Земляные работы и устройство фундаментов на нулевом цикле

- разработка траншей и котлованов;

- строительство подземной части зданий и сооружений, включая устройство фундаментов, стены перекрытий подвалов, кладку фундаментов под оборудование, монтаж подвальных лестниц, приямков, гидроизоляцию и т. д.;

- прокладка подземных коммуникаций: водопровода, канализации, теплосети, электроснабжения, телефонных линий, газопровода с устройством выпусков из зданий.

Отделочные, санитарно-технические и электромонтажные работы в подвалах зданий выполняются вместе с аналогичными работами при возведении надземной части здания.

Строительный "нулевой цикл" начинается с выполнения земляных работ: разбивки и рытья траншей и котлованов для устройства фундаментов, прокладки трубопроводов и кабельной сети, транспортирования грунта (погрузка, перемещение, выгрузка), обратной засыпки и устройства насыпи с уплотнением.

Земляные работы трудоемки, как правило, должны выполняться механизированным способом. Ручная разработка грунта допускается при наличии особых условий (рытье в местах с наличием проложенных подземных коммуникаций, ограниченной маневренности машин и т. п.). В зависимости от вида строительства удельный вес земляных работ в общей трудоемкости строительных работ на объекте составляет от 5 до 15%.

Разработка траншей и котлованов

Рис.1. Устройство обноски на трассе трубопровода

1 - колодцы, 2 - полка, 3 - неподвижные визирки, 4 - отвес, 5 - подвижная визирка, 6 - причалка, 7 - линия визирования, 8 - обноска

На обноске над центром колодца забивают гвоздь, а к середине обноски прибивают горизонтальную планку-полку и рядом с ней постоянную визирку. Положение верхних граней полки и визирки определяют по нивелиру, руководствуясь продольным профилем трассы трубопровода. Для придания дну траншеи проектных уклонов производят визирование, пользуясь неподвижной и перемещаемой визирками. Длина подвижной визирки равна расстоянию от верхнего ребра неподвижной визирки до проектной отметки дна траншеи и принимается кратной 0,5 м (2; 2,5; 3; 3,5 м и т. д.). Подвижная визирка перемещается по проволоке, натянутой на обноске по оси трубопровода между двумя колодцами, при этом линия визирования проходит через верхние грани неподвижной и подвижной визирок. Руководствуясь положением нижней части подвижной визирки, производят окончательную зачистку и контроль уклонов дна отрытой траншеи.

Разбивка выемок и насыпей обозначается на местности вехами и кольями оси сооружения, ширины выемки поверху и насыпи понизу, высоты насыпи, глубины выемки и откосов. Все разбивочные знаки (створные вехи, сторожки) закрепляют кольями, которые забивают с одной стороны сооружения на определенном расстоянии от основных разбивочных знаков (рис.2). Для обозначения откосов выемок и насыпей применяют переносные шаблоны, высоту насыпи обозначают высотниками.

На производство земляных работ большое влияние оказывают физико-механические свойства грунтов: средняя плотность, влажность, сила внутреннего сцепления частиц, разрыхляемость.

Различают следующие виды фунтов.

Пески - сыпучая смесь зерен кварца и других минералов крупностью 0,25...2 мм, образовавшаяся в результате выветривания горных пород.

Супески - пески с примесью 5... 10% глины.

Гравий - горные породы, состоящие из отдельных скатанных зерен диаметром 2...40 мм, иногда с некоторой примесью глинистых частиц.

Глины - горные породы, состоящие из чрезвычайно мелких частиц (менее 0,005 мм), с небольшой примесью мелких песчаных частиц.

Рис.2. Разбивочные знаки земляных сооружений большой протяженности

1 - вехи с планками для обозначения размеров в плане выемки и отвала, 2- веха для обозначения оси отвала, 3 - шаблон, 4 - проектный откос, 5 - откосники, 6 - высотник (установлен в стороне от насыпи)

Суглинки - пески, содержащие 10...30% глины. Суглинки делятся на легкие, средние и тяжелые.

Лёссовидные грунты - содержат более 50% пылевидных частиц при незначительном содержании глинистых и известковых частиц. Лёссовидные грунты при наличии воды размокают и теряют устойчивость.

Плывуны - песчано-глинистые грунты, сильно насыщенные водой.

Растительные грунты - различные почвы с примесью 1...20% перегноя.

Скальные грунты - состоят из твердых горных пород.

Грунты в зависимости от трудности и способа их разработки делятся на категории (табл.1).

Таблица 1

Категории и способы разработки грунтов

При разработке грунт разрыхляется и увеличивается в объеме. Объем насыпи будет больше объема выемки, из которой грунт взят. Грунт в насыпи под действием собственного веса или механического воздействия уплотняется постепенно, поэтому различны значения первоначального процента увеличения объема (разрыхления) и процента остаточного разрыхления после осадки грунта (табл.2).

Таблица 2

Увеличение объема грунта при разрыхлении

При разработке и усадке разрыхленного грунта выемки и насыпи образуют естественные откосы различной крутизны. Наибольшую крутизну откосов траншей и котлованов, устраиваемых без креплений, следует принимать согласно табл.3. При обеспечении естественной крутизны откосов обеспечивается устойчивость земляных насыпей и выемок.

Рытье котлованов, траншей, дорожных выемок, каналов, устройство насыпей состоит из рабочих процессов:

- копание и выгрузка грунта на бровку выемки и транспортные средства;

- транспортирование фунта в отвал или насыпь;

- разравнивание и уплотнение грунта на месте выгрузки;

- отделка откосов, подчистка и планировка дна.

Выполняют эти работы комплекты машин - экскаваторы, скреперы, бульдозеры, тракторы с прицепами, автомобили-самосвалы и др.

При ручной разработке траншеи землекоп может выбрасывать грунт на бровку с глубины до 1,5 м. Для подъема грунта с большей глубины при ручной разработке применяют средства малой механизации - краны, подъемники-транспортеры различного типа.

Рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками без крепления может выполняться в песчаных и крупнообломочных грунтах на глубину 1 м, в супесях - 1,25 м, в суглинках и глинах - 1,5 м и очень прочных суглинках и глинах - 2 м.

При необходимости работы людей в траншее с вертикальными стенками наименьшее расстояние в свету между боковыми поверхностями или щитами крепления должно быть не менее 0,7 м.

При обратной засыпке траншей и котлованов крепления должны быть разобраны. Разработка грунта в траншеях и котлованах в случае пересечения ими любых подземных коммуникаций допускается лишь при наличии письменного разрешения эксплуатирующей организации, при этом в непосредственной близости коммуникаций грунт должен разрабатываться вручную (1 м над трубой, кабелем и т. п.). При неожиданном (не обозначенном в проекте) обнаружении подземных коммуникаций земляные работы необходимо приостановить и вызвать на место представителей соответствующих эксплуатирующих организаций.

Укрепление грунтов

Наиболее простыми и надежными способами укрепления грунтов являются цементация, силикатизация и электросиликатизация.

Силикатизация фунтов выполняется однорастворным (силикат натрия - жидкое стекло, алюминат натрия) или двухрастворным (жидкое стекло и хлористый кальций) составами, нагнетаемыми через инъекторы (перфорированные трубы диаметром 19...38 мм и длиной 1 м) под давлением 0,3...0,6 МПа (3...6 атм). Силикатизацией закрепляют мелкие и пылеватые пески, плывуны и лёсс. Радиус закрепления фунтов вокруг одного инъектора примерно 0,3... 1 м.

При электросиликатизации - пропускании через инъекторы (как электроды) постоянного тока - ускоряются в 4...20 раз темпы работ и повышается их качество. Особенно эффективен метод электросиликатизации для закрепления грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут.

Однорастворную силикатизацию применяют для грунтов при содержании солей кальция и магния более 0,6 мг-экв, при меньшем содержании этих солей в грунте необходимо использовать двухрастворный состав. При двухрастворном закреплении грунтов каждый из растворов последовательно нагнетается отдельным насосом (типа НС-3 или ручным ГН-200 и т. п.). Инъекторы забивают в фунт с помощью пневматических молотков или механических копров, а извлекают из грунта лебедкой, копром или домкратом грузоподъемностью 5... 10 т.

Цементация грунтов (преимущественно песчано-гравийных) производится инъекторами из стальных труб диаметром 25...75 мм, при этом изготавливают звенья длиной 1...1,5 м, которые соединяют муфтами по мере погружения труб в грунт. Обычно раствор готовят на цементах марки 400 при соотношении 0,8 (вода): 1 (цемент). Расход раствора составляет 0,2...0,4 м на 1 м укрепляемого грунта. После извлечения инъекторов из грунта скважину заливают цементным раствором. Возможно также использование цементно-глинопесчаных растворов: 1 (цемент): 1 (глина): 1 (песок): 4 (вода).

Свайные работы

В плане сваи располагают полями - в несколько рядов или в шахматном порядке, кустами - группами из нескольких свай, рядами, сплошными шпунтовыми рядами. В грунт сваи забиваются вертикально (вертикальные сваи) и наклонно под некоторым углом (наклонные сваи). Верх свай срезают под один уровень и соединяют между собой ростверком, принимающим на себя нагрузку от зданий и сооружений, равномерно распределяя ее на сваи.

Размещение, тип, размер, глубина и способы погружения свай указываются в проектах. Сваи различают по способу изготовления, материалу, форме поперечного и продольного сечений и способу погружения (рис.3).

Рис.3. Виды свай

а - деревянная, б - железобетонная сплошного сечения, в - железобетонная полая, г - стальная винтовая, д - набивная бетонная в процессе изготовления 1 - бетон, 2 - стальная труба, 3 - верх бетона

Деревянные сваи изготавливают из хвойных пород - сосны, кедра, лиственницы, иногда используется дуб. Нижний конец сваи заостряется на длину, равную 1,5...2 диаметрам бревна, и на него надевается стальной башмак, предохраняющий заостренный конец сваи от разрушения во время забивки. На верхний конец сваи надевается стальное кольцо - бугель, предохраняющий от раскалывания и размочаливания древесину сваи при ударах молотом. Деревянные сваи применяют длиной 4,5... 16 м с диаметром в тонком конце не менее 18 см.

Железобетонные сваи чаще всего бывают сплошные квадратного сечения 30 х 30 и 40 х 40 см, длиной 3...60 м с заостренным концом и стальным башмаком или обоймой (табл.3).

Таблица 3

Размеры железобетонных свай

Полые железобетонные сваи круглого сечения - сваи-оболочки диаметром 40...60 см состоят из звеньев длиной 4, 6, 8, 10, 12 м, которые на месте соединяют болтами или с помощью сварки. Нижние звенья имеют наконечник, а верхнюю часть сваи-оболочки заполняют бетоном.

Металлические сваи изготавливают из проката разного профиля - двутавра, швеллера, рельсов, а также из труб. Трубчатые стальные сваи используют диаметром 30...60 см, при необходимости заполняют бетоном, превращая их в трубобетонные сваи. Трубчатые металлические сваи в сравнении с железобетонными имеют преимущества - сравнительно небольшой вес (в 3 раза меньше при той же длине), большие жесткость и прочность, неограниченная глубина забивки (производят отдельными звеньями, соединяемыми муфтами или электросваркой). Винтовые сваи представляют собой металлические трубы диаметром до 1 м и железобетонные стволы сплошного сечения, снабженные винтовой полостью для завинчивания в грунт. По сравнению с другими видами свай они обладают большей несущей способностью, заменяя от 4 до 10 железобетонных свай.

Шпунт стальной, деревянный и железобетонный применяют для устройства ограждений стенок глубоких котлованов и перемычек, в гидротехническом строительстве, при сооружении набережных и причалов. Для соединения отдельных шпунтин и образования сплошной стенки на обеих кромках каждой шпунтовой сваи делают замки различной формы.

Стальной шпунт представляет собой пластины плоской, корытообразной и зетовой формы (табл.6) длиной 12...25 м (рис.4).

Деревянный шпунт применяется при глубине забивки не более 3 м, изготавливается из чисто обрезных досок толщиной не менее 4 см.

Железобетонный шпунт выполняют прямоугольного сечения с пазом и гребнем трапецеидальной или полукруглой формы.

Рис.4. Профили стальных шпунтов

а - плоский ШП, б - корытный ШК, в - Ларсен (Л)

Набивные сваи делают в металлической оболочке - обсадной трубе или в предварительно пробуренные скважины с заполнением их бетоном. Иногда устанавливают металлический каркас и укладывают бетонную смесь или заполняют грунтом скважины, получая железобетонные и фунтовые сваи. Набивные сваи могут изготавливаться с уширенным основанием. При устройстве набивных свай устраняются сотрясения грунта, имеющиеся при забивке свай, поэтому такие сваи можно применять возле существующих сооружений и для усиления фундаментов. Недостаток набивных свай: при твердении уложенной бетонной смеси в присутствии грунтовых вод может снижаться прочность бетона; невозможность загружать набивные сваи непосредственно после изготовления.

Таблица 4

Стальной шпунт

Готовые сваи погружаются в грунт ударами молота по свае, вибрационным воздействием или вдавливанием. Выбор механизма для погружения свай зависит от типа свай, их веса, количества, сроков забивки и наличия средств механизации.

Перед забивкой свай и шпунтов или бурением скважин для набивных свай производится разбивка их расположений на местности, которая осуществляется геодезическими инструментами или простым провешиванием с применением вешек, рулеток, отвеса и обносок. На обноску выносят оси продольных и поперечных рядов свай и закрепляют их на обноске гвоздями или зарубками. По осям каждого ряда натягивают тонкую проволоку, образующую сетку осей свайного основания. Опуская отвес в местах пересечения проволоки, переносят на местность центры каждой сваи, в которые вбиваются колышки с надписью номера сваи.

Процесс забивки и погружения свай в грунт состоит из трех операций:

- перемещение копра или крана к месту забивки сваи,

- подъем и установка сваи,

- погружение сваи в грунт.

Забивка или вибропогружение сваи занимает 20...30% времени от всего цикла, а остальное время затрачивается на передвижку копра и установку сваи. Забивка свай ведется в определенной последовательности, устанавливаемой проектом производства работ.

В зависимости от свойств грунтов применяют следующие схемы забивки свай: рядовую, спиральную - от середины к периметру и секционную (рис.5).

Рядовая схема применяется в несвязных грунтах, сваи забивают последовательно в каждом ряду. Применение такой схемы в связных грунтах может вызвать неравномерное напряжение в грунте и осадку сооружения.

Рис.5. Последовательность забивки свай

а - рядовая, б - спиральная, в - секционная

По спиральной схеме от середины к периметру ведут забивку свай в слабосжимаемых грунтах, при этом сваи средних рядов испытывают меньшее сопротивление, чем при забивке в первую очередь свай внешних рядов.

Секционная схема применяется при забивке свай в связных грунтах. Вначале забивают сваи в отдельных рядах секции с пропуском соседних рядов, затем в пропущенных рядах, чем достигается более равномерное нарушение структуры грунта на всей площади свайного поля. Для ускорения и облегчения погружения сваи (шпунта) в песчаных и гравелистых грунтах может применяться подмыв. К острию сваи с внешней стороны по двум-трем трубкам под напором подается вода, которая разрыхляет и насыщает водой грунт, и свая легче и быстрее погружается в него. Необходимый напор и расход воды, количество и диаметр подмывных труб зависят от вида грунта, поперечного сечения сваи и глубины погружения и должны указываться в проекте производства работ.

Ориентировочно для погружения сваи диаметром 40...50 см на глубину 8...16 м в илисто-глинистые грунты расходуется 900...1400 л воды в минуту. После прекращения подачи воды грунт уплотняется и хорошо обжимает сваю.

При наличии на территории строительства высоких грунтовых вод или заболоченных мест необходимо произвести водоотвод, водоотлив или водопонижение в зависимости от интенсивности притока воды. Водоотвод осуществляют системой открытых лотков или закладкой дренажа, укладывая на дно траншей и котлованов дренирующие материалы - песок, гравий, щебень, гальку и керамические или бетонные трубы диаметром 125...300 мм с зазорами в стыках.

Водоотлив применяют, когда в отрытых выемках приток воды мешает производству работ. Для отлива воды применяют насосы - центробежные, винтовые, диафрагмовые и поршневые. Наибольшее применение имеют насосы центробежные типа С-374, С-665, С-666 с подачей до 120 м/ч, высотой подъема 9...20 м и высотой всасывания 6 м при массе насосов 86...290 кг.

Водопонижение на глубину до 6 м можно осуществлять иглофильтровыми установками, которые состоят из ряда эжекторных иглофильтров, погружаемых в грунт. Иглофильтры объединяют водосборным коллектором, подсоединяемым к насосу. Водопонижение применяют при краткосрочных работах по укладке трубопроводов в траншеях и возведении фундаментов.

Машины и механизмы для земляных и свайных работ

Землеройно-транспортные машины применяют для послойного снятия грунта, транспортировки его и выгрузки в насыпь или отвал. К таким машинам относят бульдозеры и скреперы различных типов. Бульдозеры широко применяются в строительстве при снятии верхнего слоя грунта и планировке местности, рытье неглубоких котлованов, засыпке котлованов и траншей после укладки трубопроводов, возведении фундаментов, уборке строительного мусора и т. д.

Скреперы колесные прицепные к тракторам в основном применяют в гидротехническом строительстве при устройстве выемок, подсыпок, планировке местности транспортировке грунта на расстояние до 200...400 м. Для больших выемок и дальних перемещений грунта используются самоходные автоскреперы.

Экскаваторы одноковшовые являются основными землеройными машинами, бывают на гусеничном и пневмоколесном ходу со сменным рабочим оборудованием - прямой или обратной лопатой, драглайном или грейфером (см. табл.5).

Экскаваторы с прямой лопатой применяют для разработки фунта с погрузкой на транспорт и реже для отсыпки грунта, при этом забой должен располагаться выше уровня стоянки экскаватора, а транспорт на одном или несколько выше уровне экскаватора.

Экскаватор с обратной лопатой применяют для разработки котлованов и траншей, при этом забой должен быть ниже уровня стоянки экскаватора, а транспорт на уровне стоянки.

Драглайн и грейфер как сменное оборудование могут использоваться на экскаваторах с прямой и обратной лопатой путем установки удлиненной стрелы и специальных ковшов. Экскаватор-драглайн применяют для разработок, требующих большого радиуса действия, глубоких выемок, с извлечением грунта из-под воды, при этом транспорт располагается на уровне стоянки.

На экскаватор-грейфер подвешивается специальный ковш, состоящий из двух или более челюстей, смыкающихся и размыкающихся с помощью системы тросов. Ковш в раскрытом состоянии опускается на грунт и врезается в него, посредством сжимания челюстей ковш наполняется и поднимается, экскаватор поворачивается для выгрузки, разгруженный ковш возвращается в начальное положение.

Экскаватор-грейфер применяют для разработки глубоких малого сечения котлованов, извлечения грунта из-под воды, погрузки и разгрузки песка, гравия, щебня.

Одноковшовые экскаваторы могут оснащаться дополнительным навесным оборудованием: захватом корчевателя для корчевки пней, трамбовкой, дизель-молотом для рыхления мерзлого грунта, клин-бабой, направляющими копра для забивки свай, стрелой с крюком для подъема грузов и др.

Таблица 5

Машины для земляных работ

Роторные экскаваторы по сравнению с цепными многоковшовыми экскаваторами более долговечны и производительны.

Бурильные машины навесные на автомобили и тракторы применяют для копания ям под столбовые фундаменты, столбы линий связи, заборов и др. Катки для уплотнения грунта бывают гладкие, кулачковые, с падающими грузами, вибрационные, пневмоколесные и комбинированные. Уплотнение грунта повышает устойчивость земляных сооружений, уменьшает их осадку и увеличивает водонепроницаемость.

При уплотнении грунта необходимо соблюдать следующие требования:

- уплотнение вести проходками вдоль оси насыпи, начиная от бровки по направлению к середине,

- край вальца катка должен быть не ближе 0,3 м от бровки во избежание обрушения откосов,

- каждый слой грунта должен уплотняться одинаковым количеством проходок,

- каждая проходка должна перекрывать след предыдущих на 10...15 см.

По эффективности работы и глубине уплотнения грунта трехтонный виброкаток равноценен катку со статической массой 25 т. Кроме катков для уплотнения грунтов применяют трамбовочные плиты (грузы) и машины.

Рис.6. Копер для дизель-молота

Наиболее удобно использовать краны-копры - обычные подъемные краны (предпочтительно гусеничные) с подвесными стрелами копра, к крюку крана подвешивают сваебойный механизм.

Для обсл

Источник: http://www.constructionlinks.ru