стадии.

В практике буровзрывных работ для дорожного строительства в основном применяются самоходные бурильные машины небольшой массы, оборудованные манипуляторами и обладающие высокой маневренностью.

ляных работ сокращаются в 6— 10 раз.

Для бестраншейной прокладки инже­нерных коммуникаций в зависимости от местных условий и диаметра труб ис­пользуются в основном установки и оборудование, работающие по прин­ципу прокалывания, продавливания или горизонтального бурения. Дина­мическое воздействие на прокладыва­емую трубу (вибрационное, ударное, виброударное) может сочетаться с традиционным статическим воздей­ствием (статико-динамические уста­новки).

Применяются комплекты обору­дования с гидродомкратами, особен­но широко — с пневмопробойника­ми, работающими на сжатом воздухе (рис. 4.4). Они просты и надежны в эксплуатации, могут применяться в стесненных условиях и обеспечива­ют высокую скорость проходки сква­жин (до 50 м/ч).

Трубы диаметром до 325 мм, как правило, продавливают с закрытым торцом, а более 325 мм (в современ­ной практике — до 1 720 мм) — с отк­рытым торцом, извлекая грунт из трубы.

При продавливании под действи­ем прилагаемой нагрузки (статичес­кой, ударной и т. д.), труба (кожух) входит открытым концом в грунт, который удаляется из нее грунтоза­борным устройством, представляю-

2 И 9 3 14

Рис. 4.4. Пробивка скважин
пневмопробойниками: а — без расширителя;
б—с расширителем; в — забивка стальных
труб; г — протаскивание асбестоцементных
труб; 1 — приемный приямок; 2 — пневмопро-
бойник; 3 — шланг; 4 — стартовое устрой-
ство; 5— входной приямок; 6 — расширитель;
7 — скважина; 8 — наголовник; 9 — секция
труб; 10 — направляющий швеллер;

11 — хвостовик-расширитель; 12 — муфты;

13 — опорный стакан; 14 — трос

г

щим собой отрезок трубы длиной около 2 м (стакан, желонка, самоходная кап­сула) с прикрепленным пневмопробойником. Возвращают ударный узел и грун­тозаборное устройство в исходное положение лебедкой, закрепленной на направ­ляющей раме. Грунт из кожуха может также удаляться совком с тросовым приво­дом от лебедки, конвейером, вибровакуумным способом или размываться водой.

Для прокладки инженерных коммуникаций методом направленного гори­зонтального бурения используют специальную установку (буровую машину). Ее рабочий орган — ножи пропеллерного типа с центральным резцом. При помо­щи этой установки можно укладывать стальные трубы диаметром от 800 до 1 400 мм, длина проходки — до 120 м.

Для нужд коммунального хозяйства городов и промышленности, для транспор­тных целей иногда приходится строить тоннели, подземную проходку которых производят щитовым или традиционным буровзрывным (горным) способом.

Суті, щитового способа проходки заключается в том, что все работы по сооруже­нию тоннеля выполняются под защитой очень прочной металлической крепи — щита. Щит состоит из трех отсеков — рабочего (режущая часть с козырьком), опррного (домкратного) и хвостового, и представляет собой передвижной сталь­ной цилиндр (на строительстве БАМа применялся щит диаметром 8,5 и длиной около 5 м) с оболочкой, под защитой которой в головной части разрабатывается и отбирается грунт при одновременном креплении забоя. Внутри цилиндра зак­реплены горизонтальные и вертикальные перегородки, придающие ему необхо­димую жесткость. Они же служат рабочими площадками для разработки и погруз­ки породы. В задней части цилиндра по его внутренней окружности установлены мощные гидравлические домкраты, которые передвигают щит. В некоторых слу­чаях щитовая проходка контролируется и управляется дистанционно.

Механизированные щиты оснащены дисковым или роторным рабочим ор­ганом, который позволяет проходить достаточно плотные грунты и породы. Ус­тановка на роторном рабочем органе дисковых шарошек, а в самом щите камне­дробилок позволила использовать щиты для проходки прослоек твердых пород и валунов больших размеров.

Стабилизация водонасыщенных грунтов осуществляется водопонижением, замораживанием, химическим закреплением, кессонным способом и др. В на­стоящее время применяются щиты, в которых для крепления забоя используется глинистая суспензия (так называемый «бентонитовый щит»). Образующаяся при этом в призабойной камере грязевая пульпа отводится по трубам на поверхность для регенерации глинистой суспензии.

Тоннельные сборные обделки выполняются из отдельных стальных или чу­гунных сегментов (тюбингов), а также из железобетонных блоков высокой точ­ности с изоляционными пластинами, которые устанавливаются поочередно сни­зу вверх, образуя в итоге замкнутое кольцо. Тоннельные монолитные обделки прессуются из бетонных и фибробетонных смесей.

Как правило, за щитом имеется несколько передвижных платформ, на кото­рых размещаются конвейер для транспортирования грунта из щитовой зоны, устройства для перемещения блоков тоннельной обделки, гидронасосное и элек­трическое оборудование.

Разработанный грунт перемещается от забоя чаще всего конвейерами, втом числе шнековыми, а по тоннелю — вагонетками с электровозной тягой, азатем поднимается на поверхность.

Средние скорости сооружения тоннелей в странах СНГ достигают 55—63 м в месяц, в мировой практике — свыше 200 м.

При проходке тоннеля буровзрывным способом по всей площади его сечения в направлении продвижения с помощью самоходных портальных буровых рам бурятся шпуры — отверстия диаметром 40—45 мм на глубину 2—3 м. Шпуры за­ряжаются взрывчаткой. В результате взрыва горная порода разрушается на кус­ки различной величины, которые машинами грузятся в вагонетки или автоса­мосвалы и вывозятся из тоннеля. После этого на вновь образованном после взрыва участке тоннеля устанавливается временное крепление, предохраняющее выра­ботку от обрушения, и цикл работ повторяется.

После взрыва включаются мощные вентиляторы, чтобы удалить образо­вавшиеся вредные для человека газы, например оксиды углерода и азота, серни­стый газ.

На основании многолетней практики установлено, что несовпадение встреч­ных осей тоннеля не должно превышать 5 см на несколько километров трассы. На помощь здесь приходит геодезия — наука об измерениях на поверхности зем­ли. Один из ее разделов, маркшейдерия, изучает измерения при ведении под­земных работ. На поверхности земли по трассе тоннеля строится так называемая «триангуляционная цепочка», знаки которой имеют определенные координаты. Цепочка позволяет установить точное положение самых главных, припорталь — ных точек оси тоннеля. От них с помощью теодолитов или специальных лазер­ных приборов и ведут расчеты маркшейдеры.

В связи с решением комплекса задач по освоению подземного пространства городов, что вызвано крайней необходимостью экономии городских территорий и сокращения до минимума использования под застройку ценных сельскохозяй­ственных земель, а также защиты природы от загрязнения, значительно возрас­тают объемы строительства городских заглубленных сооружений. Наиболее эф­фективным при этом является метод «стена в грунте», особенно при строитель­стве в стесненных условиях.

Методом «стена в грунте» возводятся вертикально заглубленные несущие кон­струкции и противофильтрационные завесы, подпорные стенки, фундаменты, подземные сооружения и конструкции другого назначения. При устройстве не­сущих конструкций метод предусматривает укладку бетонной смеси в грунто­вые выработки (глубокие траншеи), предварительно заполненные тиксотропной жидкостью (бентонитовым глинистым раствором, препятствующим обрушению

их стенок), играющей роль крепи грунтовых стен выработки. Растворы желатель­но использовать по замкнутому циклу с рециркуляцией. Время устойчивого со­стояния стенок траншеи, заполненной глинистой суспензией, должно быть боль­ше времени, необходимого для возведения конструкции стены. При устройстве противофильтрационных завес предусматривается замещение в траншее бенто­нитового глинистого раствора цементно-глинистым раствором, асфальтобетон­ной смесыо или комовой глиной.

Этот метод позволяет исключить переброски больших масс грунта, резко со­кратить объем земляных работ за счет отсутствия откосов котлованов, выпол­нить работы в непосредственной близости от построенных зданий, упростить устройство конструкций глубокого заложения в условии интенсивного притока подземных вод, ускорить строительство и снизить его стоимость. В современной практике строительства противофильтрационных диафрагм методом «стена в грунте» уже освоены глубины до 130 м. Глубина заложения подземных зданий обычно гораздо меньше (до 20—30 м).

В период разработки метода «стена в грунте» траншеи для строительства стен под глинистым раствором вырывались буровыми установками с устройством «се­кущихся» свай. Позднее были созданы специализированные землеройные тран­шейные машины (широкозахватные грейферы, экскаваторы с плоскими грей­дерами и агрегаты с рабочими органами, «фрезерующими» забой на глубину до 50 м и др.), которые обеспечили более дешевую разработку траншей постоянной ширины. Разрабатываемую траншею заполняют глинистым раствором из сито — гидроциклонной установки.

Бетонирование стен производят захватками длиной до 6 м, между которыми устраивают поперечные перегородки, зарезаемые в борта траншеи на 50—100 мм. Армокаркасы устанавливают непосредственно перед началом бетонирования для предотвращения налипания на них глины, препятствующей сцеплению с бето­ном. Подачу бетонной смеси производят под глинистый раствор, через воронку с затвором и вертикальные составные трубы диаметром 200—300 мм.

Перед подачей первой порции бетонной смеси в трубу устанавливают пыж, предотвращающий смешивание бетонной смеси с глинистым раствором. После заполнения воронки бетонной смесью пыж освобождают от подвески и смесь начинает поступать в траншею. Не допускают полного опорожнения воронки. Поднимают бетонолитные трубы и отсоединяют верхние секции, не допуская выхода нижнего конца трубы из укладываемой бетонной смеси.

Обычно применяют литые бетонные смеси. Процесс бетонирования — непре­рывный в пределах захватки. Его окончанием считается выход бетонной смеси на поверхность захватки. При этом получаются монолитные бетонные, железо­бетонные (если применяются арматурные каркасы) или глиногрунтовые стены. Могут быть также использованы сборные элементы.

После возведения таким методом стен, из огражденного пространства разра­батывается грунт (грунтовое ядро), а затем делается днище сооружения. Устой-

чивость возведенных стен в период выборки грунта обеспечивается опорными рамами, поясами, распорками или анкерами с учетом формы сооружения в пла­не. С целью обеспечения бесперебойной выемки грунта из сооружения работы, как правило, выполняются в такой последовательности:

♦ рграждающие стены сооружения связываются поверху в единую конструк­цию монолитными железобетонными балками или омоноличиванием верха стеновых конструкций;

♦ после набора прочности верхним опорным поясом вдоль стен сооружения отрывается траншея до уровня второго яруса распорных или анкерных кон­струкций;

♦ устраиваются распорные или анкерные конструкции по ярусам по мере раз­работки ядра;

♦ выбирается грунт в центральной части сооружения на ярусе и циклы по­вторяются.

Внутренние конструкции заглубленного сооружения в пространстве, ограж­денном наружными стенками и днищем, возводятся обычными обшестро — ительными способами.

Уплотнение грунтов используется для восстановления или улучшения свойств грунтов, является одной из ответственнейших технологических операций при строительстве различных объектов. Оно основано на сближении частиц грунта, в результате чего уменьшается его пористость и сжимаемость, повышается плот­ность. Некачественное уплотнение не только снижает надежность работы объек­та, сооружения или конструкции (нередко сразу же после сдачи жилого дома в эксплуатацию деформируются отмостки, подъездные дороги, тротуары), но и может привести к разрушению отдельных конструктивных элементов здания или даже объекта в целом.

В земляных сооружениях, требующих уплотнения, грунт должен насыпаться послойно. Толщину уплотняемых слоев назначают в зависимости от условий производства работ и применяемых уплотняющих машин (рис. 4.3).

Грунтоуплотняющее оборудование можно разделить на две основные груп­пы: для поверхностного уплотнения (трамбование легкими и тяжелыми трам­бовками, уплотнение катками, трамбующими машинами, втом числе виброкат­ками и вибротрамбовками) и глубинного уплотнения (вибрированием, гидро­виброуплотнением, предварительным обжатием внешней пригрузкой и др.).

Для линейных работ (в основном в дорожном строительстве) применяют кат­ки, которые классифицируются по принципу уплотнения на статические и виб­рационные, по способу перемещения — на самоходные, навесные и прицепные,

Рис. 4.3. Уплотнение грунтов: а — катками на пневмошипах; 6—навесными виброблоками: 1 — уплотнение насыпи; II—уплотнение тремя, двумя и одной рабочей плитой (рабочие плиты «отстегиваются»); III — уплотнение пазух фундаментов; в —в обратных засыпках: I — при сложных в плане фундаментах; II—внутри зданий и сооружений; III—между стенками котлована или траншеи и одиночными колоннами; IV— в нижней части пазухи; V—в верхней части пазухи; I — отсыпанный слой грунта; 2—кран; 3 — экскаватор, оборудованный грейфером; 4 — вибротрамбовка; 5—микробульдозер; 6 — направление отсыпки; 7 — толщина ИI слоя грунта, уплотненного ручными механизмами; 8 — толщина И2 слоя грунта, уплотненного навесными или подвесными трамбовками к экскаваторам или кранам; 9 — колонна; 10— пневмотрамбовка; II — самоходный виброкаток; 12 — слои грунта, уплотняемые катком

по количеству и конструкции уплотняющих элементов — на одно-, двух — и трех — валыювыес гладкими, кулачковыми, решетчатыми вальцами и писвмоколесные.

Толщина слоя грунта, уплотняемого гладкими катками с татического действия (несвязный грунт), достигает 0,15 м, кулачковыми катками статического действия (связный и комковатый грунт) — 0,5 м, вибрационными катками с гладкими валь­цами и пневмоколесными катками — 0,6 м, прицепными и полуприцепными виброкатками — 1,5 м, навесными виброблоками — 0,8 м.

Уклон поверхностного слоя должен быть в поперечном направлении не свы­ше 5%, в продольном — 10%. Уплотнение грунта пневмокатками производится при длине захватки не менее 200 м. После прикатки откосной части насыпи уп­лотнение продолжают круговыми проходами от краев к середине насыпи.

Уплотняют грунты при оптимальной влажности. При недостаточной влаж­ности связные грунты увлажняют, как правило, в местах разработки (в карьере, выемке, резерве), а несвязные и малосвязные — в о тсыпанном слое.

Обратную засыпку пазух между фундаментами и стенками траншей про­изводят вслед за укладкой фундаментов. Для этого используют излишки выну­того из траншей грунта, оставленного на площадке при рытье котлована, или подвозимый с ближайших разработок. К засыпке пазух подвала приступают после устройства перекрытия над подвалом и гидроизоляции стен. Грунт, оставлен­ный на площадке, перемешают к стенам подвала бульдозерами. Пазухи засыпа­ют слоями, которые тщательно уплотняют.

Грунты пониженной влажности — щебеночные и гравелистые, а также лю­бые грунты при отсыпке насыпей в зимнее время эффективно уплотнять трам­бующими механизмами. Поверхностное уплотнение осуществляется с ис­пользованием кранов-экскаваторов, со стрел которых (с высоты 5—7 м) свобод­но сбрасываются трамбовки массой 4,5—бге уплотнением слоя грунта до 3—3,5 м. Применение сверхтяжелых трамбовок массой 25—40 т, сбрасываемых с высоты до 20 м, позволяет увеличить толщину уплотненного слоя до 6—8 м.

Для поверхностного и глубинного уплотнения песка и щебня используются виброплиты и вибробрусья, особенно при строительстве дорог, каналов и дру­гих объектов.

Получило также распространение навесное грунтоуплотняющее оборудование к гидравлическим экскаваторам: гидромолоты, вибротрамбовки, оборудование для статического уплотнения грунтов в труднодоступных местах и др. Подвес­ную вибротрамбовку подвешивают к крюку грузоподъемной машины и подклю­чают к электросети. Она автоматически приходит в действие при опускании на грунт и выключается на весу. С ее помощью можно уплотнить грунт слоем тол­щиной до 0,8 м практически на любой глубине и, что существенно, без предва­рительного разравнивания.

Иногда применяется уплотнение взрывом, после которого происходит осад­ка грунта.

Для работы в стесненных условиях в основном используются ручные элект­ротрамбовки, виброплиты и вибротрамбовки с электрическим, бензиновым или дизельным двигателем (глубина уплотнения до 0,2—0,4 м).

Однако трамбование и вибраиия с поверхности не оказывают должного дей­ствия на грунт, уплотняемый на глубине. Применение грунтоуплотняющих ма­шин и механизмов динамического действия вблизи строительных конструкций ограничено из-за опасности их сейсмического разрушения. Поэтому в течение многих лет ведутся поиски способов и средств для глубинного уплотнения грун­тов.

Существует метод глубинного уплотнения глинистых грунтов в стесненных условиях на глубину 4—6 м с помощью пневмопробойников, которые при вне­дрении в грунт образуют скважину. Окружающий се грунт уплотняется за счет объемов, вытесненных из скважины, которая затем заполняется песком или дру­гим инертным материалом с уплотнением многократным проходом снаряда. Уплотнять можно сразу всю толщину обратной засыпки.

Неравномерная плотность грунта влечет за собой опасность неравномерной осадки. Плотность грунтов обратных засыпок в стесненных условиях должна приравниваться к плотности соседних целинных участков грунта и коэффици­ент ее должен быть не менее 0,95. Если же грунт обратной засыпки будет нести и полезную нагрузку (например, будут устроены полы), то коэффициент плотнос­ти его необходимо повысить до 0,98-1,0.

Степень уплотнения грунта зависит от технологии уплотнения и свойств грун­та. Например, число ударов трамбующей свободно падающей плиты массой 2,5— 4,5 т для достижения коэффициента стандартного уплотнения 0,95 при связных грунтах равно 12, коэффициента 0,98 — 16. Продолжительность уплотнения од­ного следа с помощью гидромолотов или пневмомолотов навесных на экскава­торе для достижения коэффициента стандартного уплотнения 0,95 составляет 15 с, коэффициента 0,98 — 20 с, с помощью дизель-молота навесного на тракто­ре — 5 и 7 с соответственно.

Важным условием бездефектной технологии является достоверная и опера­тивная проверка фактической плотности грунта в массиве (например, с помо­щью датчиков непрерывного контроля плотности грунта, устанавливаемых на грунтоуплотняющей технике).

Различают три основных способа производства земляных работ, используемых при устройстве земляных сооружений: механизированный, гидромсхани — зированный и взрывной. Их применяют в зависимости от назначения и сроков возведения сооружения, характеристики грунтов и их баланса с учетом наиболее рационального перемещения земляных масс из выемок в насыпи.

При механизированном способе применяются две основные группы машин: зем­леройные (экскаваторы циклического и непрерывного действия одно — и много­ковшовые) и землеройно-транспортные (бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, грейдер-элеваторы). В качестве землеройных и землеройно-транспортных ма­шин могут использоваться погрузчики. Грунт из выемки транспортируется в на­сыпи или направляется в бесполезный отвал. Насыпи возводятся из грунта полез­ных выемок для строительства зданий и сооружений, а также из специально закладываемых выемок-резервов (при расположении непосредственно у возво­димого сооружения) или карьеров (при расположении на значительном рассто­янии от сооружения).

Более 40% объемов земляных работ в строительстве выполняются од­ноковшовыми экскаваторами (рис. 4.2). Ими производят отрывку траншей, ка-

Рис. 4.2. Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами: а — схема разработки бокового забоя экскаватором с прямой лопатой; б — разработка грунта экскаватором с обратной лопатой; в — схема разработки забоя драглайном с погрузкой в автомобили — самосвалы; 1 — ось предыдущей проходки экскаватора; 2 — длина одной передвижки экскаватора; 3 — канава для отвода поверхностных вод; 4 — ось пути подачи автомобилей-самосвалов для загрузки; 5 — недобор грунта

налов, котлованов, выемок, погрузочные работы и т. д. Расширяются области и масштабы применения экскаваторов с гидравлическим приводом. Их выпуск составляет более 85% производимых строительных одноковшовых экскаваторов, номенклатура их различна. Самый крупный в мире гусеничный одноковшовый гидравлический экскаватор ЕХ 3500 (Япония) имеет объем ковша 25 м3. Эксплу­атационный вес этого экскаватора — 328 т, мощность двигателя — 1 238 кило­ватт. Средний рабочий цикл (захват породы и погрузка ее в кузов самосвала) при повороте стрелы на 90° занимает 27—30 с. Четырех ковшей такого экскаватора хватит на кузов автосамосвала грузоподъемностью 120 т. Помимо гигантских экскаваторов, выпускаются и так называемые их карманные собратья. Приме­ром может служить сверхмалый экскаватор марки ДН-0115 (Чехия). Это гидрав­лический ковшовый экскаватор с объемом ковша 0,03 м3, т. е. всего в 3—4 ведра. Максимальная глубина копания — 2 м. Вынимать землю машина может на высоту 2,2 м. Ширина колеи — 95 см. Масса — 540 кг. Он применяется для рытья канав под кабель и различные трубопроводы, ям для установки столбов. Из-за своих малых размеров он может работать там, где нет места для более крупной техники или не имеет смысла ее привлекать.

w

Перед началом работы участки пути, по которым передвигается экскаватор, выравниваются бульдозером или автогрейдером. Площадки на местах стоянок экскаватора должны иметь горизонтальную поверхность.

Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами (с прямой и обратной лопата­ми, драглайнами, грейферами) производится проходками (продольная траншея, образуемая экскаватором за один проход), расположенными в одйн или несколь­ко ярусов. Количество и параметры проходок зависят от размеров выемок и ха­рактеристик экскаваторов, определяются в технологических картах проектов производства работ. Глубина копания выемок составляет в основном не более 10—11 м при наибольших объемах работ на объектах на глубинах от 2 до 6 м.

Рабочая зона экскаватора, ограниченная радиусом его действия и включаю­щая место стоянки экскаватора, часть поверхности разрабатываемого массива и площадку для размещения транспортных средств или отвала грунта, называется забоем. Различают забои (соответственной проходки): лобовые, когда автосамос­валы подаются к экскаватору по дну траншеи задним ходом, каждый ярус выем­ки разрабатывается сразу на всю ширину без сквозного проезда транспорта; бо­ковые, когда автосамосвалы устанавливаются под погрузку сбоку и имеемся сквоз­ной проезд с открытой стороны.

Параметры Проходок и забоев должны выбираться с таким расчетом, чтобы на выполнение операций рабочего цикла экскавации (наполнение ковша грун­том, поворот к месту выгрузки грунта из ковша, разгрузка ковша и поворот к за­бою) затрачивалось минимальное время. При загрузке машин следует назначать целое числа полностью загруженных ковшей экскаватора, вмещаемых в кузов автомашины без недогруза и перегруза. При разработке грунта в отвал на рассто­яние, превышающее радиус разгрузки ковша, следует применять бульдозеры для перемещения грунта от места выгрузки из ковша до места укладки в сооружение или в отвалы.

Одноковшовые экскаваторы заканчивают разработку котлованов и траншей за 20—30 см до их проектной отметки. Оставшийся слой грунта (дно выемки) до­рабатывают (зачищают) бульдозерами и другими средствами, исключающими применение ручного труда. Для улучшения качества работ по разработке земля­ных масс землеройную технику автоматизируют посредством управляющих сис­тем, напримерлазерных, которые позволяют автоматически выдерживать задан­ные параметры земляных сооружений.

Разработка грунта экскаватором с прямой лопатой производится выше уров­ня его стоянки, при этом забои характеризуются высотой и горизонтальными размерами. Наибольшую высоту забоев принимают равной максимальной вы­соте резания экскаватора, которая должна обеспечить наполнение ковша с «шап­кой» и исключить нависание «козырьков», способных обрушиться.

Разработку забоя начинают как можно ближе к месту загрузки транспортных средств. Если ширина забоя экскаватора (траншеи, котлована) больше макси­мального радиуса резания примерно в 1,5—1,9 раза, экскаватор продвигается по

продольной оси котлована и разрабатывает грунт лобовым забоем. Грунт отгру­жается в автомобили-самосвалы, которые подаются попеременно вдоль обоих откосов котлована. Если ширина забоя больше радиуса резания в 1,9—2,5 раза, экскаватор перемещается зигзагообразными переходами, разрабатывая правую и левую стороны забоя попеременно. При более широких котлованах экскава­тор разрабатывает их параллельными забоями по всей ширине.

При разработке котлованов прямой лопатой неизбежны дополнительные ра­боты по устройству въездных траншей. Съ<?зд в котлован должен иметь уклон не более 10—15° и ширину 3,5—4 м при одностороннем движении транспорта и 7— 8 м при двусторонне^.

Разработка грунта экскаватором с обратной лопатой обеспечивает выполне­ние земляных работ ниже уровня стоянки.

При разработке грунта с погрузкой в транспортные средства ширина проход­ки принимается равной 1,2— 1,3 наибольшего радиуса резания. При отсыпке грун­та в отвал ширина проходки уменьшается до 0,7—0,8 наибольшего радиуса реза­ния. Если надо расширить проходку, то грунт разрабатывают уширенными забо­ями при зигзагообразном перемещении экскаватора.

При разработке грунта навымст (с укладкой, грунта непосредственно в земля­ное сооружение или в отвал) величина углов поворота не должна превышать в среднем 90°, а при погрузке в транспортные средства 70°. Автомобили устанав­ливают так, чтобы во время разгрузки ковша угол между осью стрелы экскавато­ра и продольной осью автомобиля был не более 40°.

При разработке грунта экскаватором-драглайном навымет ширина проходок должна быть такой, чтобы величина углов поворотов не превышала 90° (120° — При выполнении выемок железных и автомобильных дорог). При погрузке на транспортные средства, подаваемые к экскаватору на одном с ним уровне, этот угол соответственно равен 70° и 130°. Глубина забоев в этих случаях должна быть не более 2/3 полной глубины резания. Передвигать экскаватор за один раз раци­онально на расстояние, не превышающее 1/5 длины стрелы.

Во всех случаях, когда состояние грунта и размеры подошвы проходки драг­лайна позволяют подавать автосамосвалы по дну проходки, применяется челноч­ный способ погрузки. При этом способе углы поворота платформы экскаватора не должны превышать 15°. Набор грунта производится поочередно с каждой сто­роны автосамосвала.

Разработка грунта экскаватором с грейфером производится при соответствии массы ковша плотности разрабатываемого грунта. Повороты экскаватора при разработке навымет в среднем не должны превышать 90°, при погрузке грунта в транспорт — 70°, расстояние передвижек — не более 0,4 длины стрелы.

Многоковшовые экскаваторы являются машинами непрерывного действия и в зависимости от рабочего органа (цепь или колесо-ротор) бывают цепными и ро­торными. Цепные экскаваторы продольного или поперечного действия служат для разработки котлованов и траншей, а роторные — только траншей.

Бульдозер — землеройно-транспортная машина, представляющая собой базо­вую машину (трактор) с навесным оборудованием, состоящим из ножевого от­вала, толкающей рамы и устройств для управления отвалом. Бульдозеры разли­чают: по тяговому классу базовой машины —малогабаритные (классдо0,9, мощ­ность 18,5—37 кВт), легкие (класс 1,4—4, мощность 37—96 кВт), средние (класс 6—15, мощность 104—154 кВт), тяжелые (класс 25—35, мощность 220—405 кВт), сверхтяжелые (класс свыше 35, мощность 510 кВт и более); по типу ходовой час­ти — гусеничные и пневмоколесные; по конструкции рабочего органа — с непо­воротным или с поворотным отвалом; по виду системы управления рабочим ор­ганом — с механическим (канатно-блочным) или с гидравлическим управлением. Мощность бульдозеров, применяемых в строительстве, составляет 500—600 кВт, одновременное перемещение грунта за один цикл — 7,5 м3. Перспективными являются бульдозеры, которые за один цикл перемещают 15-25 м3 грунта и обес­печивают посредством автоматической системы управления отвалом заданный профиль основания земляного сооружения и проектные размеры (отметки).

Бульдозерами выполняется около 40% общего объема земляных работ. Об­ширная область применения сделала эти машины наиболее распространенными (наряду с экскаваторами) в строительстве. Достоинства бульдозеров: хорошая маневренность в стесненных условиях; малое давление на грунт и хорошее сцеп­ление с ним; возможность работы на увлажненных участках. Мощные бульдо­зеры имеют в качестве навесного оборудования рыхлители, что существенно расширяет область их применения, позволяя разрабатывать мерзлые и плотные грунты.

Наибольшая дальность перемещения грунта бульдозерами составляет 100—

150 м. Такое ограничение объясняется низкой скоростью машины и потерями грунта при перемещении. Если расстояние перемещения грунта до 50 м, то об­ратный путь в выемку бульдозер совершает задним ходом (челночное движение). При перемещении грунта по такой схеме на большие расстояния значительно возрастают потери времени на холостой ход из-за малой задней скорости трак­тора. В таких случаях грунт перемещается по эллиптической схеме.

Плотные и мерзлые грунты всех категорий до разработки их бульдозерами дол­жны быть разрыхлены. При этом объем разрыхленного грунта не должен превы­шать сменной производительности комплекта машин во избежание промерза­ния, пересыхания в сухое время или переувлажнения в дождливую погоду.

Каналы и выемки разрабатываются бульдозером по ярусно-граншейной схе­ме. Ярус делят в продольном направлении на полосы шириной, равной длине отвала бульдозера, и оставляют между ними стенки шириной до 1 м, благодаря чему исключаются потери грунта с отвала ножа при перемещении его по тран­шее. Разработку грунта начинают с полос, прилегающих к бровкам выемки. Стен­ки, оставленные между траншея ми, разрабатывают после выборки грунта во всех траншеях первого яруса.

Грунт из выемки в насыпь на расстояние 20—25 м перемещают по траншей­ной схеме без образования промежуточного вала грунта, на расстояние более 25 м — с образованием промежуточного вала грунта.

Резание и перемещение грунта при разработке выемки производится при дви­жении бульдозера под уклон 10—15°. При этом грунт срезается стружками как можно большей толщины по прямоугольной схеме.

На горизонтальных участках, особенно в плотных грунтах, применяется гре­бенчатая (клиновая) схема резания: нож бульдозера сначала врезается в грунт на максимально возможную глубину — до 20 см, затем при перегрузке двигателя трактора частично выглубляется, и далее опускается вновь.

Подчистные работы целесообразно выполнять с помощью бульдозера в ком­плекте с экскаватором. В этом случае бульдозер подает добираемый грунт под ковш экскаватора, который перемещает его в автосамосвалы или навымет.

Засыпку траншей и пазух фундаментов осуществляют поперечными про­ходками бульдозера с неповоротным отвалом или продольными проходками уни­версального бульдозера с поворотмым отвалом. Работа бульдозера должна соче­таться с уплотнением грунта в пазухах и траншеях.

Скреперы являются наиболее производительными землеройно-транспорт­ными машинами. Их достоинства: возможность разработки, набора и распределе­ния грунта при значительных расстояниях перемещения; способность не повреж­дать путь, по которому перемещается машина; экономичность при вскрышных работах. Разработка грунта скреперами рекомендуется при следующих макси­мальных расстояниях его транспортирования: для прицепных скреперов с ков­шом вместимостью до 3 м3 — не более 250 м, 5 м3 — 300 м, 6 м3 — 500 м, Юм3 — 750 ми 15 м3 — не более 1 000 м; для самоходных скреперов с ковшом емкостью 6—8 м3 — не более 1 500 м, 10 м3 — 2 000 и 15 м3 — не более 5 000 м.

В зависимости от характера возводимого сооружения, взаимного рас­положения мест разработки и выгрузки грунта и других местных условий при­нимаются различные схемы движения скреперов: при возведении насыпей из грунтов боковых резервов — по эллипсу или восьмерке; при возведении насы­пей высотой 2,5—6,0 м из грунтов односторонних резервов большой протяжен­ности — по зигзагу; при возведении насыпей из грунтов двухсторонних резервов и разработке каналов с перемещением грунта в двухсторонние отвалы — по про­дольно-челночной схеме; при сооружении каналов глубиной 1,0—1,5 м с переме­щением грунта в двухсторонние отвалы или при разработке выемок — по попе­речно-челночной схеме. При работе по эллиптической схеме движение скреперов необходимо 2 раза в смену изменять на обратное во избежание одностороннего изнашивания ходовых частей скрепера и трактора.

При выборе схем движения скрепера необходимо, чтобы путь транс­портирования грунта был самым коротким и без крутых поворотов; длина забоя должна обеспечивать полную загрузку скрепера, а длина фронта разгрузки — полную разгрузку ковша. На тяжелых влажных глинистых грунтах при загрузке

ковшов самоходных скреперов требуются один, иногда два и даже три одновре­менно работающих трактора-толкача.

Крутизна въездов не должна превышать 20%, а ширина их должна быть не менее 4 м. Расстояние между съездами и въездами при рабочих отметках насыпи от 2 до 5 м назначается соответственно от 50 до 100 м.

Плотные грунты (суглинистые, глинистые) следует предварительно рыхлить на толщину снимаемой стружки.

В зимнее время грунт должен разрабатываться круглосуточно при непрерыв­ной рабочей неделе.

Іфсйлср — колесная землеройно-транспортная машина с регулируемым отва­лом. В отличие от бульдозерного отвал грейдера размещается в средней части машины между передней и задней осями. В основном используются автогрейде­ры, но может работать в прицепе и полуприцепе к трактору.

П>сйдср-элсватор — землеройно-транспортная машина, сочетающая в себе дис­ковый или полукруглый нож и ленточный конвейер для удаления грунта из зоны разработки. Применяется для разработки грунтов и отсыпки их в дорожные на­сыпи, отвалы и в транспортные средства. Эффективность работы грейдера-эле­ватора обеспечивается при протяженности рабочего хода не менее 200 м. Их не применяют на мокрых грунтах и в грунтах с каменистыми включениями разме­ром свыше 150 мм.

При гидромсханизированных (гидравлических) способах разработки грунт разра­батывают, транспортируют и укладывают с помощью воды. Применяются они при наличии грунтов, которые могут размываться и транспортироваться водой при достаточном количестве воды и электроэнергии. При гидромеханизации все три составляющих земляных работ (разработка, транспорт, укладка грунтов) объе­диняются в непрерывный производственный процесс, что обусловливает высо­кую эффективность и малую трудоемкость этого способа. Гидромеханизирован­ный способ широко применяется в гидротехническом строительстве, при намы­ве территорий, добыче строительного песка и гравия. Осуществляется при помощи гидромонитора (гидромониторный способ) или плавучего землесосного снаряда (землесосный способ). В надводных забоях грунт разрабатывают гидро­мониторами, в подводных — плавучими землесосными снарядами.

Принцип действия гидромонитора основан на разрушении и смыве грунта струей воды, а земснаряда — на всасывании разжиженного грунта (пульпы) со дна водоемов и подаче пульпы с помощью мощного Центробежного насоса по напорному трубопроводу для намыва насыпи.

Основное орудие при гидромониторных работах, служащее для создания плот­ной, летящей с большой скоростью водяной струи и направления ее в нужную точку забоя для размыва и транспортирования грунта, — гидромонитор. Вытека­ющая из него с большой скоростью (20—70 м/с) струя воды размывает грунт, ко­торый стекает к землесосу и перекачивается им по трубам к месту укладки. Если

рельеф местности позволяет, то разжиженный грунт (пульпа) транспортируется к месту укладки самотеком — по желобам или канавам.

Различают две принципиальные схемы размыва грунта гидромониторами: при встречном забое размыв производится снизу вверх и при попутном забое — сверху вниз. При встречном забое направление движения струи гидромонитора проти­воположно направлению движения потока пульпы. Движение пульпы от забоя к зумпфу перекачивающей станции обеспечивается за счет образующегося уклона подошвы забоя. При попушом забое гидромонитор устанавливается на поверх­ности забоя и направление движения его струи совпадает с направлением дви­жения пульпы.

Однако гидромониторным способом выполняются лишь около 5% гидромсха — низированных работ, 95% осуществляется землесосным способом, который, как достаточно дорогой, рентабелен при годовых объемах работ более 400 тыс. м3.

Землесосный снаряд — плавучая машина, которая разрабатывает грунт под во­дой и транспортирует гидросмесь грунтовым насосом. Пульпопрйготовительное устройство — это бункер (обычно передвижной), где грунт смешивается с водой. Шлюзовой аппарат — емкость, в которую загружается грунт; затем аппарат гер­метизируется, насосом подается вода и гидросмесь транспортируется по трубам.

Для непрерывного ведения работ грунт целесообразно намывать участками (картами). В период перекладки труб и устройства обвалований на одной карге намывают грунт на смежной. Осветленная вода, подаваемая земснарядом на кар­ты намыва, сбрасывается затем в шахтные колодцы и отводится за пределы со­оружения.

В ряде случаев весьма экономично и эффективно выполнение земляных ра­бот взрывным сиособом, при котором расход рабочей силы и горючего значитель­но меньше, чем при экскаваторном способе. Так называемые созидательные, мирные взрывы настройке—дело уже привычное. Ими дробят скалы, «перебра­сывают» с одного места на другое тысячи кубометров породы, прокладывают траншеи. Только один правильно рассчитанный по мощности взрыв может за­менить множество землеройной, погрузочно-разгрузочной и другой техники. Производительность взрывного способа намного выше производительности зем­леройной техники.

Взрывчатые вещества (ВВ) — в основном аммониты. Они не чувствительны к ударам и трению, не взрываются от пламени, требуют использования детонато­ров. Отрицательное свойство — гигроскопичность, в отсыревшем состоянии аммониты ослабляют силу взрыва и даже совсем ее теряют. Есть водоустойчивые ВВ, заключенные в полиэтиленовую оболочку — шланговый заряд, укладывае­мый бестраншейным способом с помощью переоборудованных дреноукладоч — ных или кротодренажных машин. При ведении взрывных работ применяются также простейшие ВВ типа АС+ДТ (аммиачная селитра + дизельное топливо). Кроме того, в обводненных забоях используются водонаполненные и пластичес­кие взрывчатые вещества.

При буровзрывных работах практически полностью механизировано бурение взрывных скважин, внедряются прогрессивная технология взрывания, комплекс­ная механизация буровых и зарядных работ, высокоэффективные взрывчатые вещества и средства инициирования.

Для взрывания скальных пород бурятся скважины уменьшенного диаметра (60— 130 мм), так как считается, что увеличение диаметра влечет за собой увели­чение куска взорванной горной массы, что снижает производительность погру­зочно-транспортного оборудования. Подземные горные выработки проходят в основном с помощью шпуровых зарядов. Для бурения шпуров применяют пнев­матические, электрические и гидравлические буровые машины, монтируемые на гидравлических манипуляторах.

Большое распространение при проведении взрывных работ получило корот­козамедленное взрывание — поочередное взрывание зарядов или группы заря­дов I3B с некоторыми интервалами во времени, измеряемыми сотыми и тысяч­ными долями секунды. Его преимущества: лучшее дробление породы; снижение сейсмического воздействия взрыва на здания и сооружения; увеличение выхода разрыхленной горной массы; возможность управления направлением и формой развала горной породы; уменьшение радиусов размета кусков грунта.

Основным принципом определения объемов работ является расчленение зем­ляного массива (дорожного полотна, котлована, площадки) на элементарные участки. Объемы полученных геометрических фигур определяются по форму­лам элементарной геометрии, таблицам или номограммам. Границами элемен­тарных участков земляного полотна являются характерные точки продольного профиля (нулевые места, пикеты, начало и конец кривых участков и др.). Все объемы земляных работ подсчитывают для плотного (естественного) состояния грунта. Если необходимо определить объем грунта в разрыхленном состоянии, учитывают коэффициент разрыхления. При наличии на объекте нескольких ви­дов грунтов их объемы подсчитывают отдельно.

Элементарным участком является призматоид, объем которого определяют по формуле Ф. Ф. Мурзо:

или по формуле Винклера:

где F0, F,, F2 — соответственно площади крайних и среднего поперечных се­чений призматоида, м2;

m — показатель крутизны откоса;

Н,, Н2 — рабочие отметки (высота насыпи или глубина выемки) в крайних сечениях, м;

L — расстояние между крайними сечениями, м.

Для определения объемов котлованов сложного в плане очертания выделяют элементарные треугольники произвольной формы и определяют объем соору­жения как сумму объемов треугольных призм. Ширина по дну котлованов и тран­шей для ленточных и отдельно стоящих фундаментов назначается с учетом ши­рины конструкции фундаментов, гидроизоляции, опалубки и крепления с до­бавлением 0,2 м.

Подсчет объемов работ по планировке площадок производят способом пря­моугольных (квадратов) или треугольных (треугольников) призм, используя гео­дезическую сетку координат на плане в горизонталях. Способ треугольных призм применяют для площадок со сложным рельефом путем деления квадратов по диагонали.

В зависимости от рельефа местности сторону квадрата а принимают равной 20—100 м. В квадратах проводят диагонали, направленные параллельно харак­терным горизонталям на плане. Рабочий объем V будет складываться из объемов треугольных призм, ограниченных в основаниях треугольниками поверхности земли F, и проектной поверхности площадки Fr Объем одной такой призмы

V = ^r(H. +Н, + Н,), (4.3)

О

где Н,, Н2, Н3— рабочие отметки (разность между отметками земли и проект­ными отметками) в вершинах треугольников, м.

Координаты центров тяжести земляных масс в выемках и насыпях на плане площадки определяют по формулам статических моментов масс элементарных фигур. Абсцисса х и ордината у центра тяжести планировочной выемки или на­сыпи

где х., у., V. — соответственно абсцисса, ордината и объем элементарной фигуры. Средняя дальность перемещения грунта из планировочной выемки в насыпь

Ь = /Хв-хн>?+(Ув-Ун >2’

где хи, хн, ув, ун — соответственно координаты центра тяжести выемки и насыпи.

К подготовительным процессам при выполнении земляных работ относятся: очи­стка и осушение территории, разбивка земляных сооружений, устройство подъезд­ных путей и дорог и другие работы, которые необходимо выполнить до начала разработки грунта. Вспомогательные процессы включают: водоотлив и водопони — жение грунтовых вод, рыхление плотных и мерзлых грунтов, крепление стенок выемок и другие работы, ведущиеся в процессе разработки грунта.

На месте, предназначенном для строительства, предварительно производится очистка территории от деревьев, пней, кустарников, камней-валунов и т. д. Де­ревья удаляют с разрешения экологических служб. Кустарник и мелкую поросль срезают бульдозером или кусторезом. Крупные камни, не поддающиеся переме­щению, предварительно дробят, взрывая их.

Плодородный слой почвы в основании всех насыпей и на площади, за­нимаемой различными выемками и карьерами, до начала основных земляных работ снимается и укладывается в отвалы для использования его при восстанов­лении (рекультивации) нарушенных и малопродуктивных сельскохозяйственных земель, а также при благоустройстве территории.

Разбивку выемок начинают с выноса и закрепления на местности створными знаками основных разбивочных осей зданий и сооружений в соответствии с про­ектом, привязывая их к красным линиям или пунктам государственной триангу­ляции. Разбивочные оси переносятся на обноску, а после возведения подземной части здания — на его цоколь.

При разбивке насыпи на местности вехами отмечают положение ее оси и ши­рины. Отвал или резерв грунта также обозначается вехами. На прямых участках вехи устанавливают через 25—50 м, на поворотах — через 2,5—5 м.

Все виды выемок (котлованы, траншеи, канавы и др.) до начала производства основных земляных работ защищают от стока поверхностных вод путем устрой­ства планировки, водоотводящих канав или оградительных обвалований.

Ширину и глубину дна водоотводящих (нагорных) канав принимают не ме­нее 0,5—0,6 м, продольный уклон — не менее 0,003. Отрывают их с помощью плужных или многоковшовых канавокопателей. При устройстве дренажей для отвода грунтовых вод на водонепроницаемое дно траншей укладывают дрениру­ющие материалы — камень, щебень, гравий. При значительном притоке вод при­меняют асбестоцементные или керамические трубы диаметром 125—300 мм, ук­ладываемые с зазорами-в стыках (без их заделки) и засыпкой дренирующими материалами.

При устройстве котлованов и траншей в водонасыщенном грунте, применяют открытый водоотлив или искусственное понижение уровня грунтовых вод.

Водоотлив производится с помощью центробежных насосов непосредственно из котлована или траншеи при выполнении земляных работ. По контуру дна выемки устраиваются неглубокие канавы с уклоном, которые могут быть засы­
паны гравием (дренаж). По канавам вода стекает в водосборные приямки (зумп­фы), откуда откачивается насосами. При водоотливе происходит разжижение грунта, через который все время сочится вода, теряется его несущая способность, затрудняется производство работ.

Искусственное понижение уровня грунтовых вод дает возможность вести разра­ботку грунта в таких же условиях, как и при сухих грунтах. Для откачивания воды из скважин применяют легкие иглофильтровые установки, иглофильтры с эжек­торным устройством и глубинные насосы.

Разработку котлованов в водонасыщенных грунтах производят также под за­шитой металлического или деревянного шпунта, противофильтрационных за­вес, которые выполняются методом «стена в грунте» или с применением мето­дов, основанных на изменении механических свойств водонасыщенных грунтов (искусственное замораживание, силикатизация, цементация, битумизация и др.).

Рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками без крепления осу­ществляется на глубину не более 1,0—1,25 м в песчаных грунтах и супесях, 1,5 — в суглинках и глинах. При рытье на большую глубину предусматривается устрой­ство креплений стенок выемок (рис. 4.1). Основными являются четыре типа креп­

лений: консольные, стойки которых забиваются в грунт на глубину ниже отмет­ки дна выемки; распорные (стойки не забиваются в грунт, а раскрепляются рас­порками); подкосные (крепления свободно ставятся на грунт и крепятся подко­сами, которые упирают в специальные якоря — короткие сваи, забитые в дно выемки); опускные, погружаемые в грунт при его подработке.

Крепления применяются, как правило, инвентарные. Конструкция крепле­ний, порядок их установки, разборки и способ разработки грунта взаимно увя­зываются для обеспечения возможности максимальной механизации всех видов работ и многократного использования креплений.

Для улучшения физико-механйческих характеристик грунтов существует не­сколько методов, основными из которых являются: динамическая консолидация грунта (трамбование); виброуплотнение; устройство гравийных, песчаных, из­вестняковых и других вертикальных уплотняющих дрен (геомассивов), когда благодаря повышенной водопроницаемости происходит вытеснение части воды из пор грунта, быстрое оседание пригружаемого грунта и быстрый рост его несу­щей способности; забивка сборных бетонных и железобетонных свай. Выбор метода усиления основания под фундаменты зависит от технических, организа­ционных и экономических факторов, которые необходимо анализировать ин­дивидуально для каждого объекта.

Глубинное уплотнение грунтов пробивкой скважин (грунтовыми сваями ди­аметром 0,4—1,2 м на глубину до 20—28 м), в основном с помощью станков удар­но-канатного бурения осуществляется с одновременным созданием вокруг них уплотненных зон и последующим заполнением пробитых скважин местным грун­том с уплотнением. При расположении скважин на расстоянии, равном 2,0—3,5 их диаметра, уплотненные зоны смыкаются, образуется массив плотного грунта.

Метод уплотнения слабых грунтом вибрированием предусматривает приме­нение глубинных вибраторов специальной конструкции, являющихся навесным оборудованием к базовой грузоподъемной машине со стрелой. Места погруже­ния вибраторов назначаются по треугольной сетке при расстоянии между ними от 1,6 до 3 м.

Одним из экономичных способов модификации грунтовой основы в слож­ных инженерно-геологических условиях, особенно при гравелистых грунтах и крупнозернистых песках, является струйная технология. В заранее пробуренную технологическую скважину опускают мониторное устройство, и подаваемая под большим давлением струя жидкости, экранируемая потоком сжатого воздуха, размывает в грунтовом массиве щель. Одновременно из отверстий скважинного монитора подается раствор-заполнитель.

Различают две принципиальные технологические схемы струйной технологии: сквозную и тупиковую. При сквозной схеме выброс отработанного грунта на по­верхность осуществляется через отдельную скважину, пробуренную по направле­нию размыва на определенном расстоянии. При тупиковой схеме выброс пульпы происходит через ту же скважину, в которую опущен скважинный гидромонитор.

Слабые грунты повышенной водопроницаемости (торфяные, пылевидные, глинистые, насыпные) могут быть заменены песчаными подушками. Способ дорогой, но эффективный.