4.1. Земляные работы и земляные сооружения

Под земляными работамиимеется в виду выполнение процессов, связанных с изменением состояния и формы строительного грунта.Земляные сооружения– это готовая продукция (результат) земляных работ. Земляными работами называют планировку участков для строительства, рытье котлованов и траншей для устройства фундаментов и прокладки коммуникаций, разработку выемок и отсыпку насыпей при прокладке дорог и каналов, устройство временных земляных перемычек при перекрытии рек, обратную засыпку и т. д.

Земляные сооружения разделяют на постоянные и временные. К постоянным относят плотины, дамбы, выемки для прокладки дорог, ложа искусственных водоемов, русла каналов, спланированные площадки для возведения жилых кварталов, промышленных зданий и других сооружений; к временным – котлованы и траншеи для возведения фундаментов, траншеи для прокладки инженерных коммуникаций и т. д., т.е. все земляные сооружения, возводимые на время строительства.

Котлован от траншеи отличается абсолютными размерами и соотношением собственных размеров. Траншеейпринято называть длинные узкие (шириной не более 2,5-3,0 м) выемки, ширина которых незначительна по сравнению с длиной.Котлован– это выемки шириной более 3 м и с сопоставимыми размерами длины и ширины.

Если грунт для насыпи или обратной засыпки берется из выемки за пределами строительной площадки, то такие выемки называются резервами. Если грунт из выемки складируется в насыпи без перспектив использовать этот грунт в процессе строительства или для обратной засыпки, то такая насыпь называетсякавальером, а место отсыпки кавальера называетсяотвалом.

Существуют также временные выемки, закрытые с поверхности и устраиваемые для сооружения теле-, транспортных, коммуникационных или водопропускных сооружений. Такие выемки называют подземными выработками. Если отсыпка грунта из отвала используется для полного закрытия подземного сооружения или коммуникаций, ее называютобратной засыпкой(рис. 4.1).

Рис. 4.1. Обратная засыпка подземных конструкций и коммуникаций

Основными элементами, составляющими характерные профили земляных сооружений, являются:

для выемок – дно и боковые поверхности (рис. 4.2),

для насыпей – подошва насыпи и ее откосы (рис. 4.3).

Боковые поверхности выемок могут быть либо в виде вертикальных стенок, либо в виде наклонных откосов. Линия, образованная пересечением плоскости откоса и дна

Рис. 4.2. Элементы профиля выемки: 1 – дно,

2 – боковая поверхность

Рис. 4.3. Основные элементы насыпи:

1 – подошва насыпи; 2 – основание откоса; 3 – откос; 4 – бровка откоса

выемки (подошвы насыпи), называется основанием откоса. Линия, образованная пересечением плоскости откоса и поверхностью земли (верхней плоскостью насыпи) –бровкой откоса. Для снижения нагрузки на основание откоса (увеличения его устойчивости) в откосе устраивают горизонтальную ступеньку, называемуюбермой(рис. 4.4, 4.5). Поверхностные воды отводятся от земляных сооружений с помощью водоотводных (у насыпи) и нагорных (у выемки) канав.

Рис. 4.4. Поперечное сечение глубокой постоянной выемки:

1 – дно выемки; 2 – основание откоса; 3 – откос; 4 – бровка откоса; 5(6) – кавальер;

7 – банкет; 8 – нагорная канава; 9 - берма

Рис. 4.5. Поперечное сечение высокой насыпи:

1 – подошва насыпи; 2 – основание откоса; 3 – откос;

4 – бровка откоса; 5 – берма; 6 –водоотводная канава

От попадания воды в выемку он защищается также банкетом– невысоким земляным валиком, отсыпаемым вдоль бровки выемки.

Земляные работы представляют собой комплекс процессов основных (разработка грунта, его перемещение и укладка), подготовительных и вспомогательных. Подготовительные процессы, осуществляемые до начала разработки грунта (устройство водоотвода, понижение уровня грунтовых вод, искусственное закрепление слабых грунтов) рассмотрено ранее. Вспомогательные процессы осуществляются либо до либо в процессе возведения земляных сооружений.

В частности к вспомогательным работам относится устройство временных креплений котлованов и траншей. Как правило, крепление производят при ведении работ в стесненных условия или при наличии грунтовых вод или в других сложных гидрогеологических условиях. Необходимость крепления устанавливается проектом. Устройство креплений вертикальных стенок траншей и котлованов требует значительных затрат ручного туда, поэтому крепления производят только в том случае, когда это экономически целесообразно или когда не представляется возможным устройство безопасных откосов.

В зависимости от вида грунта, ширины и глубины выемок и сроков службы применяют различные типы креплений. Для узких траншей глубиной 2-4 м в сухих грунтах используют горизонтально-рамное крепление (рис. 4.6).

Стойки устанавливают по длине траншеи на расстоянии 1,5-1,7 м одна от другой, а распорки – через 0,6-0,7 м по высоте.

Рис. 4.6. Временное крепление вертикальных стенок выемок:

а - анкерное; б – подкосное; в – горизонтально-рамное;

г – консольное.

1 – стойка; 2 – распорка; 3 – щиты (сплошные или разреженные);

4 – анкер; 5 – стяжка; 6 – подкос

В тех случаях, когда исключается возможность установки распорок (например, при разработке широких котлованов, или необходимости ведения в траншеях работ, которым помешают распорки, например, укладка труб), применяют анкерные, подкосные или консольные крепления, а также различные их сочетания (консольно-анкерные, консольно-подкосные).

Крепление вертикальных стенок траншей глубиной до 3 м должно быть, как правило, инвентарным (сборные щиты, объединенные со стойками, металлические распорки, в том числе телескопические, объемные переставные блоки и т.д.).

Разработка траншей с вертикальными стенками без временного крепления разрешается нормами при отсутствии грунтовых вод в грунтах естественной влажности при глубине траншеи не более 1 м в песчаных и гравелистых грунтах, не более 1,25 м – в супесях, не более 1,5 м –- в глинах, не более 2 м – в особо плотных нескальных грунтах. Разработка таких же траншей роторными или траншейными экскаваторами в связных грунтах (суглинки, глины) без временного крепления допускается на глубину до 3 м.

Выемки, разрабатываемые в сложных гидрогеологических условиях (сыпучие и неустойчивые грунты, сильный приток грунтовых вод и т. д.), крепят сплошным шпунтовым ограждением, которое забивается по периметру выемки до начала разработки грунта. В качестве шпунта используют деревянные пластины (доски, брусья) или стальной прокат специального профиля. Поверху шпунт может распираться отдельными распорками или распорной рамой, если позволяет геометрия выемки и условия производства работ в нем.

В строительном комплексе более 30% рабочих занято выполнением земляных работ, в том числе около 10% – на строительно-монтажных работах и 20% – на эксплуатации строительных машин.

Разработку грунтов в строительстве ведут ручным, механизированным, гидравлическим и взрывным способами. Кроме того, в ряде случаев грунт либо в сочетании с основными методами, либо самостоятельно перерабатывают методам вытрамбовывания и бурения. 95% всех земляных работ выполняется механизированным способом, поэтому мы рассмотрим только его.