М. Н. Торгонский

Основы строительного дела

Торгонский М. Н. Основы строительного дела. М.—Л., ГОСЛЕСБУМИЗДАТ, 1961.

Раздел третий

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Глава XV


ЗЕМЛЯНЫЕ И СВАЙНЫЕ РАБОТЫ

§ 37. ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ

с. 154 Общие сведения. Земляные работы — это строительный процесс, включающий разработку (выемку) грунта, перемещение его и укладку в определенное место, в ряде случаев он сопровождается также разравниванием и уплотнением грунта. Цель земляных работ — осуществление инженерных сооружений из грунта или подготовка оснований под инженерные сооружения, возводимые из других материалов, и удаление земляных масс для вскрытия залежей полезных ископаемых, например камня.

Сложность и трудоемкость разработки грунтов зависит от их качеств; по степени трудности разработки грунты делят на XI категорий.

Ниже рассматривается классификация только тех грунтов, разработку которых можно вести без применения отбойных молотков, перфораторов и взрывных средств.

Категория I — песок естественной влажности с примесью гравия и гальки или щебня в количестве до 20 % по объему (средний объемный вес в плотном состоянии 1600 кг/м3); грунт растительного слоя без корней (1200 кг/м3); мелкий гравий и галька размером до 20 мм (1700 кг/м3); рыхлый лёсс естественной влажности; легкий суглинок (1600 кг/м3); супесь; торф без корней и рыхлый котельный шлак.

Категория II — глина жирная мягкая, а также насыпная, слежавшаяся с примесью гравия, гальки, щебня и строительного мусора (1800 кг/м3); гравий и галька размером до 40 мм; грунт растительного слоя с корнями; песок с примесью гравия и гальки или щебня в количестве до 40 % по объему; суглинок легкий и тяжелый с примесью гравия или щебня в количестве до 10 %, а также насыпной слежавшийся с примесью гравия и строительного мусора; торф с корнями; щебень размером до 40 мм; шлак слежавшийся.

Категория III — глина тяжелая; гравий размером до 150 мм; строительный мусор; шлак металлургический выветрившийся.

с. 155 Земляные работы являются одним из важнейших элементов промышленного, гражданского и транспортного строительства, а также при добыче полезных ископаемых. Земляные работы бывают открытые (на поверхности земли), подземные (туннели) и подводные. Они производятся машинами: на поверхности земли экскаваторами разных систем, скреперами и грейдерами, а под водой — землечерпалками и землесосами. При малых объемах работ применяется ручной способ.

Способы производства земляных работ определяются с учетом их целевого назначения, сроков возведения сооружения и баланса грунтов. Основными способами открытых земляных работ являются: механический (отделение части грунта режущим механизмом), взрывной и гидравлический (размыв грунта струей воды).

При механическом способе земляные работ осуществляются экскаваторами, скреперами, бульдозерами, грейдерами, автогрейдерами и грейдер-элеваторами. В основном земляные работы сводятся к выемке грунта из котлованов, траншей, каналов, возведению насыпей и оформлению земляных сооружений путем планировки их поверхностей. Грунт из выемки перемещают в насыпь или отвалы, в строительной практике часто называемые кавальерами. Насыпи формируются из выемок под сооружения или для этой цели разрабатываются специальные выемки — резервы. Резервы, закладываемые для получения высококачественных грунтов — песка, камня или гравия, для бетона и глины для кирпича, называются карьерами.

При перемещении грунтов выемки на большие расстояния применяется так называемый транспортный способ, при котором выемка производится экскаваторами — лопатами с погрузкой грунтов на поездные составы, автосамосвалы или прицепные тележки. Если забои, т. е. места разработки грунтов настолько мокры или тесны, что нельзя в них применять экскаваторы-лопаты, забои разрабатываются драглайнами, с погрузкой грунта на транспорт.

Разработка при небольшом расстоянии перемещения грунтов, не превышающем 150—200 м, осуществляется обычно бестранспортным, способом при помощи драглайнов, отваливающих грунты из выемки за пределы очертания котлована или канала.

Бестранспортный способ не требует устройства дорог, не зависит от погоды и времени года, в несколько раз повышает производительность труда по сравнению с транспортным и значительно удешевляет стоимость работ.

При небольшом (до 500 м) расстоянии перемещения грунтов из выемки применяются скреперы. Особенно выгодна работа скреперов, если грунты выемки используются для сооружений (например, при отсыпке полотна дороги), так как скреперы, разрабатывая выемки отдельными слоями, дают возможность сортировать и, следовательно, отбирать надлежащие грунты для с. 156 создания насыпей. Скреперы рассыпают грунты на месте укладки тонким (до 12—50 см) слоем и укатывают их давлением колес что сводит к минимуму дополнительное разравнивание и уплотнение грунтов.

Весьма эффективно применяются бульдозеры при разработке грунтов с перемещением их в отвал под уклон или по горизонтали на расстояние 50—70 м, но не более 200 м, что особенно часто бывает при работах на косогорах, при разработке полувыемок-полунасыпей, коротких выемок в местах переходов их в насыпи, а также при засыпке траншей и котлованов; снятии растительного слоя и тому подобных работах. Они также используются для работ, имеющих главным образом планировочный характер. Сюда относится разравнивание отвалов при работе экскаваторов и грубой планировке откосов выемок и насыпей; на дорожных работах для образования выемок и насыпей, обычно при условии предварительного разрыхления грунтов особыми рыхлителями.

Широкие и неглубокие выемки могут разрабатываться башенными экскаваторами, в которых ковш перемещается на тросе между двумя башнями. Для рытья траншей и планировки откосов также служат многоковшовые экскаваторы.

Точные планировочные работы (особенно планировка дорожного полотна) осуществляются грейдерами — прицепными или самоходными. Эти механизмы могут быть также использованы для рытья небольших канав. Для выемки канав небольших сечений и отсыпки при них дамб служат грейдер-элеваторы, работающие на прицепе к тракторам.

Взрывной способ земляных работ в ряде случаев весьма экономичен и эффективен. Перспективное значение имеют взрывы на выброс грунта и так называемые направленные взрывы. Эти способы дают возможность производить выемки и насыпи в короткие сроки.

Большую роль в земляных работах играет гидравлический способ, применявшийся сначала в золотой и торфяной промышленности, а с 1928 г. — на строительстве.

Различают два основных способа механизации земляных работ при помощи воды: размыв грунта компактной водяной струей, направляемой в забой гидромонитором, и непосредственное всасывание грунта из-под воды, при этом частицы грунта отделяются от забоя размывающим действием водяных струй, образующихся в непосредственной близости от приемного отверстия сосуна-землесоса. Процесс всасывания грунта обычно интенсифицируется путем механического рыхления. Разработка грунта этим способом осуществляется плавучими земснарядами.

Гидромониторами называются водобойные снаряды, служащие для подачи сильной струи воды, размывающей грунт и превращающей его в разжиженную массу, называемую пульпой.

с. 157 Оба эти способа разработки имеют достоинства и недостатки. При выборе их решающим фактором является расположение подошвы забоя относительно горизонта воды. На участке, затопленном водой (в реке, озере, море), работают только плавучие землесосные снаряды; на суше возможен только гидромониторный способ. Выбор одного из них производят путем сравнительных технико-экономических расчетов.

Производство земляных работ допускается только после постановки разбивочных знаков. В поселках должна быть, кроме того, отбита в натуре «красная линия» (граница, отделяющая территорию застроенного участка квартала от улицы). Разбивка земляных работ производится геодезическими инструментами и стальной мерной лентой в соответствии с основными осями и реперами. При разбивке насыпей учитывают их последующую осадку. О выполнении геодезических работ составляется акт. В местах, где имеются подземные трубопроводы и электрические кабели, земляные работы производятся по получении письменного разрешения организации, ответственной за эксплуатацию этих сетей.

Планировка площадок. Наилучшим считается такой вариант планировки площадки, при котором объем выемки равен объему насыпи.

Дренажи сооружения, необходимые для осушения участков планируемой территории, устраивают до начала отсыпки. Грунт отсыпают в планировочные насыпи слоями, толщина которых определяется проектом в зависимости от принятого способа уплотнения грунта.

Укрепление откосов планировочных выемок и насыпей для предохранения от размыва весенними водами необходимо заканчивать до наступления зимнего времени.

Корчевку пней под планировочными насыпями предварительно производят при высоте насыпи до 0,5 м, а при большей высоте — в зависимости от условий работы машин, применяемых для отсыпки грунта.

Котлованы и траншеи. До начала земляных работ выполняют работы по устройству временных и постоянных водоотводных устройств. В первую очередь устраивают нагорные канавы, ограждающие расположенные на косогоре выемки. Котлованы и траншеи должны быть защищены от попадания в них поверхностных вод с прилегающей территории.

Разработку котлованов, траншей и иных выемок ниже горизонта грунтовых вод следует производить с применением открытого водоотлива или искусственного понижения уровня грунтовых вод путем откачки воды на поверхность из системы фильтров или сброса грунтовой воды в подземные выработки, а также нижележащие поглощающие слои грунта через сквозные и забивные фильтры.

с. 158 Вода, откачиваемая на поверхность, отводится в открытые водоемы или подземные водостоки. Продольный уклон кюветов должен быть не менее 0,002, на болотах и речных поймах — не менее 0,001. Закрытые дренажи, отводящие воду от выемок, должны быть заложены ниже уровня промерзания грунта и иметь уклон не менее 0,005.

Наибольшая крутизна откосов, котлованов и траншей, выполненных без креплений, должна соответствовать при благоприятных гидрогеологических условиях (при глубине выемки до 3 м) 1 : 1,25 в насыпных песчаных и гравийных грунтах; 1 : 0,67 в супесчаных и суглинистых грунтах.

Крутизна откосов выемок постоянных земляных сооружений при благоприятных гидрогеологических условиях принимается 1 : 1,25 для глинистых, суглинистых, песчаных и супесчаных грунтов.

Рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений разрешается производить в грунтах естественной влажности и при отсутствии грунтовых вод, при этом глубина выемки не должна превышать: 1 м в насыпных песчаных и гравелистых грунтах; 1,25 м в супесчаных и суглинистых грунтах; 1,5 м в глинистых грунтах и 2 м в особо плотных грунтах.

При этом работы по устройству фундаментов или других подземных конструкций и устройств должны осуществляться немедленно после того, как эти траншеи вырыты. В процессе производства работ должен быть обеспечен повседневный контроль за состоянием грунта в стенках траншей или откосах выемок.

Разработка котлованов и траншей на глубину, превышающую указанные выше размеры, должна производиться с откосами или с креплением вертикальных стенок. Траншеи, разрабатываемые землеройными машинами, крепятся инвентарными щитами, опускаемыми и закрепляемыми сверху, без спуска рабочих в траншею.

В мокрых и сыпучих грунтах необходимо сплошное ограждение, в остальных грунтах допускаются ограждения с зазорами в одну доску. Зазоры книзу можно увеличивать. В самом же низу траншеи, на расстоянии 25—30 см от ее дна ограждение не обязательно. Чтобы удержать настил ограждения, через каждые 1,5—2 м длины траншеи, в зависимости от свойств грунта и толщины настила, предварительно устанавливают вертикально две доски по обе стороны траншеи. Внизу концы досок забивают в грунт, а по высоте их укрепляют попарно распорками. Частота расположения распорок зависит от свойств грунта, толщины вертикальных досок и от того, сколько времени траншея будет открыта, на каком расстоянии она находится от трассы движения тяжелого транспорта.

Распорки делают из подтоварника диаметром 12—16 см. Правилами техники безопасности не допускается закладывать клинья под концы распорок. Под распорки пришивают планки. с. 159 На строительстве широко используются инвентарные, винтовые распорки, напоминающие домкраты.

Ширина траншей определяется размерами режущей кромки рабочего органа землеройной машины. Наименьшая ширина траншеи по дну без учета толщины крепления должна составлять: при укладке трубопроводов в виде плетей или секций d + 0,3 г, при укладке трубопроводов отдельными трубами d + 0,6 м; где d — наружный диаметр трубопровода (в м) с учетом изоляции.

Разработку котлованов и траншей при наличии грунтовых вод в первую очередь заканчивают в местах с пониженными отметками, где устраивают ограждаемые приямки для откачивания воды или водоотводные канавы. Излишняя выемка грунта из котлованов и траншей ниже проектных отметок заложения конструкций и сооружений (фундаментов, трубопроводов) не допускается.

Зимние работы. Особенностью зимних земляных работ является необходимость предварительной подготовки грунта для его разработки, что производится путем предотвращения промерзания грунта, а также рыхления или оттаивания мерзлого грунта. Рыхление при небольших объемах работ осуществляется пневматическим или электрифицированным инструментом и копрами-рыхлителями или экскаваторами, в которых ковш заменяется тяжелым шаром или клином. На крупных работах рыхление ведется взрывным способом.

Для оттаивания грунта применяется пар, подаваемый в паровые батареи или иглы. Электроотогрев грунта производится путем включения специальных горизонтальных или лучше вертикальных электродов в электрическую цепь.

В районах с устойчивой низкой температурой рытья котлованов в грунте с обильным притоком грунтовых вод можно производить без водоотлива, способом вымораживания.

Разработка котлованов и траншей по способу естественного замораживания грунта в стенках без устройства крепления допускается на глубину до 4 м при условии, если быстрота и глубина промерзания обеспечивают безопасность работы в выемке. Рытье котлованов и траншей по способу замораживания при сухих песчаных грунтах не допускается.

Обратная засыпка котлованов и траншей производится с соблюдением следующих требований: количество мерзлых комьев в грунте, которыми засыпаются пазухи между стенками котлована (траншеи) и возведенным в нем фундаментом или иной конструкцией, не должно превышать 15 % от общего объема засыпки. При засыпке пазух внутри зданий применение мерзлого грунта не допускается.

Определение объема земляных работ. Для того чтобы подсчитать объем земляных работ при планировке площадок, с. 160 необходимо план площадки разбить на квадраты со стороной 10—50 м (а в отдельных случаях — меньше 10 м).

Объем срезки или подсыпки земли в каждом квадрате определяется по средней отметке квадрата. Чем больше отметок поверхности земли будет взято для определения средней арифметической отметки (по которой и будет определен объем), тем точнее будет произведено определение объема земли, подлежащей срезке или подсыпке к границам квадрата.

Объем земляных работ в одном квадрате равен произведению площади квадрата на разность отметок (черных и красных).

При определении объемов земляных работ при планировке могут встретиться три случая:

1) квадрат входит полностью в контур насыпи

VH = a2 (AB);

2) квадрат входит полностью в контур выемки

VB = a2 (BA);

3) квадрат частично входит в контуры насыпи и выемки

VH = aPH (AB′) и VB = aPB (B′A),

где:

VH и VB — объемы насыпи и выемки в квадрате;

a — длина стороны квадрата;

A — проектная отметка центра квадрата;

B и B′ — черные отметки центра квадрата или его части, определяемые интерполяцией по горизонталям;

PH и PB — средние (арифметические) расстояния от границы квадрата до границы (горизонтали), отделяющей выемку от насыпи.

Полный объем насыпей и выемок всей спланированной (или подлежащей планировке) площади определяется суммированием объемов земляных работ, входящих в отдельные квадраты.

Распространенным методом приближенного подсчета объема сооружений вытянутой формы (котлованы, траншеи, насыпи) является подсчет объема по поперечным профилям, дающий несколько преувеличенный объем.

где:

V — объем земляного сооружения;

F1 + F2 — площадь крайних поперечных сечений;

l — расстояние между поперечными сечениями.

с. 161 Наилучшим будет такой вариант планировки площадки, при котором объемы насыпи и выемки равны между собой, так как в этом случае не нужно будет возить лишнюю землю с площадки или, наоборот, со стороны на площадку. Для этого следует правильно подобрать красную, т. е. проектную отметку для площадки. К этому нужно стремиться, но из-за местных условий не всегда это можно сделать.

Правила приемки работ. Приемка земляных работ по устройству выемок и насыпей состоит в проверке: отметок бровок и дна канав и других водоотводных устройств; крутизны откосов; поперечных размеров водоотводных устройств; расположения трасс, сооружений в плане; укрепления откосов; степени уплотнения грунта; правильности расположения и оформления резервов, кавальеров, берм, нагорных канав; наличия актов на скрытые работы, в том числе на работы по подготовке оснований под насыпи.

Приемка земляных работ по устройству котлованов и траншей состоит в проверке соответствия проекту их расположения, размеров и отметок и уклонов траншей и в установлении прочности грунта в основании выемки, на котором возводится фундамент или укладывается трубопровод, а также в проверке правильности устройства и состояния креплений.

Приемка планировочных насыпей и выемок осуществляется с установлением правильности отметок и уклонов спланированной территории, степени уплотнения грунта и отсутствия переувлажненных участков и местных просадок грунта.

Объем выполненных земляных работ принято исчислять в естественном плотном теле грунтов. Поэтому обмеру подвергаются не насыпи, а выемки (резерв, карьеры).

Строителю для различных расчетов необходимо знать увеличение объема грунтов при разработке. Так, для грунтов I категории первоначальное увеличение объема грунта при разработке колеблется в пределах от 8 до 17 %, а остаточное разрыхление (в законченной уплотненной земляной насыпи) — от 1 до 2,5 %; для той же I — категории (торф и растительный грунт) соответственно — от 20 до 30 % и от 3 до 4 %; для II категории — от 14 до 28 % и от 1,5 до 5 %; для III категории — от 24 до 30 и от 4 до 7 %.

Объем земляных работ при разработке экскаваторами исчисляют без добавления водоотводных канав в забоях; объем работ по срезке недоборов и устройству въездов в котлованы определяется дополнительно.

Глубина котлованов и траншей должна быть уменьшена на толщину слоя срезки растительного грунта, если объем срезки подсчитан отдельно. Глубина траншей, разрабатываемых в пределах дна котлована (например, траншей под фундаменты подвальных стен), определяется от отметки дна котлована, а не от поверхности земли.