Главная  Свойства 

 

Обеспечение устойчивости земляных сооружений

 

При возведении фундаментов в открытом котловане проектом производства работ предусматривается выполнение следующих мероприятий: отрывка котлована, крепление стен котлована, его осушение, подготовка основания, устройство фундаментов и обратная засыпка пазух с надлежащим уплотнением.

 

Проектирование котлованов начинают с горизонтальной и вертикальной привязки котлована к местности с указанием на планах и разрезах основных осей, размеров, абсолютных отметок дна и всех заглублений. В проекте предусматриваются мероприятия, направленные на предотвращение затопления поверхностными и подтопления подземными водами, нарушения природной структуры грунтов при производстве работ, возможного промерзания в зимний период и нарушения сохранности рядом расположенных зданий и сооружений.

 

Надежность и устойчивость, а также значения осадки естественных оснований во многом зависят от способа производства работ по разработке котлованов и устройства оснований и фундаментов.

 

Важно устраивать фундаменты в минимальные сроки, особенно в зимний или дождливый период года, тем самым снижая затраты на осушение котлована и сохраняя природную структуру грунтов.

 

Работы нулевого цикла и устройство фундаментов разрешается начинать только после приемки котлована и грунтов основания, что оформляется специальным актом.

 

Сохранение природной структурыоснованйя обеспечивают с помощью защитного слоя грунта, который удаляют из котлована только непосредственно перед возведением фундамента. Толщина этого слоя указывается в проекте.

 

Отвод атмосферных осадков из котлована осуществляется с помощью открытого водоотлива.

 

Для обеспечения нормального ведения работ по устройству фундаментов, возводимых в открытых котлованах, необходимо исключить и возможность обрушения откосов. Устойчивость стенок котлована обеспечивается с помощью придания им соответствующих уклонов или использования специальных креплений.

 

Выбор величины откосов и способа крепления зависит от глубины котлована, особенностей напластования и свойств отдельных слоев грунта, уровня подземных вод, способа производства работ и расстояния до существующих зданий и сооружений.

 

Назначение крутизны откосов котлованов и траншей. Некоторые виды грунтов, особенно связные, способны держать вертикальный откос в Пределах некоторой глубины. Поэтому стенки котлована иногда разрешается оставлять вертикальными. При вертикальных стенках котлованов возведение фундаментов и засыпку пазух следует производить вслед за выемкой грунта, так как случайное увлажнение грунта дождевыми водами может существенно уменьшить сцепление и привести к обрушению вертикального откоса.

 

При более глубоких котлованах (в пределах 3 5 м) в грунтах естественной влажности стенки допускается выполнять без крепления, но с уклоном ( 8. . Данные о необходимой крутизне откосов для различных видов грунтов в зависимости от глубины котлована приведены в табл. При глубине котлованов свыше 5 м для грунтов естественной влажности крутизна откосов назначается расчетом.

 

Схема к вычислению крутизны откосов котлована

 

Распорные крепления стен котлованов. При значительной глубине котлована приходится выполнять большой объем работ по обратной засыпке пазух. Для выполнения требований устойчивости в этих случаях требуется тщательное уплотнение грунта обратной засыпки.

 

Избежать выполнения этих трудоемких работ позволяет применение распорных креплений, которые, обладая требуемой прочностью и малой деформативностью, исключают возможность обрушения стенок котлована.

 

К простейшим креплениям относят распорные крепления с инвентарными распорками, которые, упираясь в вертикально или горизонтально расположенные доски, предотвращают обрушение стенки котлованов ( 8.2, а).

 

При использовании широких котлованов ( 8.2, б) приходится создавать сложную пространственную конструкцию из распорок и стоек для их промежуточного опирания. В песчаных грунтах стенка крепления делается сплошной, в связных — не сплошной.

 

При разработке глубоких котлованов в песчаных грунтах устраивают закладные крепления. Их выполняют из вертикальных металлических прокатных профилей, погружаемых в грунт перед разработкой котлована с помощью забивки, вибрирования или в заранее подготовленные скважины с закладываемыми между ними досками ( 8.3, а). Иногда вместо досок используют создаваемые в котловане методом торкретирования сводики из бетона ( 8.3, б). Впоследствии они могут служить в качестве стен подземных помещений. Такие крепления называют сводчатыми. Зафиксировать от нежелательных деформаций прокатные профили и сводчатые крепления можно с помощью распорок или анкеров ( 8.3, б).

 

Распорные крепления: 1 упорная доска; 2 — инвентарная распорка; 3 — сплошное крепление стены; 4 — распорка; 5 — стойка для промежуточного опирания

 

План сплошных закладных креплений: 1 — закладная доска; 2 — распорка; 3 — двутавровая стойка; 4 — свод из торкрет-бетона; 5 — анкерное устройство; б — натяжное устройство; 7 — швеллерная стойка

 

Типы шпунтовых стенок

 

Уменьшить возможность потери устойчивости распорок можно за счет промежуточных стоек (см. 8.2, б), однако в этом случае распорки необходимо устанавливать с небольшим уклоном к центру котлована, чтобы исключить работу промежуточных стоек на выдергивание.

 

Устройство шпунтовых стенок. При разработке глубоких выработок ниже уровня подземных вод в сложных геологических условиях и на стесненных площадках (около существующих зданий и сооружений, дорог и т. д.), что часто имеет место в современном градостроительстве, крепление стенок котлована осуществляется с помощью шпунтовых стенок.

 

Шпунтовые стенки должны также обеспечивать и недопущение проникновения подземных вод через стенки и дно котлована. Для исключения поступления воды в котлован через его дно шпунтовое ограждение погружают до слоя водонепроницаемого грунта.

 

Шпунтовые стенки обычно выполняют из металла или дерева. Деревянный шпунт из досок ( 8.4, а) или брусьев ( 8.4, б) применяют при неглубоких котлованах (до 5 м), а при более глубоких используют металлические шпунтовые стенки, которые могут быть плоскими ( 8.4, в) и корытного профиля ( 8.4, г). Значительная жесткость при изгибе, которую имеет стенка корытного профиля, позволяет при глубине котлована до 6 м выполнять консольное шпунтовое крепление без распорок и анкеров.

 

В некоторых случаях проверяют устойчивость шпунтовой стенки вместе с массивом грунта по круглоцилиндрической поверхности Скольжения, как это изложено в § Глубина погружения шпунтовой стенки в грунт назначается исходя из ограничения горизонтального смещения или исключения возможности потери устойчивости основания по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения.

 

Искусственное замораживание грунтов оснований основывается на водонепроницаемости, приобретаемой грунтами в мерзлом состоянии. Этот метод часто применяют в водонаеыщенных грунтах, имеющих валунные, гравийные и другие включения, затрудняющие погружение традиционных шпунтовых ограждений. При замораживании в основании образуются льдогрунтовые стенки, препятствующие проникновению воды в котлован.

 

Замораживание грунтов осуществляют в такой последовательности. Котлован требуемых размеров ограждают по контуру рядом специальных колонок 7 ( 8. , с помощью которых создается льдогрунтовая стенка. Такая колонка состоит из двух труб, находящихся одна внутри другой. При пропускании через колонку специальных охлаждающих растворов за счет теплообмена с окружающим грунтом происходит замерзание грунта. В качестве охлаждающего применяют раствор хлористого кальция, который в зависимости от концентрации способен замерзать при температуре от —26 до —55 °С. Нагнетание раствора в замораживающие колонки и его охлаждение производят с помощью насоса 5 замораживающей установки ( 8. . Замораживающая установка состоит из испарителя, охлаждающего раствор хлористого кальция за счет пропускания через змеевик, находящийся в испарителе, газообразного хладагента — обычно используют аммиак, гораздо реже — фреон или жидкий азот.

 

Рве. Схема замораживающей установки

 

Хладагент перед поступлением в испаритель сжимается с помощью компрессора до некоторого давления, в результате чего его температура резко повышается, попадая в конденсатор, который, охлаждая хладагент с помощью воды, вызывает его сжижение. Далее, поступая в испаритель через редукционный клапан, за которым компрессор поддерживает пониженное давление, происходит испарение хладагента, что сопровождается отбором большого количества теплоты, приводящей к понижению температуры находящегося в испарителе охлаждающего раствора. Затем газообразный хладагент вновь поступает в компрессор и цикл охлаждения повторяется.

 

Благодаря отрицательной температуре охлаждающего раствора происходит теплообмен с окружающим грунтом, в результате чего он постепенно замерзает. Через некоторое время цилиндры мерзлого грунта б, слившись друг с другом, образуют водонепроницаемую льдогрунтовую стенку.

 

Температура охлаждающей жидкости в результате теплообмена с грунтом повышается, и для охлаждения она вновь направляется в испаритель с помощью насоса. Таким образом, происходит циркуляция охлаждающего раствора от испарителя к колонкам и обратно. Льдогрунтовые стены, как правило, устраивают для обеспечения водонепроницаемости до глубины порядка нескольких десятков метров.

 

Искусственное замораживание грунтов имеет следующие недостатки. Во-первых, оно значительно дороже устройства обычного шпунтового ограждения, во-вторых, его не применяют в грунтах, способных испытывать морозное пучение.

 

Крутизна откосов насыпи или выемки характеризуется отношением высоты откоса Н к его заложению или тангенсом угла наклона откоса к горизонту

 

Наибольшая крутизна откосов зависит от высоты насыпи или глубины выемки, характеристики грунтов (угла внутреннего трения, сцепления, влажности) и условии производства работ ( 3. ,

 

Устойчивостью земляных сооружений называется их способность сохранять проектную форму и размеры и обусловливается равновесием масс под действием внешних и внутренних сил. Устойчивость зависит от угла естественного откоса грунта, который образуется плоскостью откоса с горизонтальной плоскостью поверхности грунта. Величина угла естественного откоса определяется опытным путем.

 

Элементы откоса

 

( .

 

о —насыпи; б выемки; Я-высота откоса; 1-проекция откоса на горизонтальную плоскость; а —крутизна откоса

 

а — консольного; б — анкерного; в — консольно-распорного; г — распорного; д — подносного; е — подвесного; 1 — щиты (доски); 2 —стойки (сваи); 3 — анкеры; 4 — распорки; 5 — подкосы; 6 — упоры (якоря); 7 —опора; 8 — кольцо

 

Поперечные профили земляного полотна

 

Принципиальные схемы типов креплений

 

В зависимости от вида грунта, ширины и глубины выемок и сроков службы применяются различные типы креплений. Для узких траншей глубиной 2—4 м в сухих грунтах применяются горизонтально-рамное крепление, состоящее из стоек, горизонтальных досок или дощатых (сплошных и несплошных) щитов и распорок, прижимающих доски или щиты к стенкам траншеи. Распорки устанавливают по длине траншеи на расстоянии 1,5—1,7 м одна от другой и по высоте через 0,6— 0,7 м.

 

Способы крепления откосов временных выемок. При ведении земляных работ на территории действующих предприятий в стесненных условиях или при наличии грунтовых вод, плывунов и при других сложных гидрогеологических условиях необходимо производить крепление траншей и котлованов. Необходимость креплений устанавливается проектом; устройство креплений вертикальных стенок траншей и котлованов требует значительных затрат ручного труда, поэтому крепление производят только в том случае, когда это экономически целесообразно или когда не представляется возможным устройство откосов.

 

Для устройства анкерных креплений вдоль стенок котлована забивают стойки на глубину 0,5—1 м, сверху оттягивают их анкерными тягами в виде двух пластин, прикрепленных к наклонно забитой свае, а за стойками устанавливают щиты или дощатую стенку.

 

Шарнирно-винтовые крепления

 

Консольно-распорные крепления характеризуются тем, что стойки (сваи) удерживаются главным образом путем защемления нижней их части, забитой в дно выемки. Наиболее широко применяется крепление из деревянного или стального шпунта. При безраспорном креплении стойки располагаются через определенный шаг, а в шпунтовом их забивают без интервала. В качестве шпунта могут быть использованы стальные профили.

 

В тех случаях, когда исключается возможность установки распорок (при разработке широких котлованов) , применяют анкерные или подкосные крепления.

 

Подвесные крепления имеют горизонтальные элементы, выполняющие роль упорных прогонов, которые подвешивают к опорной раме, укладываемой на поверхности выемки.

 

Подкосные крепления состоят из дощатых щитов, устанавливаемых вдоль откосов стоек, которые удерживаются подкосами, и упоров, забиваемых у основания подкосов.

 

В сыпучих и неустойчивых грунтах ставят распорные или срубовые крепления из пластин и брусьев ( Ш.З).

 

При анкерном креплении стойки в верхней части кроме защемления закрепляются еще и анкерами. В отличие от анкерного крепления при консольно-рас-порном защемлении стойки крепят вверху распорками.

 

В таком же порядке работу продолжают до достижения необходимой глубины.

 

Этот вид крепления наиболее часто применяется для крепления шурфов прямоугольного сечения глубиной до 2—5 м в зависимости от назначения.

 

Необходимость крепления вертикальных стенок траншей и котлованов или разработка их с откосами обосновывается проектом в зависимости от глубины, состояния грунтовых вод и других местных условий.

 

В вязких грунтах и при сильном притоке воды забивают ограждающие шпунтовые стенки из досок или брусьев, укрепляемые распорками. На поверхности земли по размерам колодца укладывают деревянную брусчатую раму, а затем с наружных сторон брусьев рамы, вплотную к ним, забивают доски длиной 1,5—2 м с некоторым наклоном и под защитой забитых досок роют котлован. После заглубления на 1 — 1,5 м на дне колодца устанавливают вторую такую же раму и забивают-второй ряд досок.

 

Разработка траншей с вертикальными стенками роторными и траншейными экскаваторами в связных грунтах (суглинках, глинах) допускается без крепления на глубину не более 3 м.

 

Крепление вертикальных стенок траншей глубиной до 3 м должно быть, как правило, инвентарным ( Ш. . Щиты обычно устанавливают вертикально и распирают их инвентарными металлическими распорками. В связных грунтах естественной влажности устанавливаются щиты с прорезями, а в грунтах с повышенной влажностью применяются сплошные щиты.

 

При рытье в указанных условиях более глубоких траншей и котлованов без креплений необходимо устраивать откосы, крутизну которых определяют по СНиП.

 

Нормы предусматривают разработку в определенных случаях траншей и котлованов с вертикальными стенками без крепления при отсутствии грунтовых вод, в грунтах естественной влажности. Глубина выемки без крепления не должна превышать: в песчаных и гравелистых грунтах— 1 м, в супесях— 1,25; в суглинках и глинах— 1,5 м; в особо плотных нескальных грунтах—2 м.

 

Работы по сооружению фундаментов, прокладыванию инженерных сетей и т. п. в траншеях с вертикальными стенками без креплений следует вести немедленно вслед за выемкой грунта во избежание, его осыпания или оползания.

 



Фундаменты на проса дочных грунтах. Кровли из асбестоцементаых плоских и волнистых листов. Кровли из мягких материалов. Крыши бань и саун. Легированные стали и твердые сплавы. Малярные работы. Материалы и изделия из горных пород.

 

Главная  Свойства 



0.0034