1. Вид продукции: земляные сооружения.
Земляные сооружения характеризуются тем, что имеют горизонтальную привязку на местности, высотные отметки, размеры, величину временных или постоянных фунтовых откосов.
К земляным сооружениям относятся:
а) выемки – котлованы (рис. 2.2, б), траншеи (рис. 2.2, а), скважины, а также специальные сооружения: рудники, карьеры, каналы, шахты (угольные, ракетные);
б) насыпи – плотины, дамбы, дорожное полотно (рис. 2.1, а);
в) обратные засыпки – пазухи котлованов (рис. 2.2, в), засыпка траншей (рис. 2.2, в);
г) спланированные площадки (рис. 2.2, б);
д) технологические подсыпки – искусственные основания;
е) усиленные естественные основания – уплотнением; уплотнением тяжелыми трамбовками; уплотнение замачиванием грунта; закрепление грунта химическими агентами.
В данном разделе не рассматриваются технологии возведения подземных сооружений – тоннелей, штреков, подземных проходок, подземных хранилищ нефти и газа и т.д.
Значение процесса – присутствует при возведении любых зданий и сооружений (жилых, промышленных, инженерных сооружений), из любых материалов (дерево, кирпич, железобетон, сталь). Качество выполнения данного процесса в значительной мере определяет прочность и долговечность здания в целом.
Качественно выстроенное здание может разрушиться от просадок грунтового основания в результате неверно выполненной обратной засыпки; в результате неравномерных деформаций грунта под фундаментом при замачивании или от промораживания открытого дна котлована. По этим же причинам происходят проточки подземных секционных трубопроводов из керамических и бетонных труб.
Особенности процесса:
- большое разнообразие материалов (грунтов) и их физико-механических характеристик (влажность, засоленность и т.д.);
- разнообразие природно-климатических условий (сухой и жаркий климат, сезонные отрицательные температуры, условия многолетнемерзлых грунтов (вечная мерзлота);
- сложность точного подсчета объема грунта, реально вынутого из конкретного земляного сооружения.
2. Состав процесса. Процесс является комплексным и включает ряд простых строительных процессов.
Подготовительные процессы:
- защита выемки от замачивания;
- водоотвод;
- водопонижение;
- водоотлив.
Основные процессы:
- подготовка грунта к разработке (рыхление, замачивание, оттаивание);
- разработка грунта (принятой технологией);
- транспортировка грунта в отвал или в земсооружение;
- отсыпка и уплотнение грунта до заданных параметров.
3. Вход в процесс:
- технический – приняты подготовительные работы на площадке;
- юридический – получено разрешение «на вскрышу» персонально на производителя работ (мастера, прораба) в местной администрации.
- Материалы – грунты. В технологии грунты различают по трудности их разработки. По этому параметру грунты делятся на 12 групп (I-XII). Отнесение конкретного грунта к одной из групп определяется по таблицам ЕНиР (Сборник 2. Механизированные и ручные земляные работы).
Грунты I-IV – нескальные, разрабатываются землеройной техникой. Они могут быть немерзлыми (талыми) и мерзлыми.
Грунты V-XII – скальные. Это каменные породы, разрабатываемые только взрывной технологией.
Структура грунтов I-III групп включает:
- скелет (песчаные, глинистые, пылеватые частицы);
- примеси (вода, воздух, органические примеси).
В зависимости от количества и соотношения песчаных и глинистых частиц грунты разделяют на: песчаные (пески), супесчаные (супеси), суглинистые (суглинки) и глинистые (глины).
При разработке выемок имеется также растительный слой грунта (почва), отнесенный к I группе. Однако он не является рабочим материалом: ни в нем, ни на нем земсооружения не возводятся.
Примерное разделение грунтов по группам:
I группа – растительный слой, пески, разработанный грунт II группы.
II группа – супеси, суглинки, легкие глины, строительный мусор.
III группа – те же грунты с каменными включениями, плотная глина.
IV группа – опока, ломовая глина, мягкие каменные породы (мел).
V-VIII группа – трещиноватые каменные породы (известняки, мрамор).
IX-XII группа – плотные каменные породы (гранит, гнейс, габбро).
Другими существенными технологическими характеристиками грунтов являются следующие параметры:
Плотность (р) – отношение массы грунта к его объему в плотном теле, составляет 1,2÷3,5 т/м3, в среднем 1,6 т/м3. Плотность каменных пород достигает 5,0 т/м3.
Влажность (W) – отношение массы воды в грунте к массе его твердых частиц (скелета). По влажности грунты бывают: сухие – W <15%; влажные – 15% < W< 30 %; мокрые – W> 30%.
Мокрый грунт налипает на рабочий орган землеройной машины (ковш экскаватора, скрепера; отвал бульдозера), уменьшая их фактический объем. Мокрые грунты «вытекают» из ковша и отвала. И то, и другое снижает производительность техники.
Разрыхляемость – нарушение первоначальной структуры грунта в естественном состоянии при его разработке, в результате чего происходит разрыхление грунта и значительное увеличение его объема при снижении плотности (р) и повышении пористости.
Разрыхляемость грунтов характеризуется коэффициентом разрыхления (Кр), который зависит от вида грунта и составляет:
- для песчаных грунтов – 1,1÷1,15;
- для глинистых грунтов – 1,15÷1,35;
- для мерзлых грунтов – 1,3÷1,55;
- для скальных грунтов – 1,4÷1,55.
После укладки и уплотнения существующими технологиями грунт не удается вернуть в состояние естественной плотности, и объем грунта остается несколько больше первоначального.
Это состояние уплотненного грунта характеризуется коэффициентом остаточного разрыхления (Ко.р.), который составляет: для песчаных грунтов 1,01÷1,03; для глинистых грунтов 1,05÷1,09.
Следует отметить, что по прошествии определенного времени (6-15 лет) грунт может перейти в состояние естественной плотности и произойдет его осадка на указанные величины: для песков – 1-3 см на метр глубины, для глин – до 9 см/м.
Устойчивость грунтовой стенки. При устройстве выемок (котлованов, траншей, скважин) вертикальная грунтовая стенка земсооружения за счет слабой структуры материала (грунт) имеет тенденцию к обрушению под действием собственного веса. Для предотвращения этого явления выполняют крепление стенки или устройство грунтового откоса под некоторым углом к вертикали.
Крепление стенок траншей (рис. 2.3) и котлованов (рис. 2.4) осуществляется обычно в процессе его возведения. При этом попользуются инвентарные деревянные или металлические щиты и крепежные изделия.
Для крепления стенок скважин используют глинистый раствор или стальные обсадные трубы (см. Раздел «Технология устройства свай»).
В отдельных случаях: вблизи существующих зданий и сооружений, при слабых водонасыщенных грунтах, при большой (более 5,0 м) глубине котлована системы крепления грунтовых стенок устраивают до разработки грунта. При этом используются шпунтовые ограждения (стенка) или стенка из намороженного грунта (криогенный способ).
Шпунтовые ограждения выполняются из стальных пластин шириной 200-400 мм и длиной 6,0-12,0 м, погружаемых по всему периметру котлована сваепогружающей установкой. По длинной стороне элементы шпунта имеют скользящее замковое соединение, так что после погружения пластин образуется плотный и устойчивый «забор» по форме будущего котлована (рис. 2.5). Внутри ограждения выполняется выемка грунта до проектной отметки и возводится подземная часть здания или сооружения до нулевой отметки здания. После этого погруженный шпунт извлекается специальным механизмом – «сваевыдергивателем».
При криогенном способе по периметру котлована с определенным шагом, который определяется расчетом, бурят скважины. В скважины помещают криогенные «иглы», соединенные с криогенной установкой, обеспечивающей циркуляцию хладоносителя в системе. Хладоносителем (хладагентом) может быть аммиак, фреон, солевой раствор (NaCl, СаС12), охлажденный до заданной температуры (-15°С…-10°С). Вокруг «игл» происходит замораживание грунта и постепенно (через 6-24 часа) образуется сплошная стенка из мерзлого грунта, которая должна иметь расчетную толщину и обладать необходимой устойчивостью на опрокидывание (рис. 2.5). Далее производится выемка грунта из проектного котлована и возведение «нулевого» цикла здания. После окончания работ «нулевого» цикла вся криогенная система (включая иглы) демонтируется.
Рис. 2.5. Закрепление грунтовой стенки замораживанием
При определенных погодных условиях (t° = 5…15°С) криогенная система работает эпизодически, а при t° < 5°С демонтируется сразу после расчетного замораживания грунта. При этом замороженная стенка котлована сохраняет устойчивость на период до 20.. .30 суток.
Достоинства этой группы способов (крепление стенок выемки): объем вынутого грунта не превышает проектного объема котлована, малые технологические габариты (работы ведутся в проектных размерах котлована). Недостатки – большие затраты труда и материалов, разнотипные процессы и материалы.
Устройство откоса выполняется под некоторым углом φ, обеспечивающим надежную устойчивость стенок выемки. В связи со сложностью замера угла этот параметр выражается через коэффициент крутизны откоса (m). Значения коэффициент крутизны откоса m для различных грунтовых условий приведены в табл. 2.1.
Достоинство данного способа в том, что устойчивость грунтовой стенки обеспечивается основным процессом – разработкой грунта и не требует дополнительных материалов. К недостаткам следует отнести большие технологические габариты (размеры выемки по верху существенно увеличиваются). Кроме того, разрабатывается излишний объем грунта, который потом придется отвозить, привозить снова и выполнять излишний объем обратной засыпки.
