Лекции и пособия / 3. УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ - ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО РОИЗВОДСТВА - 2004_pavlenko_tsp
.pdf
60
вание производят гидравлическим домкратом (рис.3.9, а). В котловане укладывают звено трубы с наконечником и после выверки домкратом вдавливают его в грунт на длину хода штока, а затем после возвращения штока в начальное положение вводят на их место нажимной патрубок (шомпол) и процесс повторяют. По окончании вдавливания первого звена трубы на полную длину шомпол убирается, в котлован опускается следующее звено, которое приваривается встык к уже задавленному в грунт. Потом задавливают наваренное звено и циклы повторяются до выполнения прокола на всю требуемую длину(передвижение за каждый цикл 150 мм). Этот метод позволяет прокалывать в хорошо сжимаемых грунтах отверстия для труб диаметром 100 ... 400 мм на глубине более 3 м. В мало сжимаемом грунте (песок, супесь) для обеспечения устойчивости стенок дополнительно к горизонтальному усилию необходимо применять поперечное и вибрационное воздействие, что позволяет получать отверстия диаметром до 300 мм.
Рис.3.9. Закрытые способы разработки грунта:
а – прокалывание; б – продавливание; в – горизонтальное бурение; 1 – крепление передней стенки рабочего котлована; 3 – гидравлический домкрат; 4 – шомпол; 5 – труба; 6 – конический наконечник; 7 – приямок для наращивания трубы; 8 – привод; 9 – шнековое устройство для извлечения грунта из трубы; 10 – рама, передающая давление; 11 – реечный домкрат; 12 – вращающийся шпиндель; 13 – режущая коронка; 14 – лоток и приямок для пульпы
Продавливание (рис.3.9, б) применяют для прокладки стальных труб диаметром 500... 1800 мм либо коллекторов квадратного или прямоугольного сечения на расстояние до 80 м. В грунт последовательно вдавливают звенья труб со сваркой, одновременно с разработкой грунта внутри трубы и удалением его по-
61
средством шнековой установки или гидромеханическим методом – путем размыва грунта внутри трубы струей воды и последующей откачки пульпы насосом (при легко размываемых грунтах) или желонками с наращиванием их рукоятки. Трубы используют часто как футляры для размещения в них основных трубопроводов.
Бурение (рис.3.9, в) применяют для прокладки в глинистых грунтах трубопроводов диаметром 800...1000 мм на длину 80...100 м. Конец трубы снабжается режущей коронкой увеличенного диаметра и труба приводится во вращение от мотора, установленного на бровке котлована. Поступательное движение трубе сообщает реечный домкрат с упором в заднюю стенку котлована. Грунт, заполняющий трубу изнутри, может удаляться как в предыдущем случае.
Пневмопробивку ведут при помощи специального проходческого снаряда виброударного действия – пневмопробойника. Пневмопробойник представляет собой самодвижущуюся пневматическую машину, корпус которой является рабочим органом, образующим скважину. Ударник под действием сжатого воздуха совершает возвратно-поступательное движение и наносит удары по переднему внутреннему торцу корпуса, забивая его в грунт. Пневмопробойник позволяет проходить скважины длиной до 50 м для трубопроводов диаметром до 300 мм. Применение пневмопробойников резко увеличивает производительность труда по сравнению с традиционными методами бестраншейной прокладки подземных коммуникаций.
3.3.Особенности производства земляных работ
взимнее время
Подготовка к разработке грунта в зимних условиях производится путем предохранения грунта от промерзания, рыхлением, резанием или оттаиванием мерзлого грунта. Выбор способа обосновывают сопоставлением техникоэкономических показателей возможных вариантов. Важнейшие показатели: удельный расход топлива и энергии, трудоемкость и стоимость работ.
В условиях строительства предприятий угольной промышленности наиболее распространены: рыхление мерзлого грунта (ударной нагрузкой или взрыванием) и резание грунта дисковыми пилами и режущими цепями с последующей разработкой его блоками.
Предохранение грунта от промерзания достигается покрытием дешевыми местными теплоизолирующими материалами (листьями, травой, соломой, опилками, мхом, торфом и т.п.).
Необходимая толщина слоя утеплителя определяется по формуле:
δ = λ R ,
где λ – коэффициент теплопроводности материала изоляции, ккал/м час град.; R – термическое сопротивление изоляции, град м2 час/ккал.
62
Рыхление мерзлых грунтов производят преимущественно взрывным способом. Механический способ (табл. 3.6) с помощью ударных приспособлений допускается при небольших объемах земляных работ и толщине мерзлого слоя не более 0,7 м.
Без предварительного рыхления производят разработку грунта экскаваторами с ковшами емкостью 0,5-1,0 м3, оборудованными прямой лопатой – при толщине мерзлого слоя до 0,25 м и оборудованным драглайном – при толщине мерзлого слоя до 0,1 м.
Резание мерзлых грунтов осуществляют при помощи прицепных устройств к трактору, оборудованных рабочим органом в виде вращающейся дисковой фрезы или цепи со сменными режущими зубьями.
По поверхности разрабатываемого забоя нарезают перекрещивающиеся бороздки шириной 30-50 мм, определяющие размеры отдельных блоков, которые должны быть приблизительно равны размерам ковша экскаватора.
Таблица 3.6 Оборудование для механического рыхления мерзлых грунтов
Оборудование |
Применение |
Производительность в |
|
смену, м3 |
|||
Рыхлитель тяжелого типа с |
При глубине промерзания до |
До 300 |
|
тракторной тягой |
0,3 м |
||
|
|||
Передвижной копер |
То же, преимущественно при |
До 50 |
|
рытье траншей |
|||
|
|
||
Экскаватор, оборудованный |
При глубине промерзания до |
До 35 |
|
ударными приспособлениями |
0,7 м |
||
|
Оттаивание мерзлых грунтов. Различают поверхностные и глубинные способы оттаивания мерзлых грунтов. К числу поверхностных относят оттаивание при помощи рефлекторных печей, электротепляков и горизонтальных электродов; к числу глубинных – оттаивание при помощи вертикальных электродов открытого типа, электроигл, водяных и паровых игл.
Рефлекторные печи оборудуют нагревательными элементами из нихромовой спирали, намотанной на сердечник. Наружную теплоизоляцию печи обеспечивают устройством воздушного пространства между рефлектором и металлическим кожухом печи. Внутреннюю отражательную поверхность рефлектора хромируют. Техническая характеристика рефлекторной установки из трех печей показана ниже:
Площадь обогрева грунта, м3 |
2,6 |
Потребляемая мощность, кВт................................................................................. |
18 |
Расход электроэнергии на 1 м3 грунта, кВт-ч....................................................... |
~50 |
Продолжительность оттаивания грунта на глубину о,5-0,6 м, час..................... |
7-8 |
Электротепляки (рис. 3.10) изготовляют из двух металлических кожухов, вкладываемых один в другой, с заполнением промежуточного пространства те-
63
плоизиляцией. В электротепляках устанавливают нагревательные элементы (спирали).
Техническая характеристика электротепляка
Площадь обогрева грунта, м3.................................................................................. |
2,6 |
Потребляемая мощность, кВт................................................................................. |
0,7-1,0 |
Расход электроэнергии на 1 м3 грунта (оттаивание на |
|
глубину 0,8 м), кВт-ч.............................................................................................. |
30 |
Горизонтальные электроды укладывают на очищенную от снега и льда поверхность грунта и засыпают слоем опилок (15-20 см), смоченных раствором соли (концентрация 0,5%). На 1 м3 опилок требуется 125 л раствора. В качестве электродов применяют отрезки полосовой стали сечением 50х50 мм, длиной 2- 3 м.
Расстояние между электродами принимают:
при напряжении тока 65 В...................................................................................... |
15-18 см |
при напряжении тока 120 В.................................................................................... |
25-35 см |
при напряжении тока 220 В.................................................................................... |
40-50 см |
при напряжении тока 380 В.................................................................................... |
75-80 см |
Рис. 3.10. Электротепляк:
1- внешний кожух; 2- войлок;
3 – асбестовый картон; 4 – внутренний кожух; 5 – фарфоровые втулки; 6 – нагревательный элемент
Вертикальные электроды погружают в грунт на глубину не менее 0,25 м ниже уровня промерзания. Электроды изготовляют из круглой стали диаметром 12-46 мм. Длина электродов 1,4-1,6 м.
Расстояние между электродами принимают:
при напряжении тока 120 В.................................................................................... |
30 см |
при напряжении тока 220 В.................................................................................... |
40 см |
при напряжении тока 380 В.................................................................................... |
60 см |
Расход электроэнергии на оттаивание 1 м3 грунта при глубине промерзания 1,5 м – около 25 кВт/час.
64
Электрические иглы изготовляют из двух стальных труб (внутренний диаметр 12 мм), в которых монтируют нагревательные элементы (спирали).
Техническая характеристика электроиглы:
Длина иглы, мм |
|
полная............................................................................................................... |
1350 |
части, погружаемой в грунт........................................................................... |
1280 |
Рабочее напряжение, В............................................................................................ |
220 |
Потребляемая мощность, кВт................................................................................. |
1 |
Температура нагрева, град...................................................................................... |
300 |
Водяные иглы устраивают по принципу водяного отопления с принудительной циркуляцией. В комплект оборудования входят водогрейный котел, станок для бурения скважин в мерзлом грунте, комплект водяных игл, соединяемых между собой резиновыми шлангами.
Расстояние между иглами принимают в зависимости от срока отогрева массива, но не более 1,5 м. Отогреваемую поверхность засыпают опилками; разводящую сеть трубопроводов покрывают соломенно-толевыми матами.
Количество игл, необходимых для оттаивания отогреваемого массива: n ≥ SqQ ,
где Q - количество тепла, потребное для отогревания мерзлого грунта,
ккал/м3;
S – поверхность теплоотдачи одной иглы, равная обычно 0,202 м2; q – теплоотдача 1 м2 иглы, ккал/час.
Паровые иглы (рис. 3.11) опускают в заранее устроенные скважины, глубина которых на 15-20 см меньше глубины оттаивания грунта, и соединяют гибкими шлангами в общую сеть пароотогревательной установки. Включение и отключение каждой иглы производят при помощи вентилей.
Иглы располагают в шахматном порядке на расстоянии, примерно равном толщине мерзлого грунта. Срок выдерживания иглы в скважине под паром: в песчаных грунтах – 2- 3 часа, в суглинках – 3-4 часа, в глинистых грунтах – 4-6 часов.
Рис. 3.11. Паровая игла с коробом:
1 – игла; 2-короб; 3– патрубок для присоединения иглы к общей системе; 4 – шланг; 5 – головка иглы; 6 – теплоизоляция (асбестовый картон)
65
3.4. Определение объёмов разрабатываемого грунта
Для основных производственных процессов объёмы разрабатываемого грунта определяют в кубических метрахв плотном теле. Для некоторых подготовительных и вспомогательных процессов (пропашка поверхности, планировка откосов и т.п.) объемы определяют в квадратных метрах поверхности.
Подсчет объемов разрабатываемого грунта сводится к определению объемов различных геометрических фигур, определяющих форму того или иного земляного сооружения. При этом допускается, что объем грунта ограничен плоскостями и отдельные неровности не влияют на точность расчета.
В практике промышленного и гражданского строительства приходится главным образом рассчитывать объемы котлованов, траншей (и других протяженных сооружений) и объемы выемок и насыпей при вертикальной планировке площадок.
Определение объемов при разработке котлованов и траншей
Котлован представляет собой с геометрической точки зрения обелиск (рис.3.12), объем которого V подсчитывают по формуле:
V =H / (2a+a1)b + (2a1+a)b1/6,
где H – глубина котлована, вычисленная как разность между средней арифметической отметкой верха котлована по углам (отметки местности на участке планировочной насыпи и проектной на участке планировочной выемки) и отметкой дна котлована; а, b - длины сторон котлована (принимают равными размерам нижней части фундамента у основания с рабочим зазором около 0,5 м с каждой стороны), a = а' + 0,5·2, b = b' + 0,5·2; а', b'-размеры нижней части фундамента; a1, b1- длины сторон котлована поверху, а1 = а + 2H·m; b1 = 2H·m; m – коэффициент откоса (нормативная величина по СНиП).
Рис.3.12. Определение объема котлована:
а – геометрическая схема определения объема котлована; б – разрез котлована постоянного (откос 1:2) и временного (откос 1:1); 1 – объем выемки; 2 – объем засыпки
Для определения объема обратной засыпки пазух котлована, когда объем его известен, нужно из объема котлована вычесть объем подземной части со-
оружения Vоб.з = V - (а'·b')·Н.
66
При расчете объемов траншей и других линейно-протяженных сооружений в составе их проектов должны быть представлены продольные и поперечные профили. Продольный профиль разделяют на участки между точками перелома по дну траншеи и дневной поверхности. Для каждого такого участка объем траншеи вычисляют отдельно, после чего их суммируют. Траншея, протяженная выемка и насыпь на участке между пунктами 1 и 2 представляют собой трапецеидальный призматоид (рис.3.13), объем которого может быть определен приближенно:
V1-2 = (F1+F2) L1-2/2 |
(завышенный), |
V1-2 = Fср L1-2 |
(заниженный), |
где F1, F2 – площади поперечного сечения в соответствующих пунктах продольного профиля, определяемые как F = aH + H2m; Fср – площадь поперечного сечения на середине расстояния между пунктами 1 и 2.
Рис. 3.13. Схема определения объема траншеи
Более точное значение объема призматоида находят по формулам:
V1-2 = Fср + [m(H1 + H2)2/12]L1-2, V1-2 = [F1/2 + F2/2 – m(H1- H2)2/6] L1-2.
Пример №2
Определить объём котлована прямоугольной формы в плане, размерами по дну а×в =12 ×30м, глубиной h = 4,0м. Определить объём грунта, подлежащий отвозке после
засыпки пазух. Грунт – песок.
Решение 1. Наибольшая крутизна откосов должна составлять 1:1.
Размеры котлована по верху будут равны: ширина a1 =12 + 2 4 1 = 20м, длина b1 = 30 + 2 4 1 = 38м.
67
По формуле обелиска точный объём котлована составит:
W1 =h6 [(2 a +a1)b+(2 a1 +a)b1]=64 [(2 12+20)30+(2 20+12)38]=2197м3 .
Приближённый объём котлованаW2 = F +2F1 h .
Учитывая, что F = a ×b =12 ×30 =360м2 , а F1 = 20 ×38 = 760м2 , имеем:
W2 = 360 +760 4 = 2240м3 . 2
Ошибка от применения приближённой формулы составляет
Д= 2240 + 2197 100% =1,9% .
2240
Объём грунта в пазухах (в плотном состоянии) составляет
Wn = 2197 −12 30 4 = 757м3 .
Коэффициент остаточного разрыхления для песка составляет 1÷2,5%, принимаем его равным 2%. Исходя из этого, объём грунта, подлежащего отвозке (в плотном теле), W0 =12 30 4 + 757 0,02 =1455м3 .
Коэффициент первоначального разрыхления для песка принимаем равным 12%. Отсюда объём грунта в рыхлом состоянииWp =1455 1,12 =1629м3 .
Пример №3
Определить объем траншеи длиной l =150м, шириной по дну а =1,5м. Глубина траншеи в ее начале h1 = 3,0м. Продольный уклон траншеи i1 = −0,002 , продольный уклон поверхности земли i2 = −0,008 . Крутизна откосов траншеи 1: m =1:1,5 . В поперечном на-
правлении к траншее поверхность земли горизонтальна. Определить также ошибку между точным и приближенным вычислением.
Решение:
Глубина траншеи в конце участка h 2 = 3,0 +150 0,002 −150 0,008 = 2,1м. Ширина траншеи по верху в начале участка b1 =1,5 + 2 3 1,5 =10,5м . Ширина траншеи по верху в конце участка b2 =1,5 + 2 2,1 1,5 = 7,8м. Объём траншеи по точной формуле (формуле Винклера):
|
|
|
|
|
F |
+F |
|
|
|
|
(h |
|
−h |
|
)2 m |
|
|
||||||||
|
|
W1 = |
|
1 |
2 |
|
− |
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
l , |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где F1 - площадь поперечного сечения траншеи в начале участка; F2 - площадь попе- |
|||||||||||||||||||||||||
речного сечения траншеи в конце участка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Из условий задачи площади поперечного сечения траншеи |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
F |
= |
|
1,5 +10,5 |
3 =18,0м2 , |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
F |
= |
1,5 + 7,8 |
2,1 =9,76м2 . |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
(2,1 − 3,0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
+ 9,76 |
|
2 |
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
W1 = |
18 |
− |
|
|
150 |
= 2052м3 . |
|||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Объём траншеи по приближённой формуле равен: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
W2 = |
F1 + F2 |
l = |
18 + 9,76 |
150 |
= 2082м |
3 |
. |
|||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
68
Ошибка, получаемая при применении приближённой формулы, равна:
Д= |
W2 |
− W1 |
100% |
= |
2082 |
− 2052 |
100% |
=1,5% . |
|
W |
2052 |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Подсчет объемов планировочных работ производят или способом тре-
угольных призм, или по средней отметке квадратов.
При первом способе планируемый участок разбивают на квадраты со стороной (в зависимости от рельефа местности) 25-100 м; квадраты делят на треугольники, в вершинах которых выписывают рабочие отметки планировки
(рис.3.14, а).
Если отметки (Н1, Н2, Н3) имеют одинаковый знак (выемка или насыпь), объем каждой призмы (рис. 3.14, б) определяют по формуле:
V = a62 (H1 + H2 + H3 )
При разных знаках рабочих отметок (рис. 3.14, в) подсчет по этой формуле дает суммарный объем насыпки и выемки; раздельные объемы могут быть получены путем вычитания объема пирамиды ABCD из общего объема призмы
ADHYGE.
Рис. 3.14. Схема подсчета объемов земляных работ способом треугольных призм:
а- разбивка участка (цифры в кружках – номера призм; цифры на пересечении линий – рабочие отметки); б- треугольная призма при рабочих отметках одного знака; в- тоже при разнозначных отметках
По методу средней отметки квадратов подсчет планировочных объемов производят, пользуясь планом с горизонталями через 0,25–0,5 м для равнинной и 0,5–1 м для горной местности.
На план наносят сетку квадратов со стороной 10–50 м и линии границ насыпей и выемок. Объем планировки каждого квадрата подсчитывается, исходя из средних по квадрату рабочих отметок планировки.
69
Объем насыпей и выемок линейных сооружений (дороги, каналы) на пря-
молинейных участках сооружения определяется обычно по вспомогательным таблицам.
Для сооружений с криволинейной осью (рис. 3.15) можно пользоваться формулой Гюльдена:
V = F π r α ,
1800
где V-объем земляного сооружения, м3, F- площадь сечения поперечника, м2, r- радиус кривизны оси тела земляного сооружения, м, α- центральный угол поворота крайних профилей, ограничивающих криволинейный участок, град.
Подсчет объема земляных конусов у искусственных сооружений производится:
- при одинаковой крутизне откоса земляного полотна и откоса конуса – по формуле:
V = π24Η [3(b −b1 + mH )2 + m2 H 2 ],
где V1 – объем обоих конусов, м3, Н- высота насыпи в сечении по обрезу фундамента, м, b – ширина полотна, м, b1 – ширина устоя, м, m – показатель откоса земляного полотна и конусов,
Рис. 3.15. Линейное земляное сооружение с |
Рис.3.16. Откосы земляного полотна |
криволинейной осью |
у мостовых конусов |
-при разной крутизне откоса земляного полотна и откоса конуса (рис. 3.16)
–по формуле:
V1 = π6Η 3 b −2b1 (x −α) +1,5 b −2b1 nH +1,5(x −α)mH + mnH 2 ,
где n – показатель откоса конуса, x – полная величина захода земляного полотна на устой на уровне бровки, м, α - величина захода прямолинейной части земляного полотна, м.