Здесь освещены основные вопросы технологии строительства. Представлены главные этапы строительного производства: геодезические работы, земляные сооружения с учетом видов грунтов, каменные и гидроизоляционные работы, бетонные и железобетонные конструкции, а также монтаж строительных конструкций.
1. Геодезическое обеспечение строительно-монтажных работ
Разбивка земляных сооружений и закрепление их на местности
При разбивке земляных сооружений и закреплении их на местности исходят из генерального плана строительной площадки, архитектурно-строительных рабочих чертежей и разбивочных чертежей. В населенных пунктах проектируемые здания и сооружения привязывают к красным линиям. Геодезическая разбивка при устройстве котлованов и траншей до начала работ на стройплощадке производится построением в натуре основных осей зданий или сооружения и закрепления реперов вне зоны земляных работ.
При устройстве котлованов разбивку начинают с выноса и закрепления на местности створными знаками основных разбивочных осей; в качестве основных разбивочных осей согласно разбивочным чертежам принимают взаимно перпендикулярные или центральные оси здания. Затем вокруг будущего котлована на расстоянии 2-3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливают обноску из забитых в грунт деревянных или металлических стоек и прикрепленных к ним досок. Верхнюю грань досок устанавливают по нивелиру, по возможности на уровне нулевой отметки, после чего на обноску наносят оси и нумеруют их. Размеры котлована поверху, понизу и другие характерные его точки отмечают колышками или вехами.
При устройстве котлованов производится проверка геодезических данных по рабочим чертежам проекта, разбивка и закрепление в натуре контуров котлована, нивелирование дневной поверхности в пределах контура котлована, передача разбивочных осей и отметок на дно котлована, периодические исполнительные съемки для подсчета объемов земляных масс, окончательная плановая и высотная исполнительные съемки открытого котлована.
По мере углубления котлована его глубина проверяется с помощью визирок от нулевого горизонта. При вынесении точек в глубокий котлован на его дне закладывают геодезические знаки, на которые передают отметку с рабочего репера, находящегося на поверхности земли. Для этого на бровке устраивают приспособление из наклонного бруса или кронштейна, к которому прикрепляют стальную рулетку. Нулевой конец рулетки с подвешенным десятикилограммовым грузом погружают в сосуд, наполненный жидкостью (летом — водой, зимой — керосином или соляркой). Отметку передают с помощью двух нивелиров, один из которых устанавливают на бровке, а другой — на дне котлована. Рабочие высоты выемки котлована производятся техническим нивелированием. После зачистки откосов и дна котлована производится исполнительная съемка, как в плане, так и по высоте. В данном случае плановая съемка производится путем промеров с помощью стальной рулетки от разбивочных осей здания, которые закрепляются стальной проволокой, натянутой между конечными осевыми знаками.
При устройстве котлованов разбивку начинают с выноса и закрепления на местности створными знаками основных разбивочных осей; в качестве основных разбивочных осей согласно разбивочным чертежам принимают взаимно перпендикулярные или центральные оси здания. Затем вокруг будущего котлована на расстоянии 2-3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливают обноску из забитых в грунт деревянных или металлических стоек и прикрепленных к ним досок. Верхнюю грань досок устанавливают по нивелиру, по возможности на уровне нулевой отметки, после чего на обноску наносят оси и нумеруют их. Размеры котлована поверху, понизу и другие характерные его точки отмечают колышками или вехами.
При устройстве котлованов производится проверка геодезических данных по рабочим чертежам проекта, разбивка и закрепление в натуре контуров котлована, нивелирование дневной поверхности в пределах контура котлована, передача разбивочных осей и отметок на дно котлована, периодические исполнительные съемки для подсчета объемов земляных масс, окончательная плановая и высотная исполнительные съемки открытого котлована.
По мере углубления котлована его глубина проверяется с помощью визирок от нулевого горизонта. При вынесении точек в глубокий котлован на его дне закладывают геодезические знаки, на которые передают отметку с рабочего репера, находящегося на поверхности земли. Для этого на бровке устраивают приспособление из наклонного бруса или кронштейна, к которому прикрепляют стальную рулетку. Нулевой конец рулетки с подвешенным десятикилограммовым грузом погружают в сосуд, наполненный жидкостью (летом — водой, зимой — керосином или соляркой). Отметку передают с помощью двух нивелиров, один из которых устанавливают на бровке, а другой — на дне котлована. Рабочие высоты выемки котлована производятся техническим нивелированием. После зачистки откосов и дна котлована производится исполнительная съемка, как в плане, так и по высоте. В данном случае плановая съемка производится путем промеров с помощью стальной рулетки от разбивочных осей здания, которые закрепляются стальной проволокой, натянутой между конечными осевыми знаками.
Рис. 1 - Разбивка осей траншеи и перенос отметок на ее дно:
1 — визирка постоянная; 2 — визирка ходовая; 3 — обноска
Геодезическое обеспечение работ по прокладке подземных сетей производят в следующем порядке: разбивают оси и закрепляют на них углы поворота и характерные основные точки (камеры, колодцы и т. п.); оси закрепляют обносками с последующим натяжением стальной проволоки; отвесами переносят на дно траншей ось прокладываемой коммуникации. Прокладку инженерных сетей начинают с пониженных точек для обеспечения стока воды по открытой траншее. Контроль за отрывкой траншеи ведут методом ходовой визирки. Для этого с помощью нивелира и рейки к обноске на определенной высоте прикрепляют две постоянные визирки так, чтобы верхняя грань давала прямую линию, параллельную линии уклона траншеи, а между постоянными визирками можно было перемещать ходовую визирку (рис. 1).
Для линейно-протяженных сооружений (например, для коллектора) устраивают только поперечные обноски, которые располагают на прямых участках через 50 м, на закруглениях — через 20 м. Обноску устраивают также на всех пикетах и точках перелома профиля.
Разбивка котлованов под столбчатые фундаменты ведется по разбивочным основным и вспомогательным осям, в створе которых намечаются центры столбчатых фундаментов. От центров фундаментов производится разбивка контура котлована.
При разбивке траншей под ленточные фундаменты от основных осей здания вправо и влево откладываются величины, указанные на рабочих чертежах, которые в сумме составляют ширину подошвы фундамента. При устройстве ленточных фундаментов ступенчатого типа ширина траншеи должна быть равной ширине фундамента плюс некоторая величина для установки опалубки, которая согласовывается с автором проекта.
Строительная обноска необходима для детальной разбивки осей здания и их закрепления. Разметку стоек производят так, чтобы ни одна из них не попала на разбиваемую ось. Для устройства обноски провешивают с помощью теодолита линии, строго параллельные основным осям, образующим внешний контур здания. Перенос осей на обноску производится от закрепленных на местности осевых знаков.
Разбивка оси проверяется и принимается по акту. Отклонение габаритных размеров здания по строительной обноске не должно превышать 5 мм для размеров до 10 м и 20 мм при размерах здания до 100 м и более.
Разбивка котлованов под столбчатые фундаменты ведется по разбивочным основным и вспомогательным осям, в створе которых намечаются центры столбчатых фундаментов. От центров фундаментов производится разбивка контура котлована.
При разбивке траншей под ленточные фундаменты от основных осей здания вправо и влево откладываются величины, указанные на рабочих чертежах, которые в сумме составляют ширину подошвы фундамента. При устройстве ленточных фундаментов ступенчатого типа ширина траншеи должна быть равной ширине фундамента плюс некоторая величина для установки опалубки, которая согласовывается с автором проекта.
Строительная обноска необходима для детальной разбивки осей здания и их закрепления. Разметку стоек производят так, чтобы ни одна из них не попала на разбиваемую ось. Для устройства обноски провешивают с помощью теодолита линии, строго параллельные основным осям, образующим внешний контур здания. Перенос осей на обноску производится от закрепленных на местности осевых знаков.
Рис. 2 - Деревянная одноразовая строительная обноска
Обноска используется только в начальный период строительства, поскольку она быстро выходит из строя. Материалом для стоек обноски служит подтоварник. К стойкам с внешней стороны прибивают доски толщиной 30-40 мм. Верхнюю кромку досок остругивают и нивелируют в одной горизонтальной плоскости — условном нулевом горизонте. Обноска может быть сплошной или прерывистой (в виде скамеек). Для пропуска транспорта в обноске должны быть разрывы. Иногда применяется инвентарная металлическая обноска. В любом случае после возведения подземной части здания основные разбивочные оси здания переносят на его цоколь, используя их в дальнейшем для переноса разбивочных осей на этажи здания.
2. Перенос осей и отметок на этажи здания
Число опорных точек, передаваемых на этаж, устанавливают в зависимости от размеров здания в плане и организации строительно-монтажных работ, но их должно быть не менее трех. При переносе осей на монтажный горизонт применяется метод вертикальной плоскости, при этом теодолит устанавливают точно в створе данной разбивочной оси и трубу его ориентируют на риску, нанесенную на цоколе здания. Примерно в створе этой же оси на перекрытии данного этажа устанавливают треногу с отвесом. Трубу теодолита вращают в горизонтальной плоскости до тех пор, пока нить отвеса не попадет в поле зрения трубы. После этого трубу закрепляют в вертикальной плоскости и в заданный створ вводят визирную цель (нить отвеса), которая и фиксирует положение разбивочной оси на перекрытии.
При передаче отметок на этажи пользуются рейками или подвесными рулетками, а наблюдение ведут одновременно двумя нивелирами — на дневной поверхности и на монтажном горизонте. Геодезические разбивочные работы на этажах заключаются в построении установочных рисок, фиксирующих плановое или высотное проектное положение конструкций или их элементов. При детальной разбивке осей створ разбивочной оси на типовом этаже крупнопанельного здания фиксируют в пространстве стальной проволокой или леской, при этом на этажах, разбивают не сами оси, а линии, им параллельные, смещенные в зависимости от конструкций здания и толщины стеновых панелей. При применении для монтажа групповых кондукторов на монтажный горизонт передают только продольную среднюю и одну поперечную оси для установки кондуктора.
Перед началом монтажа стеновых панелей в жилых зданиях определяется монтажный горизонт для данного этажа — отметка установки низа стеновых панелей. За монтажный горизонт принимают уровень, превышающий наименьшую отметку верха панелей предыдущего этажа не более чем на 10 мм; при этом общая толщина горизонтального шва не должна превышать 30 мм. Это обусловлено тем, что подрубка конструкций невозможна, а подливка бетонным раствором или металлические прокладки допускаются к применению для выравнивания высотного положения опорных плоскостей элементов и конструкций. Монтажный горизонт для домов протяженностью менее 100 м устанавливают единым на весь дом; при протяженности домов более 100 м монтажный горизонт устанавливают единым на участке между температурными швами. Монтажный горизонт определяют по результатам нивелирования от рабочих реперов разбивочной основы, создаваемой на перекрытии этажа. После этого устанавливают маяки на местах монтажа панелей (по два маяка на каждую панель) в соответствии с высотой монтажного горизонта в заданных точках.
При передаче отметок на этажи пользуются рейками или подвесными рулетками, а наблюдение ведут одновременно двумя нивелирами — на дневной поверхности и на монтажном горизонте. Геодезические разбивочные работы на этажах заключаются в построении установочных рисок, фиксирующих плановое или высотное проектное положение конструкций или их элементов. При детальной разбивке осей створ разбивочной оси на типовом этаже крупнопанельного здания фиксируют в пространстве стальной проволокой или леской, при этом на этажах, разбивают не сами оси, а линии, им параллельные, смещенные в зависимости от конструкций здания и толщины стеновых панелей. При применении для монтажа групповых кондукторов на монтажный горизонт передают только продольную среднюю и одну поперечную оси для установки кондуктора.
Перед началом монтажа стеновых панелей в жилых зданиях определяется монтажный горизонт для данного этажа — отметка установки низа стеновых панелей. За монтажный горизонт принимают уровень, превышающий наименьшую отметку верха панелей предыдущего этажа не более чем на 10 мм; при этом общая толщина горизонтального шва не должна превышать 30 мм. Это обусловлено тем, что подрубка конструкций невозможна, а подливка бетонным раствором или металлические прокладки допускаются к применению для выравнивания высотного положения опорных плоскостей элементов и конструкций. Монтажный горизонт для домов протяженностью менее 100 м устанавливают единым на весь дом; при протяженности домов более 100 м монтажный горизонт устанавливают единым на участке между температурными швами. Монтажный горизонт определяют по результатам нивелирования от рабочих реперов разбивочной основы, создаваемой на перекрытии этажа. После этого устанавливают маяки на местах монтажа панелей (по два маяка на каждую панель) в соответствии с высотой монтажного горизонта в заданных точках.
Применение сборных железобетонных конструкций для строительства многоэтажных зданий дало возможность отказаться от передачи проектной отметки на вышерасположенные конструкции: проектная отметка разбивочного горизонта получается как сумма размеров нижеустановленных конструкций, начиная от фундамента. Наиболее удобным и простым в практике геодезического обслуживания строительства является способ проектирования разбивочного горизонта по максимальной отметке. При этом после нивелирной съемки вертикальных элементов законченного этажа составляют ведомость действительных отметок. Из ведомости выбирают наибольшую отметку Нмакс, которую считают исходной. Все остальные отметки элементов Н1, 2, ... приводят к максимальной отметке Н. Таким образом, определив максимальную отметку, находят отклонение от нее всех остальных отметок.
H = Hмакс - H1, 2, ...
В этом случае все отклонения Н имеют знак минус, следовательно, для построения разбивочного горизонта, например, в каркасных зданиях, на оголовки колонн укладывают пакеты металлических пластин, толщина которых диктуется величиной Н. Данный способ построения разбивочного горизонта широко применяется в строительстве ввиду того, что из-за больших погрешностей в длине железобетонных элементов отметки их значительно отклоняются от проектного значения разбивочного горизонта. Если разбивочный горизонт приводить к проектному значению, то из-за погрешностей в длине колонн действительные отметки оголовков колонн будут иметь положительные и отрицательные отклонения; положительные же отклонения очень опасны. Если эти отклонения по величине недопустимы, то это вызывает необходимость подрубки оголовков колонн. Однако подрубка железобетонных изделий запрещена, так как при этом нарушается прочность узлов сопряжения. Поэтому положительные отклонения значительной величины являются наиболее опасными и при проектировании разбивочных горизонтов они должны быть сведены к минимуму. При отклонениях от проекта по вертикали, при построении разбивочного горизонта подкладывают металлические прокладки или бетонные маяки.
3. Геодезический контроль
Геодезический контроль положения конструкций в плане заключается в определении действительного положения продольных и поперечных осей или граней конструкций относительно разбивочных осей или линий, параллельных им. Панели и блоки жилых зданий устанавливают в проектное положение путем совмещения внутренней их грани с параллелями разбивочных осей, нанесенных на плитах междуэтажных перекрытий.
Одним из основных элементов каркасов зданий являются колонны, они должны быть точно установлены в плане. При установлении колонн в проектное положение риски на гранях колонн совмещают с рисками, обозначающими разбивочные оси, или линиями, им параллельными, нанесенными на опорной плоскости фундамента и на гранях колонны, чем достигается проектное положение колонны в плане в ее нижнем сечении. Ригели в проектное положение ставят по рискам, нанесенным на опорные плоскости консолей колонн, и по рискам на гранях ригеля или же по центрующим штырям, заделанным во внутреннюю грань колонны и торец ригеля. При этом должно соблюдаться условие равенства площадок опоры ригелей на консоли колонн.
Контрольные геодезические измерения для определения положения подстропильных и стропильных ферм в плане выполняют сразу же после их установки. Контроль положения ферм предусматривает приведение плоскости конструкций в вертикальное положение.
Геодезический контроль при установке подкрановых балок и рельсов в плане производят путем выноса монтажных осей на кронштейны, которые прикрепляются к крайним колоннам, а также через 60-80 м (если здание большой длины) выше уровня подкранового рельса на 0,8—1 м. Между рисками на кронштейнах натягивают стальную проволоку, на которую на каждой колонне подвешивают нитяной отвес. Проектное положение подкрановой балки и рельса в плане достигают путем совмещения продольной оси балки или рельса с осью отвеса.
При контроле положения в плане низа колонн, подкрановых балок, стропильных ферм в зданиях и сооружениях применяют метод бокового нивелирования с помощью теодолита при двух положениях вертикального круга. Положение низа стеновых панелей и блоков контролируют от установочных рисок, смещенных относительно разбивочной оси на 400-500 мм, с помощью линейки или метра по внутренним граням панелей или блоков.
Контроль вертикальности колонн, стеновых панелей и блоков должен обеспечивать отвесное положение монтируемых конструкций в пределах заданных допусков. Геодезический контроль вертикальности стеновых панелей, блоков и элементов колонн высотой до 5 м производят механическим или электрическим отвесом — рейкой. Геодезический контроль при установке колонн высотой более 5 м в проектное положение по вертикали осуществляют при помощи двух теодолитов.
При монтаже подкранового оборудования осуществляют геодезический контроль взаимного положения рельсов в плане. При изменении расстояний между осями двух смежных рельсов в одном пролете здания применяют способ непосредственных измерений при помощи стальной рулетки или другого линейного мерного прибора.
4. Земляные работы
Виды земляных сооружений
Земляные работы включают подготовительные, вспомогательные и основные работы. Подготовительные работы: подготовка территории — валка деревьев, корчевка пней, уборка камня, срезка кустарников, снос строений и т. д.; обеспечение водоотвода и осушение территории; геодезическая разбивка и прокладка дорог. Вспомогательные работы: устройство временных креплений котлованов и траншей, водоотлив, понижение уровня грунтовых вод, искусственное закрепление слабых грунтов. Основные работы: отрывка котлованов и траншей, планировка площадок, отсыпка насыпей с уплотнением грунтов, транспортирование грунта в отвал, подчистка и планировка дна котлованов, отделка откосов.
По срокам сооружения земляные работы подразделяются также на постоянные и временные. Постоянные: предназначенные для эксплуатации длительное время — спланированные площадки, выемки и насыпи, земляное полотно дорог, водосборные канавы, гидротехнические сооружения, плотины и дамбы, ирригационные и мелиоративные оросительные и осушительные каналы, пруды. Временные: предназначенные для выполнения последующих строительно-монтажных работ — котлованы и траншеи для устройства фундаментов, выемки для укладки подземных сетей.
Земляные сооружения имеют такие названия:
* траншея — выемка, имеющая малую ширину по сравнению с длиной;
* шурф — глубокая выемка с малыми размерами в плане;
* котлован — выемка большой ширины, мало отличающейся от длины;
* насыпь — сооружение из насыпного и уплотненного грунта;
* резерв — место разработки грунта вне строительной площадки;
* отвал — место отсыпки лишнего грунта;
* кавальер — насыпь правильной формы из лишнего грунта.
Водоотвод, водоотлив и строительное водопонижение
Водоотвод делается для удаления с территории строительства поверхностных вод (ливневых и талых вод). Различают поверхностные воды «чужие», поступающие с повышенных соседних участков, и «свои», выпадающие непосредственно на территории строительства. Территорию строительной площадки защищают от поступления «чужих» вод путем перехвата и последующего отвода. Для перехвата вод делают нагорные канавы или обвалование вдоль границ строительной территории в повышенной ее части. Для предотвращения быстрого заиливания уклон водоотводных канав должен быть не менее 0,003. Ширину канав по дну принимают не менее 0,5-0,6 м, а расстояние от бровки выемки — 3-5 м. Для ускорения стока «своих» поверхностных вод при вертикальной планировке площадке придается соответствующий уклон и устраивается сеть открытого или закрытого водостока.
Каждый котлован и траншея, являющиеся искусственными водосборниками, к которым активно подтекает вода во время дождей и таяния снега, необходимо защищать водоотводными канавами с нагорной стороны или обвалованием, а также надлежащей планировкой территории, прилегающей к выемке (рис. 3).
Одним из основных элементов каркасов зданий являются колонны, они должны быть точно установлены в плане. При установлении колонн в проектное положение риски на гранях колонн совмещают с рисками, обозначающими разбивочные оси, или линиями, им параллельными, нанесенными на опорной плоскости фундамента и на гранях колонны, чем достигается проектное положение колонны в плане в ее нижнем сечении. Ригели в проектное положение ставят по рискам, нанесенным на опорные плоскости консолей колонн, и по рискам на гранях ригеля или же по центрующим штырям, заделанным во внутреннюю грань колонны и торец ригеля. При этом должно соблюдаться условие равенства площадок опоры ригелей на консоли колонн.
Контрольные геодезические измерения для определения положения подстропильных и стропильных ферм в плане выполняют сразу же после их установки. Контроль положения ферм предусматривает приведение плоскости конструкций в вертикальное положение.
Геодезический контроль при установке подкрановых балок и рельсов в плане производят путем выноса монтажных осей на кронштейны, которые прикрепляются к крайним колоннам, а также через 60-80 м (если здание большой длины) выше уровня подкранового рельса на 0,8—1 м. Между рисками на кронштейнах натягивают стальную проволоку, на которую на каждой колонне подвешивают нитяной отвес. Проектное положение подкрановой балки и рельса в плане достигают путем совмещения продольной оси балки или рельса с осью отвеса.
При контроле положения в плане низа колонн, подкрановых балок, стропильных ферм в зданиях и сооружениях применяют метод бокового нивелирования с помощью теодолита при двух положениях вертикального круга. Положение низа стеновых панелей и блоков контролируют от установочных рисок, смещенных относительно разбивочной оси на 400-500 мм, с помощью линейки или метра по внутренним граням панелей или блоков.
Контроль вертикальности колонн, стеновых панелей и блоков должен обеспечивать отвесное положение монтируемых конструкций в пределах заданных допусков. Геодезический контроль вертикальности стеновых панелей, блоков и элементов колонн высотой до 5 м производят механическим или электрическим отвесом — рейкой. Геодезический контроль при установке колонн высотой более 5 м в проектное положение по вертикали осуществляют при помощи двух теодолитов.
При монтаже подкранового оборудования осуществляют геодезический контроль взаимного положения рельсов в плане. При изменении расстояний между осями двух смежных рельсов в одном пролете здания применяют способ непосредственных измерений при помощи стальной рулетки или другого линейного мерного прибора.
4. Земляные работы
Виды земляных сооружений
Земляные работы включают подготовительные, вспомогательные и основные работы. Подготовительные работы: подготовка территории — валка деревьев, корчевка пней, уборка камня, срезка кустарников, снос строений и т. д.; обеспечение водоотвода и осушение территории; геодезическая разбивка и прокладка дорог. Вспомогательные работы: устройство временных креплений котлованов и траншей, водоотлив, понижение уровня грунтовых вод, искусственное закрепление слабых грунтов. Основные работы: отрывка котлованов и траншей, планировка площадок, отсыпка насыпей с уплотнением грунтов, транспортирование грунта в отвал, подчистка и планировка дна котлованов, отделка откосов.
По срокам сооружения земляные работы подразделяются также на постоянные и временные. Постоянные: предназначенные для эксплуатации длительное время — спланированные площадки, выемки и насыпи, земляное полотно дорог, водосборные канавы, гидротехнические сооружения, плотины и дамбы, ирригационные и мелиоративные оросительные и осушительные каналы, пруды. Временные: предназначенные для выполнения последующих строительно-монтажных работ — котлованы и траншеи для устройства фундаментов, выемки для укладки подземных сетей.
Земляные сооружения имеют такие названия:
* траншея — выемка, имеющая малую ширину по сравнению с длиной;
* шурф — глубокая выемка с малыми размерами в плане;
* котлован — выемка большой ширины, мало отличающейся от длины;
* насыпь — сооружение из насыпного и уплотненного грунта;
* резерв — место разработки грунта вне строительной площадки;
* отвал — место отсыпки лишнего грунта;
* кавальер — насыпь правильной формы из лишнего грунта.
Водоотвод, водоотлив и строительное водопонижение
Водоотвод делается для удаления с территории строительства поверхностных вод (ливневых и талых вод). Различают поверхностные воды «чужие», поступающие с повышенных соседних участков, и «свои», выпадающие непосредственно на территории строительства. Территорию строительной площадки защищают от поступления «чужих» вод путем перехвата и последующего отвода. Для перехвата вод делают нагорные канавы или обвалование вдоль границ строительной территории в повышенной ее части. Для предотвращения быстрого заиливания уклон водоотводных канав должен быть не менее 0,003. Ширину канав по дну принимают не менее 0,5-0,6 м, а расстояние от бровки выемки — 3-5 м. Для ускорения стока «своих» поверхностных вод при вертикальной планировке площадке придается соответствующий уклон и устраивается сеть открытого или закрытого водостока.
Каждый котлован и траншея, являющиеся искусственными водосборниками, к которым активно подтекает вода во время дождей и таяния снега, необходимо защищать водоотводными канавами с нагорной стороны или обвалованием, а также надлежащей планировкой территории, прилегающей к выемке (рис. 3).
Рис. 3 - Защита площадки от поступления поверхностных вод:
1 — бассейн стока воды; 2 — нагорная канава; 3 — строительная площадка
1 — бассейн стока воды; 2 — нагорная канава; 3 — строительная площадка
При возведении подземной части в водонасыщенных грунтах применяют открытый водоотлив. Открытый водоотлив является наиболее простым и экономичным способом водопонижения и заключается в непосредственном откачивании воды из выемок. Этот метод эффективен при наличии грунтов с хорошей водопроницаемостью и при отсутствии ниже дна осушаемой выемки напорных водоносных горизонтов. Для сбора воды на дне котлованов устраивают приямки (зумпфы), стенки которых при необходимости укрепляют деревянным коробом с фильтрующей отсыпкой. При производстве открытого водоотлива возникает опасность вымывания мелких фракций грунта, что приводит к нарушению естественной структуры основания, поэтому водосборники и водопроводящие канавы снабжаются песчано-гравийными фильтрами. Кроме того, при водоотливе в супесях и песках для предохранения откосов от оплывания устраивают шпунтовое ограждение выемок, а в нижней части откоса отсыпают дренажную пригрузку. Для отвода воды к приямкам дну котлована придаются соответствующие уклоны или устраиваются открытые водоподводящие канавы. Для откачивания воды широко применяются центробежные и самовсасывающие центробежные насосы. Тип насоса выбирается в зависимости от высоты подъема и требуемой производительности.
В мелкозернистых грунтах целесообразно применять глубинное водопонижение уровня грунтовой воды. Для глубинного водопонижения на глубину 4-5 м в песчаных грунтах применяют легкие иглофильтровальные установки. При необходимости отрывать котлован глубиной более 4-5 м используют двух-, трехъярусные легкие иглофильтровальные установки. В некоторых случаях — при понижении уровня грунтовых вод на 20 м и более — предпочтительнее использовать установки с эжекторными иглофильтрами. При большом притоке грунтовых вод и в случаях сбрасывания воды ниже уровня излива из иглофильтра применяются эжекторные установки с циркуляционным резервуаром. При расчетных притоках воды в разрабатываемые выемки применяют контурные схемы водопонизительных установок. Иглофильтры погружают в грунты в предварительно пробуренные скважины или подмывом. Для понижения уровня грунтовых вод в слабо дренирующих глинистых грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут вместо иглофильтровальных установок применяется способ водопонижения. Он основан на явлении электроотсоса: параллельно ряду или контуру из иглофильтров на расстоянии 2-2,5 м в грунт погружают металлические стержни или трубы, которые соединяют между собой металлическими прутками также в ряд или контур; оба контура включают в сеть постоянного тока. При кратковременном действии постоянного тока во влажном грунте возникает давление поровой воды к катоду (в данном случае иглофильтрам) и увеличивается водоотдача глинистого грунта.
В мелкозернистых грунтах целесообразно применять глубинное водопонижение уровня грунтовой воды. Для глубинного водопонижения на глубину 4-5 м в песчаных грунтах применяют легкие иглофильтровальные установки. При необходимости отрывать котлован глубиной более 4-5 м используют двух-, трехъярусные легкие иглофильтровальные установки. В некоторых случаях — при понижении уровня грунтовых вод на 20 м и более — предпочтительнее использовать установки с эжекторными иглофильтрами. При большом притоке грунтовых вод и в случаях сбрасывания воды ниже уровня излива из иглофильтра применяются эжекторные установки с циркуляционным резервуаром. При расчетных притоках воды в разрабатываемые выемки применяют контурные схемы водопонизительных установок. Иглофильтры погружают в грунты в предварительно пробуренные скважины или подмывом. Для понижения уровня грунтовых вод в слабо дренирующих глинистых грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут вместо иглофильтровальных установок применяется способ водопонижения. Он основан на явлении электроотсоса: параллельно ряду или контуру из иглофильтров на расстоянии 2-2,5 м в грунт погружают металлические стержни или трубы, которые соединяют между собой металлическими прутками также в ряд или контур; оба контура включают в сеть постоянного тока. При кратковременном действии постоянного тока во влажном грунте возникает давление поровой воды к катоду (в данном случае иглофильтрам) и увеличивается водоотдача глинистого грунта.
В случаях сильного обводнения строительной площадки грунтовыми водами с высоким уровнем горизонта территорию осушают с помощью открытого или закрытого дренажа. В практике строительства широко используется подземный дренаж. Подземный дренаж устраивается для временного, на период строительства, понижения уровня подземных вод на отдельных участках площадки (строительный дренаж) или для длительного водопонижения и борьбы с подтоплением на существующих или вновь застраиваемых территориях. В строительстве применяются несколько типов дренажей: горизонтальный (открытый и закрытый), вертикальный, комбинированный и специальный.
Горизонтальный открытый дренаж устраивается обычно в загородной зоне в виде канав глубиной до 1,5 м с плоскими откосами (1:2) и необходимыми для течения воды продольными уклонами. Горизонтальный закрытый дренаж устраивается обычно из труб с дренажной отсыпкой. Обычно применяются асбестовые трубы, а в агрессивных средах — керамические. Для приема воды в трубах в средней трети вертикального диаметра устраиваются пропилы или просверливаются отверстия. Керамические трубы для приема воды стыкуются друг с другом с зазором 1-2 см. Глубина укладки, диаметр трубы, величина продольного уклона определяются проектом. Из-за трудности отрывки траншеи дренажи глубиной более 6 м устраиваются редко. Дренажные трубы обсыпают двумя слоями фильтрующего материала толщиной не менее 15 см каждый; для наружного слоя используется песок, для внутреннего — гравий или щебень. Устройство трубчатого дренажа производится в определенной последовательности. Сначала укрепляется основание по дренажную трубу: в дно траншеи втрамбовывается щебень, реже — слой уплотненной и выровненной глины (укрепление основания необходимо для предотвращения местных просадок труб и переломов оси трубопровода). На подготовленное основание насыпают песок слоем не менее 5 см. Трубы укладывают, начиная с пониженного участка, между двумя установленными заранее колодцами. Для обеспечения прямолинейности трубопровода вдоль оси траншеи по разбивочным обноскам натягивают причалку, по которой с помощью подвижного отвеса определяют положение оси трубопровода. Для выверки труб большого диаметра применяются специальные шаблоны. Для выравнивания трубы в вертикальной плоскости ее осаживают или подсыпают под нее песок (рис. 4). Для защиты подземных частей зданий, расположенных на водоупоре (плотных суглинках и глинах), от подтопления грунтовыми или просачивающимися через неплотную засыпку пазух поверхностными водами одновременно с сооружением фундаментов устраивают пристенный сопутствующий дренаж, являющийся по сути разновидностью трубчатого дренажа. Закрытые дренажи должны быть заложены ниже уровня промерзания грунта и иметь продольный уклон не менее 0,005 для отвода воды.
Горизонтальный открытый дренаж устраивается обычно в загородной зоне в виде канав глубиной до 1,5 м с плоскими откосами (1:2) и необходимыми для течения воды продольными уклонами. Горизонтальный закрытый дренаж устраивается обычно из труб с дренажной отсыпкой. Обычно применяются асбестовые трубы, а в агрессивных средах — керамические. Для приема воды в трубах в средней трети вертикального диаметра устраиваются пропилы или просверливаются отверстия. Керамические трубы для приема воды стыкуются друг с другом с зазором 1-2 см. Глубина укладки, диаметр трубы, величина продольного уклона определяются проектом. Из-за трудности отрывки траншеи дренажи глубиной более 6 м устраиваются редко. Дренажные трубы обсыпают двумя слоями фильтрующего материала толщиной не менее 15 см каждый; для наружного слоя используется песок, для внутреннего — гравий или щебень. Устройство трубчатого дренажа производится в определенной последовательности. Сначала укрепляется основание по дренажную трубу: в дно траншеи втрамбовывается щебень, реже — слой уплотненной и выровненной глины (укрепление основания необходимо для предотвращения местных просадок труб и переломов оси трубопровода). На подготовленное основание насыпают песок слоем не менее 5 см. Трубы укладывают, начиная с пониженного участка, между двумя установленными заранее колодцами. Для обеспечения прямолинейности трубопровода вдоль оси траншеи по разбивочным обноскам натягивают причалку, по которой с помощью подвижного отвеса определяют положение оси трубопровода. Для выверки труб большого диаметра применяются специальные шаблоны. Для выравнивания трубы в вертикальной плоскости ее осаживают или подсыпают под нее песок (рис. 4). Для защиты подземных частей зданий, расположенных на водоупоре (плотных суглинках и глинах), от подтопления грунтовыми или просачивающимися через неплотную засыпку пазух поверхностными водами одновременно с сооружением фундаментов устраивают пристенный сопутствующий дренаж, являющийся по сути разновидностью трубчатого дренажа. Закрытые дренажи должны быть заложены ниже уровня промерзания грунта и иметь продольный уклон не менее 0,005 для отвода воды.
Рис. 4 - Схема закрытого дренажа для осушения территории:
1 — местный грунт; 2 — мелкозернистый песок; 3 — крупнозернистый песок;
4 — гравий; 5 — труба; 6 — уплотнительный слой
Вертикальный дренаж представляет собой трубчатый колодец с фильтром в нижней части, из которого с помощью насосов откачивается вода. Для устройства трубчатого колодца в грунте пробуривают скважину, стенки которой крепятся обсадными трубами. В нижней части скважины устраивается фильтр. Для централизованного обслуживания насосной станцией трубчатые колодцы могут быть объединены в ряд или контур.
Комбинированный дренаж включает участки горизонтального и вертикального дренажей. Для осушения пылеватых и глинистых песков, супесей, легких суглинков, лессовых суглинков применяют установки вакуумного водопонижения.
Комбинированный дренаж включает участки горизонтального и вертикального дренажей. Для осушения пылеватых и глинистых песков, супесей, легких суглинков, лессовых суглинков применяют установки вакуумного водопонижения.
5. Искусственное закрепление грунтов
Искусственное закрепление грунтов — это такое воздействие на грунт, в результате которого повышается его прочность: он становится неразмываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым, и применяется с целью создания водонепроницаемых ограждений при отрывке котлованов и траншей, борьбы с оплыванием откосов, а также укрепления оснований фундаментов. В строительстве применяется поверхностное — на глубине менее 1 м, и глубинное — на глубине в несколько метров, закрепление грунта.
Искусственное закрепление грунтов может выполняться: замораживанием, цементацией, силикатизацией, битумизацией, термическими и электрохимическими способами и др. Замораживание применяют в водонасыщенных грунтах (плывунах) при возведении фундаментов, сооружении шахт и др. Для замораживания грунта по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенные между собой трубопроводом, по которому нагнетают охлаждающую жидкость-рассол с температурой -20...-25 °С. Существенными недостатками метода являются временный эффект замораживания, длительный процесс оттаивания, необходимость разрабатывать весьма прочный мерзлый грунт. Однако технология замораживания хорошо отработана и способ широко применяется.
Цементация применяется для закрепления крупно-, среднезернистых песков и трещиноватых скальных пород путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов. Радиус закрепления грунтов составляет в скальных грунтах — 1,2-1,5 м, в крупных песках — 0,5-0,75 м, в песках средней крупности — 0,3-0,5 м. Цементацию производят нисходящими зонами; нагнетание прекращают при достижении заданного поглощения или когда снижение расхода раствора достигнет 0,5 л/мин в течение 20 мин при заданном давлении.
Силикатизация применяется для повышения прочности, устойчивости и водонепроницаемости песчаных и водонасыщенных грунтов с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут. Способ силикатизации успешно применяется для закрепления грунтов в основаниях существующих зданий в целях ликвидации их просадок. Силикатизация может быть двух- и одно-растворной. Двухрастворная силикатизация заключается в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия (жидкого стекла), а затем хлористого кальция, которые в результате химической реакции образуют гель кремниевой кислоты, гидрат окиси кальция (известь) и хлористый натрий. При этом прочность грунта достигает 1,5-3 МПа.
Искусственное закрепление грунтов может выполняться: замораживанием, цементацией, силикатизацией, битумизацией, термическими и электрохимическими способами и др. Замораживание применяют в водонасыщенных грунтах (плывунах) при возведении фундаментов, сооружении шахт и др. Для замораживания грунта по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенные между собой трубопроводом, по которому нагнетают охлаждающую жидкость-рассол с температурой -20...-25 °С. Существенными недостатками метода являются временный эффект замораживания, длительный процесс оттаивания, необходимость разрабатывать весьма прочный мерзлый грунт. Однако технология замораживания хорошо отработана и способ широко применяется.
Цементация применяется для закрепления крупно-, среднезернистых песков и трещиноватых скальных пород путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов. Радиус закрепления грунтов составляет в скальных грунтах — 1,2-1,5 м, в крупных песках — 0,5-0,75 м, в песках средней крупности — 0,3-0,5 м. Цементацию производят нисходящими зонами; нагнетание прекращают при достижении заданного поглощения или когда снижение расхода раствора достигнет 0,5 л/мин в течение 20 мин при заданном давлении.
Силикатизация применяется для повышения прочности, устойчивости и водонепроницаемости песчаных и водонасыщенных грунтов с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут. Способ силикатизации успешно применяется для закрепления грунтов в основаниях существующих зданий в целях ликвидации их просадок. Силикатизация может быть двух- и одно-растворной. Двухрастворная силикатизация заключается в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия (жидкого стекла), а затем хлористого кальция, которые в результате химической реакции образуют гель кремниевой кислоты, гидрат окиси кальция (известь) и хлористый натрий. При этом прочность грунта достигает 1,5-3 МПа.
Для слабо дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут применяется способ одноразовой силикатизации; при этом в грунт закачивается смесь жидкого стекла с отвердителем. Прочность закрепленного грунта получается 0,3-0,6 МПа — предельная прочность при одноосном сжатии кубика из закрепленного грунта размером 5x5x5 см. Лессовые грунты укрепляют, нагнетая в них под давлением раствор жидкого стекла, который, вступая в реакцию с содержащимися в этих грунтах солями кальция, образует гель кремниевой кислоты, гидрат окиси кальция и сернокислый натрий.
Раствор при силикатизации нагнетают специальными трубами-инъекторами, погружаемыми раздельно или пакетами по пять штук. Расстояние между инъекторами принимается в зависимости от типа грунта и уточняется экспериментально.
Битумизация применяется для закрепления песчаных и сильнотрещиноватых скальных грунтов, а также для прекращения через них фильтрации воды. Горячий битум нагнетают в грунт через инъекторы, установленные в пробуренных скважинах. Горячий битум к инъекторам подается от котлов насосам по трубам под давлением. Глинизация заключается в инъецировании глинистого раствора в пористые грунты и мало чем отличается от цементации.
Смолизация — закрепление грунтов инъекцией синтетической карбамидной смолы; способ применяется для закрепления грунтов с коэффициентом 0,3-5,0 м/сут. Термическое закрепление лессовых грунтов состоит в обжиге их горячими газами, образующимися в результате сжигания жидкого или газообразного топлива в скважинах, пробуренных в толще закрепляемого грунта. При толщине лессового грунта менее 3 м применять этот метод нерационально.
Электрическое и электрохимическое закрепление грунтов применяется для закрепления глинистых и илистых грунтов. Оно заключается в пропускании через грунт постоянного тока напряжением 30-100 В плотностью тока 0,5-7 А на 1 м2 вертикального сечения закрепляемого слоя грунта. Электродами в данном случае являются металлические стержни или трубы, которые забивают в грунт параллельными рядами через 0,6-1 м. Для ускорения процесса закрепления в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом, раствор хлористого кальция. В результате глина уплотняется, осушается и теряет способность к пучению.
Раствор при силикатизации нагнетают специальными трубами-инъекторами, погружаемыми раздельно или пакетами по пять штук. Расстояние между инъекторами принимается в зависимости от типа грунта и уточняется экспериментально.
Битумизация применяется для закрепления песчаных и сильнотрещиноватых скальных грунтов, а также для прекращения через них фильтрации воды. Горячий битум нагнетают в грунт через инъекторы, установленные в пробуренных скважинах. Горячий битум к инъекторам подается от котлов насосам по трубам под давлением. Глинизация заключается в инъецировании глинистого раствора в пористые грунты и мало чем отличается от цементации.
Смолизация — закрепление грунтов инъекцией синтетической карбамидной смолы; способ применяется для закрепления грунтов с коэффициентом 0,3-5,0 м/сут. Термическое закрепление лессовых грунтов состоит в обжиге их горячими газами, образующимися в результате сжигания жидкого или газообразного топлива в скважинах, пробуренных в толще закрепляемого грунта. При толщине лессового грунта менее 3 м применять этот метод нерационально.
Электрическое и электрохимическое закрепление грунтов применяется для закрепления глинистых и илистых грунтов. Оно заключается в пропускании через грунт постоянного тока напряжением 30-100 В плотностью тока 0,5-7 А на 1 м2 вертикального сечения закрепляемого слоя грунта. Электродами в данном случае являются металлические стержни или трубы, которые забивают в грунт параллельными рядами через 0,6-1 м. Для ускорения процесса закрепления в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом, раствор хлористого кальция. В результате глина уплотняется, осушается и теряет способность к пучению.
6. Грунты и их технологические свойства
Грунтами в строительстве называют горные породы и почвы, представляющие собой сложное тело, состоящее из минеральных частиц и органических примесей. Свойства и качество грунта влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость работ. При выборе наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность, влажность, сцепление, размываемость, разрыхляемость и угол естественного откоса. Важными показателями являются также влагоемкость, водопроницаемость, водоудерживающая способность и размываемость грунтов.
Плотностью (или объемной массой) называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии в плотном теле. Средняя или насыпная плотность песчаных грунтов составляет 1,6-1,7 т/м3, глинистых — до 2,1 т/м3, скальных — до 3,3 т/м3.
Влажностью называется степень насыщения пор грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражают в процентах. При содержании воды до 5% грунты относятся к сухим, влажные грунты содержат до 30% воды, в мокрых содержится более 30% воды.
Сцепление определяют начальным сопротивлением грунта сдвигу; сцепление зависит от вида грунта и его влажности. Сила сцепления для песчаных грунтов составляет 0,003-0,05 МПа, для глинистых — 0,005-0,2 МПа. От плотности и сцепления в основном зависит производительность землеройных машин.
Размываемость грунта обусловливается уносом его частиц текучей водой из земляных сооружений. Скорость движения воды по песчаному грунту допускается для мелких песков 0,15 м/с, для крупных — 0,8 м/с, по плотным глинистым грунтам — до 1,8 м/с.
Разрыхляемость грунта — нарушение естественной структуры при его разработке, сопровождаемое увеличением в объеме. Степень разрыхления грунта определяется коэффициентом первоначального разрыхления, представляющим собой отношение объемов грунта в разрыхленном и естественном состояниях. Для глинистых грунтов коэффициент первоначального разрыхления составляет 1,24-1,32, для песков — 1,08-1,28, суглинков и супесков — 1,08—1,32. Более плотные грунты, включая скальные, дают большее увеличение объема — до 50%. При расчете транспортных средств для перевозки грунта, определении производительности землеройных машин, проектировании кавальеров и т. д. необходимо учитывать коэффициент первоначального разрыхления. Принято все подсчеты, связанные с земляными работами, выполнять для грунта естественной (природной) плотности — «в плотном теле».
Грунтами в строительстве называют горные породы и почвы, представляющие собой сложное тело, состоящее из минеральных частиц и органических примесей. Свойства и качество грунта влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость работ. При выборе наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность, влажность, сцепление, размываемость, разрыхляемость и угол естественного откоса. Важными показателями являются также влагоемкость, водопроницаемость, водоудерживающая способность и размываемость грунтов.
Плотностью (или объемной массой) называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии в плотном теле. Средняя или насыпная плотность песчаных грунтов составляет 1,6-1,7 т/м3, глинистых — до 2,1 т/м3, скальных — до 3,3 т/м3.
Влажностью называется степень насыщения пор грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражают в процентах. При содержании воды до 5% грунты относятся к сухим, влажные грунты содержат до 30% воды, в мокрых содержится более 30% воды.
Сцепление определяют начальным сопротивлением грунта сдвигу; сцепление зависит от вида грунта и его влажности. Сила сцепления для песчаных грунтов составляет 0,003-0,05 МПа, для глинистых — 0,005-0,2 МПа. От плотности и сцепления в основном зависит производительность землеройных машин.
Размываемость грунта обусловливается уносом его частиц текучей водой из земляных сооружений. Скорость движения воды по песчаному грунту допускается для мелких песков 0,15 м/с, для крупных — 0,8 м/с, по плотным глинистым грунтам — до 1,8 м/с.
Разрыхляемость грунта — нарушение естественной структуры при его разработке, сопровождаемое увеличением в объеме. Степень разрыхления грунта определяется коэффициентом первоначального разрыхления, представляющим собой отношение объемов грунта в разрыхленном и естественном состояниях. Для глинистых грунтов коэффициент первоначального разрыхления составляет 1,24-1,32, для песков — 1,08-1,28, суглинков и супесков — 1,08—1,32. Более плотные грунты, включая скальные, дают большее увеличение объема — до 50%. При расчете транспортных средств для перевозки грунта, определении производительности землеройных машин, проектировании кавальеров и т. д. необходимо учитывать коэффициент первоначального разрыхления. Принято все подсчеты, связанные с земляными работами, выполнять для грунта естественной (природной) плотности — «в плотном теле».
Разрыхленный грунт, длительное время пролежавший в насыпи, подвержен самоуплотнению за счет действия веса верхних слоев на нижние и от действия атмосферных осадков. Плотность грунта, пролежавшего в насыпи более четырех месяцев, а также грунта, подвергавшегося механическому уплотнению, определяется лабораторным путем. Если объем грунта на объекте не превышает 1000 м3, при расчетах пользуются коэффициентом остаточного разрыхления, приводимым в справочниках (например, для песчаных грунтов он составляет 1,01-1,025, глин — 1,04-1,09, суглинков — 1,015-1,05).
В зависимости от трудности и трудоемкости разработки грунтов механизированным способом мерзлые и не мерзлые грунты делят на группы. Грунты минерального происхождения по своему составу, прочности и трудности разработки делятся на скальные, конгломераты и нескальные.
Устойчивостью земляных сооружений называется их способность сохранять проектную форму и размеры и обусловливается равновесием масс под воздействием 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). Связность грунтов изменяется в зависимости от их влажности и характеризуется углом естественного откоса, т. е. углом, который образуется откосом свободно насыпанного грунта и горизонтальной плоскостью. В зависимости от числа пластичности связные грунты делятся на супесь, суглинок и глину.
В зависимости от трудности и трудоемкости разработки грунтов механизированным способом мерзлые и не мерзлые грунты делят на группы. Грунты минерального происхождения по своему составу, прочности и трудности разработки делятся на скальные, конгломераты и нескальные.
Устойчивостью земляных сооружений называется их способность сохранять проектную форму и размеры и обусловливается равновесием масс под воздействием 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). Связность грунтов изменяется в зависимости от их влажности и характеризуется углом естественного откоса, т. е. углом, который образуется откосом свободно насыпанного грунта и горизонтальной плоскостью. В зависимости от числа пластичности связные грунты делятся на супесь, суглинок и глину.
Крутизна откосов насыпи или выемки характеризуется отношением высоты откоса Н к его заложению или тангенсом угла наклона откоса к горизонту (рис. 5). Наибольшая крутизна откосов зависит от высоты насыпи или глубины выемки, характеристики грунтов (угла внутреннего трения, сцепления, влажности) и условий производства работ.
Рис. 5 - Крутизна откосов котлованов и траншей в грунтах естественной влажности:
а - песчаный грунт; б - супесь; в - глины и суглинки
а - песчаный грунт; б - супесь; в - глины и суглинки
7. Крепление откосов временных выемок
При проведении земляных работ в стесненных условиях, а также при наличии грунтовых вод, плывунов и при других сложных гидрогеологических условиях, когда при этом невозможно обеспечить требуемое заложение откосов, необходимо производить крепление котлованов и траншей.
Допустимая глубина выемки, т. е. максимальная (критическая) глубина, при которой откос связного грунта удерживается в вертикальном положении без крепления стенок, определяется расчетом. Ориентировочные величины критических глубин выемок, устраиваемых с вертикальными стенками: 1,0 м в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах естественной влажности; 1,25 м — в супесчаных; 1,5 — в суглинках и глинах; 2,0 — в особо плотных нескальных грунтах.
Необходимость креплений устанавливается проектом. Устройство креплений вертикальных стенок котлованов и траншей требует значительных затрат ручного труда, поэтому крепление производят только в том случае, когда это экономически целесообразно или когда не представляется возможным устройство откосов.
В зависимости от вида грунта, ширины и глубины выемок и сроков службы применяют различные виды креплений. Временная крепь может быть выполнена в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками, щитов с распорными рамами. Конструкция любого крепления включает забирку, изготовленную из досок, брусьев или щитов, воспринимающих непосредственно давление грунта. Для удержания забирки в вертикальном положении служат прогоны, распорки и другие элементы. Различают крепление горизонтальное, когда доски или брусья забирки заводят горизонтально за стойки, и вертикальное, когда доски забирки устанавливают вертикально и крепят горизонтальными прогонами с распорками.
Для узких траншей глубиной 2-4 м в сухих грунтах применяется горизонтально-рамное крепление, состоящее из стоек, горизонтальных досок или дощатых (сплошных и не сплошных) 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.
Вертикальное крепление чаще всего применяется, если крепления ставят в один ряд. Забирка делается сплошной, если грунты неустойчивы и имеют повышенную влажность, или с просветами (прозорами), если крепятся достаточно устойчивые связные грунты нормальной влажности. В трудных гидрогеологических условиях, когда имеются сильно водонасыщенные расплывающиеся грунты, применяют сплошное ограждение из деревянного или металлического шпунта.
Для удержания забирки в вертикальном положении существует три типа креплений: распорный, консольный и подкосный. Распорный тип крепления наиболее распространен благодаря простоте сборки. При этом стойки свободно устанавливают на дно выемки и прижимают к забирке горизонтальными распорками, установленными в нескольких уровнях по расчету. Ширина выемки с распорным креплением ограничена. Распорное крепление устанавливают в такой последовательности: после отрывки участка траншеи в нее опускают две рамы и устанавливают их на дно через 2 м друг от друга, временно раскрепляя оттяжками, затем сверху в зазор между стойками рам заводят горизонтальные доски или щиты одновременно по обеим стенам, после чего раздвигают до упора распорные рамы.
В тех случаях, когда исключается возможность установки распорок (например, при разработке широких котлованов), применяют анкерные или подкосные крепления. Подкосные крепления состоят из дощатых щитов, устанавливаемых вдоль откосов стоек, которые удерживаются подкосами, и упоров, забиваемых у основания подкосов. Однако такое крепление, при всей его конструкционной простоте, страдает некоторыми недостатками: такое крепление стесняет работы внутри котлована, кроме того, забивка упорных якорей приводит к нарушению структуры грунта на дне котлована.
Допустимая глубина выемки, т. е. максимальная (критическая) глубина, при которой откос связного грунта удерживается в вертикальном положении без крепления стенок, определяется расчетом. Ориентировочные величины критических глубин выемок, устраиваемых с вертикальными стенками: 1,0 м в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах естественной влажности; 1,25 м — в супесчаных; 1,5 — в суглинках и глинах; 2,0 — в особо плотных нескальных грунтах.
Необходимость креплений устанавливается проектом. Устройство креплений вертикальных стенок котлованов и траншей требует значительных затрат ручного труда, поэтому крепление производят только в том случае, когда это экономически целесообразно или когда не представляется возможным устройство откосов.
В зависимости от вида грунта, ширины и глубины выемок и сроков службы применяют различные виды креплений. Временная крепь может быть выполнена в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками, щитов с распорными рамами. Конструкция любого крепления включает забирку, изготовленную из досок, брусьев или щитов, воспринимающих непосредственно давление грунта. Для удержания забирки в вертикальном положении служат прогоны, распорки и другие элементы. Различают крепление горизонтальное, когда доски или брусья забирки заводят горизонтально за стойки, и вертикальное, когда доски забирки устанавливают вертикально и крепят горизонтальными прогонами с распорками.
Для узких траншей глубиной 2-4 м в сухих грунтах применяется горизонтально-рамное крепление, состоящее из стоек, горизонтальных досок или дощатых (сплошных и не сплошных) 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.
Вертикальное крепление чаще всего применяется, если крепления ставят в один ряд. Забирка делается сплошной, если грунты неустойчивы и имеют повышенную влажность, или с просветами (прозорами), если крепятся достаточно устойчивые связные грунты нормальной влажности. В трудных гидрогеологических условиях, когда имеются сильно водонасыщенные расплывающиеся грунты, применяют сплошное ограждение из деревянного или металлического шпунта.
Для удержания забирки в вертикальном положении существует три типа креплений: распорный, консольный и подкосный. Распорный тип крепления наиболее распространен благодаря простоте сборки. При этом стойки свободно устанавливают на дно выемки и прижимают к забирке горизонтальными распорками, установленными в нескольких уровнях по расчету. Ширина выемки с распорным креплением ограничена. Распорное крепление устанавливают в такой последовательности: после отрывки участка траншеи в нее опускают две рамы и устанавливают их на дно через 2 м друг от друга, временно раскрепляя оттяжками, затем сверху в зазор между стойками рам заводят горизонтальные доски или щиты одновременно по обеим стенам, после чего раздвигают до упора распорные рамы.
В тех случаях, когда исключается возможность установки распорок (например, при разработке широких котлованов), применяют анкерные или подкосные крепления. Подкосные крепления состоят из дощатых щитов, устанавливаемых вдоль откосов стоек, которые удерживаются подкосами, и упоров, забиваемых у основания подкосов. Однако такое крепление, при всей его конструкционной простоте, страдает некоторыми недостатками: такое крепление стесняет работы внутри котлована, кроме того, забивка упорных якорей приводит к нарушению структуры грунта на дне котлована.
Рис. 6 - Конструктивные схемы крепления земляных выемок в стесненных условиях с вертикальными откосами:
1) консольные (при Н меньше 3 м — деревянный шпунт; Н меньше 6 м — металлический шпунт; Н меньше 10 м — железобетонная подпорная стена); 2) анкерные; 3) распорные; 4) подкосные; 5) опускной колодец; 6)искусственное закрепление грунтов инъецированием различных композиций
1 — существующие конструкции; 2 — ограждающая конструкция; 3 — котлован; 4 — анкер; 5 — существующая коммуникация; 6 — траншея для установки анкера; 7 — распорные балки; 8 — существующая дорога; 9 — подкос; 10 — упор подкоса; 11 — опускной колодец; 12 — инъекторы для закрепляющих композиций; 13 — масссив закрепляемого грунта.
1) консольные (при Н меньше 3 м — деревянный шпунт; Н меньше 6 м — металлический шпунт; Н меньше 10 м — железобетонная подпорная стена); 2) анкерные; 3) распорные; 4) подкосные; 5) опускной колодец; 6)искусственное закрепление грунтов инъецированием различных композиций
1 — существующие конструкции; 2 — ограждающая конструкция; 3 — котлован; 4 — анкер; 5 — существующая коммуникация; 6 — траншея для установки анкера; 7 — распорные балки; 8 — существующая дорога; 9 — подкос; 10 — упор подкоса; 11 — опускной колодец; 12 — инъекторы для закрепляющих композиций; 13 — масссив закрепляемого грунта.
В сыпучих и неустойчивых грунтах ставят распорные или срубовые крепления из пластин и брусьев. 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. В таком же порядке продолжают работу до достижения необходимой глубины.
Разработка траншей с вертикальными стенками роторными и траншейными экскаваторами в связных грунтах (суглинках, глинах) допускается без крепления на глубину не более 3 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.
8. Подсчет объемов земляных работ
Подсчет объемов земляных работ выполняется в процессе проектирования и при производстве работ.
Земляное сооружение — выемку или насыпь — можно представить в виде геометрического тела, объем которого подсчитывается по известным правилам геометрии. Формулы для подсчета характерных земляных сооружений приводятся в справочниках по земляным работам. При обсчете объема земляного сооружения сложной конфигурации прибегают к его членению на простые геометрические фигуры и суммированию их объемов, либо пользуются приближенными методами подсчетов.
В практике промышленного и гражданского строительства приходится главным образом рассчитывать объемы линейно-протяженных сооружений (траншей), котлованов и работ по вертикальной планировке площадок. Для определения объемов каждого вида земляных работ существуют различные методы и расчетные формулы. Целесообразность метода расчета выбирается в каждом конкретном случае с учетом рельефа местности, размеров, конфигурации и других особенностей сооружений, способов производства работ, а также исходя из требуемой точности подсчетов.
При производстве и подсчете объемов работ отметки поверхности имеют следующие наименования:
* красная — проектная отметка, под которую необходимо спланировать площадку или земляное сооружение;
* черная — фактическая отметка поверхности земли до начала производства работ;
* рабочая — это разность между красной отметкой (проектной) и отметкой поверхности земли, рабочие отметки определяют глубину выемки или насыпи.
Основными исходными документами для подсчета объемов земляных работ служат продольные и поперечные профили сооружений, расположение отдельных фундаментов и зданий на плане с горизонталями.
Подсчитывая объемы земляных работ при прорывке траншей и котлованов, необходимо правильно определить их размеры. Подсчет объемов сводится к определению объемов различных геометрических фигур, определяющих форму того или иного земляного сооружения. При этом делается допущение, что объем земли ограничен плоскостями и отдельные неровности действительной поверхности грунта не влияют значительно на расчетный объем.
Объем протяженных земляных сооружений подсчитывается приближенным методом поперечных профилей, основанном на делении сооружения в характерных точках перелома продольного профиля или на пикетах вертикальными плоскостями на призматоиды. По площади поперечных сечений и расстоянию между ними определяются частные объемы каждого призматоида, которые затем суммируются. Для облегчения подсчетов существуют пособия, справочники, таблицы, номограммы.
Объем котлована с прямоугольными основаниями, имеющего откосы со всех четырёх сторон, определяется, например, по преобразованной формуле:
V = (Н/6) (ab + cd + (а + с)(b + d))
где Н — глубина котлована; а и b — соответственно ширина и длина котлована по дну; с и d — то же, поверху.
Земляное сооружение — выемку или насыпь — можно представить в виде геометрического тела, объем которого подсчитывается по известным правилам геометрии. Формулы для подсчета характерных земляных сооружений приводятся в справочниках по земляным работам. При обсчете объема земляного сооружения сложной конфигурации прибегают к его членению на простые геометрические фигуры и суммированию их объемов, либо пользуются приближенными методами подсчетов.
В практике промышленного и гражданского строительства приходится главным образом рассчитывать объемы линейно-протяженных сооружений (траншей), котлованов и работ по вертикальной планировке площадок. Для определения объемов каждого вида земляных работ существуют различные методы и расчетные формулы. Целесообразность метода расчета выбирается в каждом конкретном случае с учетом рельефа местности, размеров, конфигурации и других особенностей сооружений, способов производства работ, а также исходя из требуемой точности подсчетов.
При производстве и подсчете объемов работ отметки поверхности имеют следующие наименования:
* красная — проектная отметка, под которую необходимо спланировать площадку или земляное сооружение;
* черная — фактическая отметка поверхности земли до начала производства работ;
* рабочая — это разность между красной отметкой (проектной) и отметкой поверхности земли, рабочие отметки определяют глубину выемки или насыпи.
Основными исходными документами для подсчета объемов земляных работ служат продольные и поперечные профили сооружений, расположение отдельных фундаментов и зданий на плане с горизонталями.
Подсчитывая объемы земляных работ при прорывке траншей и котлованов, необходимо правильно определить их размеры. Подсчет объемов сводится к определению объемов различных геометрических фигур, определяющих форму того или иного земляного сооружения. При этом делается допущение, что объем земли ограничен плоскостями и отдельные неровности действительной поверхности грунта не влияют значительно на расчетный объем.
Объем протяженных земляных сооружений подсчитывается приближенным методом поперечных профилей, основанном на делении сооружения в характерных точках перелома продольного профиля или на пикетах вертикальными плоскостями на призматоиды. По площади поперечных сечений и расстоянию между ними определяются частные объемы каждого призматоида, которые затем суммируются. Для облегчения подсчетов существуют пособия, справочники, таблицы, номограммы.
Объем котлована с прямоугольными основаниями, имеющего откосы со всех четырёх сторон, определяется, например, по преобразованной формуле:
V = (Н/6) (ab + cd + (а + с)(b + d))
где Н — глубина котлована; а и b — соответственно ширина и длина котлована по дну; с и d — то же, поверху.
При производстве подсчетов объемов земляных работ при отрывке траншей и котлованов необходимо правильно определить их размеры в зависимости от условий производства работ. При разработке траншей под ленточные фундаменты ширина дна траншеи принимается равной ширине подошвы фундамента плюс 0,2 м с каждой стороны для устройства песчаной или бетонной подготовки. Если разработка траншеи ведется с креплением, то для его установки необходимо ширину по дну увеличить на 0,1 м при глубине до 2 м и на 0,2 м — при глубине до 3 м. Для устройства шпунтового ограждения уширение составляет уже 0,4 м при глубине до 3 м с добавлением по 0,2 м на каждый метр глубины свыше 3 м. При необходимости устройства вертикальной гидроизоляции фундаментов и стен подвалов для удобства работ необходимо также уширить выемку.
Ширина траншей по дну для укладки трубопроводов определяется в зависимости от размеров труб и способа их укладки.
При разработке грунта землеройными машинами наименьшая ширина траншей по дну должна соответствовать ширине режущей кромки рабочего органа машины плюс 0,15 м в песчаных и супесчаных грунтах, 0,1 м — в глинистых и суглинках.
Рабочая глубина котлована под фундаменты определяется разницей черной и красной отметок. Для учета характера рельефа местности в практических подсчетах достаточно принять усредненную черную отметку, равную средней арифметической нескольких отметок.
С целью предотвращения нарушения естественной структуры грунта при работе экскаватора предусматривается недобор грунта в пределах от 5 до 20 см. Рабочую высоту насыпи протяженного сооружения задают больше проектной величины с учетом последующей осадки грунта.
Исходным документом для подсчета объемов земляных работ при вертикальной планировке является картограмма земляных масс, представляющая собой план участка, на котором рельеф изображен горизонталями, с нанесенной сеткой квадратов и указанием черных, красных и рабочих отметок вершин квадратов, а также с изображением линии нулевых работ. Картограмма составляется при проектировании генерального плана геодезической службой проектно-изыскательской организации, однако перед началом планировочных работ производственникам часто приходится уточнять ее.
Средняя отметка планировки может быть задана в соответствии с потребностями строительства, но чаще всего она определяется из условия нулевого баланса, т. е. равенства земляных масс выемки и насыпи в пределах планируемой площадки.
Подсчет объемов земляных работ при вертикальной планировке на больших площадях может производиться по трехгранным или четырехгранным призмам. Для этого планируемый участок с нанесенными на нем горизонталями разбивают на ряд квадратов, которые затем разделяются диагоналями на прямоугольные треугольники. Сторона квадрата в зависимости от рельефа местности и точности подсчета принимается для пересеченного рельефа 10-50 м, а для спокойного рельефа — до 100 м. В углах каждого квадрата интерполяцией по горизонталям определяются и проставляются черные отметки — отметки от поверхности земли. Рабочие отметки со знаком (+) указывают на необходимость срезки грунта, т. е. на устройство выемки, а отметки со знаком (-) на необходимость устройства насыпи. Треугольники с рабочими отметками одинакового знака называют одноименными, а разных знаков — переходными.
Общий объем земляных работ при планировке площадок определяется как сумма всех частных объемов.
Ширина траншей по дну для укладки трубопроводов определяется в зависимости от размеров труб и способа их укладки.
При разработке грунта землеройными машинами наименьшая ширина траншей по дну должна соответствовать ширине режущей кромки рабочего органа машины плюс 0,15 м в песчаных и супесчаных грунтах, 0,1 м — в глинистых и суглинках.
Рабочая глубина котлована под фундаменты определяется разницей черной и красной отметок. Для учета характера рельефа местности в практических подсчетах достаточно принять усредненную черную отметку, равную средней арифметической нескольких отметок.
С целью предотвращения нарушения естественной структуры грунта при работе экскаватора предусматривается недобор грунта в пределах от 5 до 20 см. Рабочую высоту насыпи протяженного сооружения задают больше проектной величины с учетом последующей осадки грунта.
Исходным документом для подсчета объемов земляных работ при вертикальной планировке является картограмма земляных масс, представляющая собой план участка, на котором рельеф изображен горизонталями, с нанесенной сеткой квадратов и указанием черных, красных и рабочих отметок вершин квадратов, а также с изображением линии нулевых работ. Картограмма составляется при проектировании генерального плана геодезической службой проектно-изыскательской организации, однако перед началом планировочных работ производственникам часто приходится уточнять ее.
Средняя отметка планировки может быть задана в соответствии с потребностями строительства, но чаще всего она определяется из условия нулевого баланса, т. е. равенства земляных масс выемки и насыпи в пределах планируемой площадки.
Подсчет объемов земляных работ при вертикальной планировке на больших площадях может производиться по трехгранным или четырехгранным призмам. Для этого планируемый участок с нанесенными на нем горизонталями разбивают на ряд квадратов, которые затем разделяются диагоналями на прямоугольные треугольники. Сторона квадрата в зависимости от рельефа местности и точности подсчета принимается для пересеченного рельефа 10-50 м, а для спокойного рельефа — до 100 м. В углах каждого квадрата интерполяцией по горизонталям определяются и проставляются черные отметки — отметки от поверхности земли. Рабочие отметки со знаком (+) указывают на необходимость срезки грунта, т. е. на устройство выемки, а отметки со знаком (-) на необходимость устройства насыпи. Треугольники с рабочими отметками одинакового знака называют одноименными, а разных знаков — переходными.
Общий объем земляных работ при планировке площадок определяется как сумма всех частных объемов.
9. Способы разработки грунта
Выбор способа производства земляных работ зависит от свойств грунта, объемов работ, вида земляных сооружений, гидрогеологических условий и других факторов. Технологический процесс выполнения земляных работ состоит из разработки грунта, транспортировки, укладки в отвал или насыпь, уплотнения и планировки. Для механизации земляных работ применяют одноковшовые строительные экскаваторы с гибкой и жесткой подвеской рабочего оборудования в виде прямой и обратной лопаты, драглайна, грейфера, землеройно-планировочного, планировочного и погрузочного устройств; экскаваторы непрерывного действия, к которым относятся цепные многоковшовые, цепные скребковые, роторные многоковшовые и роторные бесковшовые (фрезерные); бульдозеры, скреперы, грейдеры (прицепные и самоходные), грейдеры-элеваторы, рыхлители, бурильные машины. В комплект машин для механизированной разработки грунта кроме ведущей землеройной машины включаются также вспомогательные машины для транспортировки грунта, подчистки выемки дна, уплотнения грунта, отделки откосов, предварительного рыхления грунта и т. п. в зависимости от вида работ.
10. Свайные работы
Сваи предназначены для передачи нагрузки от сооружения на грунт, повышения несущей способности слабых грунтов, предотвращения осыпания и оползания грунтов, а также ограждения пространств от доступа воды.
Сваи классифицируются по способу передачи нагрузок от сооружений на грунт, форме ствола, поперечного сечения, материалу и методам производства работ. По методам производства работ сваи подразделяют на забивные (погружаемые) и набивные. Забивные (погружаемые) сваи заранее изготавливают на заводах или полигонах строительных площадок и затем ударным или безударным методом (или их комбинацией) погружают в грунт в вертикальном или наклонном положении. Набивные сваи устраивают непосредственно в самом грунте (рис. 7).
10. Свайные работы
Сваи предназначены для передачи нагрузки от сооружения на грунт, повышения несущей способности слабых грунтов, предотвращения осыпания и оползания грунтов, а также ограждения пространств от доступа воды.
Сваи классифицируются по способу передачи нагрузок от сооружений на грунт, форме ствола, поперечного сечения, материалу и методам производства работ. По методам производства работ сваи подразделяют на забивные (погружаемые) и набивные. Забивные (погружаемые) сваи заранее изготавливают на заводах или полигонах строительных площадок и затем ударным или безударным методом (или их комбинацией) погружают в грунт в вертикальном или наклонном положении. Набивные сваи устраивают непосредственно в самом грунте (рис. 7).
Рис. 7 - Набивные сваи:
а — бетонная; б — железобетонная с разрубленным уширением
а — бетонная; б — железобетонная с разрубленным уширением
Сваи бывают бетонные, железобетонные, деревянные, металлические, грунтовые и комбинированные. По форме сваи бывают квадратного, круглого и призматического сечения. Забивные железобетонные сваи (ненапряженные и предварительно напряженные) широко применяются в строительстве. Они классифицируются по форме поперечного сечения, длине, весу, конструкции нижнего конца. Наибольшее распространение получили сваи прямоугольные и квадратные со сплошным поперечным сечением, квадратные с круглой полостью и круглые полые сваи или сваи-оболочки. Квадратные сваи сплошного сечения имеют размер от 20 х 20 до 40 х 40 см с модулем 5 см, длина свай достигает 28 м.
Предварительно напряженные квадратные сваи сплошного сечения без поперечного армирования имеют длину от 3 до 9 м и применяются в слабых или средней плотности грунтах. Полые сваи круглого сечения производятся длиной от 3 до 40 м. Полые круглые сваи диаметром до 800 мм называются трубчатыми, диаметром 800-1600 мм — сваями-оболочками. Сваи-оболочки диаметром 2-6 м называются колодцами-оболочками; они применяются в опорах глубокого заложения при устройстве заглубленных промышленных помещений, в качестве колодцев-водозаборов и др. По длине сваи могут быть целыми (до 12-20 м) и составными, сращенными из отдельных звеньев. Применение составных свай обусловлено простотой изготовления и транспортирования, а также использованием для погружения оборудования меньшей грузоподъемности и высоты. Однако составные сваи могут давать значительные отклонения по вертикали при погружении. Конструкция нижнего конца полых свай может быть открытой или закрытой специальным наконечником. Внутренняя полость составных свай может быть либо незаполненной (кроме верхней части, примыкающей к ростверку), либо полностью заполненной грунтом или бетоном.
Деревянные сваи изготовляются главным образом из сосновых бревен и применяются в основном для устройства фундаментов под временные здания и сооружения при небольших нагрузках. Они бывают цельными длиной 4,5-12 м, сращенными по длине до 40 м, пакетными, сплоченными из нескольких бревен или брусьев. Нижний конец деревянной сваи заостряется на три или четыре грани. При забивке деревянных свай в плотные грунты для предохранения острия от разрушения на него предварительно надевают башмак (наконечник), верхняя часть имеет кольцо (бугель), предохраняющее головку сваи от разрушения при ударах молота. Верхний конец сваи срезается строго перпендикулярно продольной оси. Для увеличения срока службы сваи антисептируются.
В тех случаях, когда сваи применяются в качестве ограждающих конструкций или противофильтрационных завес, их называют шпунтовыми сваями (шпунтом). Шпунтовые сваи погружают вплотную друг к другу, образуя сплошную стенку, которая называется шпунтовым рядом. Для надежного соединения шпунтовых свай между собой с боковой стороны каждой шпунтины предусматриваются замки.
Предварительно напряженные квадратные сваи сплошного сечения без поперечного армирования имеют длину от 3 до 9 м и применяются в слабых или средней плотности грунтах. Полые сваи круглого сечения производятся длиной от 3 до 40 м. Полые круглые сваи диаметром до 800 мм называются трубчатыми, диаметром 800-1600 мм — сваями-оболочками. Сваи-оболочки диаметром 2-6 м называются колодцами-оболочками; они применяются в опорах глубокого заложения при устройстве заглубленных промышленных помещений, в качестве колодцев-водозаборов и др. По длине сваи могут быть целыми (до 12-20 м) и составными, сращенными из отдельных звеньев. Применение составных свай обусловлено простотой изготовления и транспортирования, а также использованием для погружения оборудования меньшей грузоподъемности и высоты. Однако составные сваи могут давать значительные отклонения по вертикали при погружении. Конструкция нижнего конца полых свай может быть открытой или закрытой специальным наконечником. Внутренняя полость составных свай может быть либо незаполненной (кроме верхней части, примыкающей к ростверку), либо полностью заполненной грунтом или бетоном.
Деревянные сваи изготовляются главным образом из сосновых бревен и применяются в основном для устройства фундаментов под временные здания и сооружения при небольших нагрузках. Они бывают цельными длиной 4,5-12 м, сращенными по длине до 40 м, пакетными, сплоченными из нескольких бревен или брусьев. Нижний конец деревянной сваи заостряется на три или четыре грани. При забивке деревянных свай в плотные грунты для предохранения острия от разрушения на него предварительно надевают башмак (наконечник), верхняя часть имеет кольцо (бугель), предохраняющее головку сваи от разрушения при ударах молота. Верхний конец сваи срезается строго перпендикулярно продольной оси. Для увеличения срока службы сваи антисептируются.
В тех случаях, когда сваи применяются в качестве ограждающих конструкций или противофильтрационных завес, их называют шпунтовыми сваями (шпунтом). Шпунтовые сваи погружают вплотную друг к другу, образуя сплошную стенку, которая называется шпунтовым рядом. Для надежного соединения шпунтовых свай между собой с боковой стороны каждой шпунтины предусматриваются замки.
Рис. 8 - Деревянные шпунтовые сваи:
1 — паз; 2 — гребни
1 — паз; 2 — гребни
У деревянной шпунтовой сваи (рис. 8) на одной ее грани сделан паз, а на противоположной — гребень. При забивке гребень шпунтины заходит в паз, образуя надежное водонепроницаемое соединение. Нижний конец шпунтовой сваи заостряют со стороны гребня с таким расчетом, чтобы свая прижималась к ранее заглубленной шпунтине. Деревянные шпунтовые сваи обычно изготавливаются из брусьев длиной до 6 м.
По способу передачи нагрузки от сооружения на грунт и по характеру их работы в грунте различают два вида свай: сваи-стойки и висячие сваи. Сваи-стойки опираются на прочные грунты, при этом основная нагрузка (более 70-80%) передается через острие сваи и воспринимается грунтом (рис. 9 а). Висячие сваи не доводят до прочных грунтов, и основная нагрузка (70-80%) передается посредством сил трения между грунтом и наружными поверхностями сваи (рис. 9 6).
Отдельно стоящая свая или группа совместно работающих свай называется свайным фундаментом. Свайный фундамент принято разбивать на три основных элемента: ростверк, сваи и грунт. Ростверк объединяет головки свай в единое целое, передает и распределяет нагрузки от сооружения на сваи. По конструкции ростверка свайные фундаменты делят на фундаменты с низким ростверком, когда ростверк значительно заглублен в грунт, и с высоким ростверком, когда ростверк расположен выше уровня грунта или незначительно заглублен. Фундаменты с низким ростверком способны воспринимать большие горизонтальные нагрузки, чем с высокими. По расположению свай в плане фундаменты бывают с вертикальными и наклонными сваями.
Железобетонные шпунтовые сваи (рис. 10) обычно изготовляют плоской формы и с предварительным напряжением арматуры. Реже изготовляют двутавровый железобетонный шпунт. Нижняя часть железобетонного шпунта также имеет срез в одну сторону. Железобетонные шпунтовые сваи применяются преимущественно как конструктивные элементы подпорных стен, набережных и т. п.
Металлические шпунтовые сваи изготовляют четырех профилей: плоского, корытообразного, зетобразного и типа «Ларсен». Плоский металлический шпунт применяют для устройства противофильтрационных завес, а корытообразный и зетобразный — для устройства завес и подпорных стенок, ограждающих конструкций больверков и др. Металлический шпунт, поставляемый промышленностью, может быть использован многократно для временного ограждения котлованов и траншей.
Стальные сваи изготавливают из прокатных профилей или труб длиной до 30 м с закрытым конусом на нижнем конце. Труба после погружения заполняется бетоном. Такие сваи применяются в фундаментах глубокого заложения, к примеру, в мостовых опорах. Из стали изготавливаются винтовые сваи, которые применяются для сооружений, работающих на выдергивающие нагрузки — якорей для оттяжек, опор линий электропередач и др.
Набивные сваи весьма разнообразны по конструкции и способам изготовления: часто трамбованные сваи, сваи Страуса, вибросваи, грунтовые сваи, сваи с уширенной пяткой и др. Для всех видов набивных свай требуется бурение скважины и заполнение ее бетонной смесью или грунтом с последующим уплотнением. Скважину бурят буром. В слабых, обводненных грунтах и грунтах, склонных к обрушению, стенки скважины закрепляют обсадными трубами (плотные не обрушающиеся грунты не закрепляют обсадными трубами). В пробуренную скважину опускают арматурный каркас и заполняют бетонной смесью через трубу с воронкой, образуя буронабивную сваю.
По способу передачи нагрузки от сооружения на грунт и по характеру их работы в грунте различают два вида свай: сваи-стойки и висячие сваи. Сваи-стойки опираются на прочные грунты, при этом основная нагрузка (более 70-80%) передается через острие сваи и воспринимается грунтом (рис. 9 а). Висячие сваи не доводят до прочных грунтов, и основная нагрузка (70-80%) передается посредством сил трения между грунтом и наружными поверхностями сваи (рис. 9 6).
Отдельно стоящая свая или группа совместно работающих свай называется свайным фундаментом. Свайный фундамент принято разбивать на три основных элемента: ростверк, сваи и грунт. Ростверк объединяет головки свай в единое целое, передает и распределяет нагрузки от сооружения на сваи. По конструкции ростверка свайные фундаменты делят на фундаменты с низким ростверком, когда ростверк значительно заглублен в грунт, и с высоким ростверком, когда ростверк расположен выше уровня грунта или незначительно заглублен. Фундаменты с низким ростверком способны воспринимать большие горизонтальные нагрузки, чем с высокими. По расположению свай в плане фундаменты бывают с вертикальными и наклонными сваями.
Металлические шпунтовые сваи изготовляют четырех профилей: плоского, корытообразного, зетобразного и типа «Ларсен». Плоский металлический шпунт применяют для устройства противофильтрационных завес, а корытообразный и зетобразный — для устройства завес и подпорных стенок, ограждающих конструкций больверков и др. Металлический шпунт, поставляемый промышленностью, может быть использован многократно для временного ограждения котлованов и траншей.
Стальные сваи изготавливают из прокатных профилей или труб длиной до 30 м с закрытым конусом на нижнем конце. Труба после погружения заполняется бетоном. Такие сваи применяются в фундаментах глубокого заложения, к примеру, в мостовых опорах. Из стали изготавливаются винтовые сваи, которые применяются для сооружений, работающих на выдергивающие нагрузки — якорей для оттяжек, опор линий электропередач и др.
Набивные сваи весьма разнообразны по конструкции и способам изготовления: часто трамбованные сваи, сваи Страуса, вибросваи, грунтовые сваи, сваи с уширенной пяткой и др. Для всех видов набивных свай требуется бурение скважины и заполнение ее бетонной смесью или грунтом с последующим уплотнением. Скважину бурят буром. В слабых, обводненных грунтах и грунтах, склонных к обрушению, стенки скважины закрепляют обсадными трубами (плотные не обрушающиеся грунты не закрепляют обсадными трубами). В пробуренную скважину опускают арматурный каркас и заполняют бетонной смесью через трубу с воронкой, образуя буронабивную сваю.
Рис. 10 - Железобетонные шпунтовые сваи
Производство свайных работ
Перед производством свайных работ подготавливается площадка: снимается растительный слой, производится устройство водоотвода, вертикальная планировка участка, устройство подъездных путей, прокладываются сети для подвода воды, пара, сжатого воздуха, электроэнергии. При планировке площадки необходимо учитывать, что отдельные впадины и возвышения не должны превышать 10 см. Площадка присыпается песком или песчано-гравийной смесью.
После окончания работ по подготовке площадки и разбивки главных осей сооружения (за основные линии принимаются продольная и поперечная оси здания) производят разбивки свайных рядов и закрепление на местности. Оси свайных фундаментов разбивают от основных линий сооружения, которые должны быть прочно закреплены на местности — основные оси закрепляют надежно заделанными в грунт створными знаками (бетонными столбами, металлическими трубами, рельсами). Створные знаки закладывают в устойчивых грунтах за пределами зоны возможных обвалов, положение створных знаков периодически проверяется геодезическими приборами. Разбивка основных осей должна сохраняться на все время производства работ. Репер также устанавливают в местах, в которых исключено смещение грунта. Абсолютную отметку репера проставляют на нем краской. Разбивка осуществляется в соответствии с планом размещения свай, на котором указаны: несущая способность свай и проектный отказ, полученный при предпроектных испытаниях пробных свай; привязка осей свайных рядов, одиночных свай или кустов к разбивочным осям сооружения; шаг свай; отметка начала острия и верха свай; порядковые номера свай (нумеруются все сваи в пересечениях разбивочных осей здания, каждая пятая в ряду, первая и последняя в кусту). Сначала разбиваются сваи, расположенные на главных и вспомогательных осях сооружения. Сваи, расположенные на промежуточных осях, разбивают одновременно с ними, если разбивочная сетка превышает размер 6x6 м. При меньшем размере положение свай на промежуточных осях разбивается в процессе погружения. Разбивку каждого свайного ряда и куста сохраняют до приёмки всех свай этого ряда. Каждому ряду, кусту и каждой свае присваивают номер, который проставляют на плане расположения свай (для нумерации свайных рядов и кустов принимают римские цифры, для свай — арабские). Разбивку центров свай производят с помощью стальной ленты, прокладываемой по провешенной оси соответствующего свайного ряда. Центр сваи закрепляют штырем или деревянным колышком длиной 20-25 см; положение свай, находящихся на главных осях, дополнительно фиксируют деревянными сторожками, на которые наносят номер сваи. Вертикальные отметки голов свай разбивают по реперам. При забивке свай с подмостей положение осей рядов свай фиксируется прямо на них. При погружении свай на покрытой водой местности разбивочные оси закрепляются знаками на берегу или специальными каркасами и буями. Разбивка и закрепление осей свай оформляется актом.
На строительной площадке сваи разгружают с одновременной укладкой в зоне работы копра поодиночке или штабелями головами к копру перпендикулярно оси его движения. Поднимать сваи при разгрузке и погрузке необходимо за подъемные петли. При подъеме свай длиной более 6 м следует пользоваться траверсой. Перетаскивать сваи волоком запрещается. При укладке свай в штабеля их укладывают правильными рядами в горизонтальном положении не выше четырех рядов по высоте; если позволяет территория, желательно разложить в один ряд по высоте. Между горизонтальными рядами свай укладываются прокладки шириной не менее 5 см, расположенные рядом с подъемными петлями (для сохранности петель толщина прокладок должна быть на 2-3 см больше их высоты). На строительной площадке располагать сваи более чем в два яруса по высоте не рекомендуется.
При приемке доставленных на объект свай проверяется документация на их изготовление, правильность маркировки, производится наружный осмотр. В процессе подготовки свай непосредственно к погружению при необходимости производится укрупнительная сборка и обустройство свай. Укрупнительную сборку свай по длине производят в соответствии с проектом производства работ либо предварительно на специальной площадке, либо в процессе погружения. Звенья составных железобетонных свай соединяют электросваркой закладных частей, фланцами на болтах, клиновыми и другими устройствами; короткие трубчатые сваи соединяются с помощью вкладыша. Сваи-оболочки диаметром 2-3 м изготовляются члененными звеньями высотой 4-8 м, при большем диаметре каждое звено дополнительно членится продольными швами (конструкция продольных стыков устанавливается проектом). Деревянный шпунт в слабые грунты погружают пакетами из двух-трех шпунтин, сплоченных заранее и объединенных общим наголовником из обрезков швеллера. Для соединения с вибропогружателем в верхней части шпунта просверливают отверстие. К полым железобетонным сваям, погружаемым с закрытым концом, приваривают железобетонный наконечник, а к металлическим — конусообразный наконечник, изготовленный из листовой стали. Во всех случаях нужно следить за точной центровкой острия свай, так как смещение острия от продольной оси или несимметричность заострения могут привести к отклонению сваи по вертикали в процессе погружения. Перед погружением металлического шпунта протягиванием через шаблон проверяют его прямолинейность и сохранность замков, срубают наплывы, прорезают в верхней части отверстие для соединения с вибропогружателем. Заранее изготовляют угловой шпунт, для чего разрезают вдоль целые шпунтины и соединяют их заклепками внахлестку.
В процессе подготовительных работ производят пробную забивку железобетонных готовых свай. По результатам испытания пробных свай корректируют чертежи свайного сооружения и проект производства работ. Способ производства работ по устройству свайного фундамента выбирается в зависимости от типа свай, их размеров, веса, конструкции, расположения их в плане, от грунтовых условий и конкретных условий производства работ на строительной площадке.
Перед производством свайных работ подготавливается площадка: снимается растительный слой, производится устройство водоотвода, вертикальная планировка участка, устройство подъездных путей, прокладываются сети для подвода воды, пара, сжатого воздуха, электроэнергии. При планировке площадки необходимо учитывать, что отдельные впадины и возвышения не должны превышать 10 см. Площадка присыпается песком или песчано-гравийной смесью.
После окончания работ по подготовке площадки и разбивки главных осей сооружения (за основные линии принимаются продольная и поперечная оси здания) производят разбивки свайных рядов и закрепление на местности. Оси свайных фундаментов разбивают от основных линий сооружения, которые должны быть прочно закреплены на местности — основные оси закрепляют надежно заделанными в грунт створными знаками (бетонными столбами, металлическими трубами, рельсами). Створные знаки закладывают в устойчивых грунтах за пределами зоны возможных обвалов, положение створных знаков периодически проверяется геодезическими приборами. Разбивка основных осей должна сохраняться на все время производства работ. Репер также устанавливают в местах, в которых исключено смещение грунта. Абсолютную отметку репера проставляют на нем краской. Разбивка осуществляется в соответствии с планом размещения свай, на котором указаны: несущая способность свай и проектный отказ, полученный при предпроектных испытаниях пробных свай; привязка осей свайных рядов, одиночных свай или кустов к разбивочным осям сооружения; шаг свай; отметка начала острия и верха свай; порядковые номера свай (нумеруются все сваи в пересечениях разбивочных осей здания, каждая пятая в ряду, первая и последняя в кусту). Сначала разбиваются сваи, расположенные на главных и вспомогательных осях сооружения. Сваи, расположенные на промежуточных осях, разбивают одновременно с ними, если разбивочная сетка превышает размер 6x6 м. При меньшем размере положение свай на промежуточных осях разбивается в процессе погружения. Разбивку каждого свайного ряда и куста сохраняют до приёмки всех свай этого ряда. Каждому ряду, кусту и каждой свае присваивают номер, который проставляют на плане расположения свай (для нумерации свайных рядов и кустов принимают римские цифры, для свай — арабские). Разбивку центров свай производят с помощью стальной ленты, прокладываемой по провешенной оси соответствующего свайного ряда. Центр сваи закрепляют штырем или деревянным колышком длиной 20-25 см; положение свай, находящихся на главных осях, дополнительно фиксируют деревянными сторожками, на которые наносят номер сваи. Вертикальные отметки голов свай разбивают по реперам. При забивке свай с подмостей положение осей рядов свай фиксируется прямо на них. При погружении свай на покрытой водой местности разбивочные оси закрепляются знаками на берегу или специальными каркасами и буями. Разбивка и закрепление осей свай оформляется актом.
На строительной площадке сваи разгружают с одновременной укладкой в зоне работы копра поодиночке или штабелями головами к копру перпендикулярно оси его движения. Поднимать сваи при разгрузке и погрузке необходимо за подъемные петли. При подъеме свай длиной более 6 м следует пользоваться траверсой. Перетаскивать сваи волоком запрещается. При укладке свай в штабеля их укладывают правильными рядами в горизонтальном положении не выше четырех рядов по высоте; если позволяет территория, желательно разложить в один ряд по высоте. Между горизонтальными рядами свай укладываются прокладки шириной не менее 5 см, расположенные рядом с подъемными петлями (для сохранности петель толщина прокладок должна быть на 2-3 см больше их высоты). На строительной площадке располагать сваи более чем в два яруса по высоте не рекомендуется.
При приемке доставленных на объект свай проверяется документация на их изготовление, правильность маркировки, производится наружный осмотр. В процессе подготовки свай непосредственно к погружению при необходимости производится укрупнительная сборка и обустройство свай. Укрупнительную сборку свай по длине производят в соответствии с проектом производства работ либо предварительно на специальной площадке, либо в процессе погружения. Звенья составных железобетонных свай соединяют электросваркой закладных частей, фланцами на болтах, клиновыми и другими устройствами; короткие трубчатые сваи соединяются с помощью вкладыша. Сваи-оболочки диаметром 2-3 м изготовляются члененными звеньями высотой 4-8 м, при большем диаметре каждое звено дополнительно членится продольными швами (конструкция продольных стыков устанавливается проектом). Деревянный шпунт в слабые грунты погружают пакетами из двух-трех шпунтин, сплоченных заранее и объединенных общим наголовником из обрезков швеллера. Для соединения с вибропогружателем в верхней части шпунта просверливают отверстие. К полым железобетонным сваям, погружаемым с закрытым концом, приваривают железобетонный наконечник, а к металлическим — конусообразный наконечник, изготовленный из листовой стали. Во всех случаях нужно следить за точной центровкой острия свай, так как смещение острия от продольной оси или несимметричность заострения могут привести к отклонению сваи по вертикали в процессе погружения. Перед погружением металлического шпунта протягиванием через шаблон проверяют его прямолинейность и сохранность замков, срубают наплывы, прорезают в верхней части отверстие для соединения с вибропогружателем. Заранее изготовляют угловой шпунт, для чего разрезают вдоль целые шпунтины и соединяют их заклепками внахлестку.
В процессе подготовительных работ производят пробную забивку железобетонных готовых свай. По результатам испытания пробных свай корректируют чертежи свайного сооружения и проект производства работ. Способ производства работ по устройству свайного фундамента выбирается в зависимости от типа свай, их размеров, веса, конструкции, расположения их в плане, от грунтовых условий и конкретных условий производства работ на строительной площадке.
Комментариев нет:
Отправить комментарий