Вопрос 5. Величина заложения откосов выемок.

При устройстве выемок на строительных площадках, не име­ющих ограничений по ширине, а также в целях обеспечения максимального уровня механизации земляных работ применяются земляные сооружения с трапецеидальным поперечным профилем (рис. 2). Основными его характеристиками являются глубина (h), ширина по дну (b) и поверху (В), заложение откосов (а), основание откоса, угол откоса.

Глубина разработки определяется разницей отметок дневной поверхности выработки (бровки) и дна (основания откоса). Под заложением откоса понимается величина проекции линии откоса на горизонталь, т. е. а =  hсtg а.

В практике проектирования земляных сооружений и в нормативной документации уклон боковых поверхностей часто выражается отношением глубины (h) к заложению откоса (а), называемым крутизной откоса (h/а). Величина, обратная крутизне откоса, носит название коэффициент откоса (m). Значение т обусловливается видом грунта, степенью его обводненности, продолжительностью использования выемки и ее глубиной. Чем монолитнее грунт и больше его обводненность, тем больше крутизна откоса выемки.

Устройство откосов с крутизной больше нормативной не обеспечивает их устойчивости в процессе функционирования, так как возможно обрушение грунта в объеме призмы (Я0). Излишнее уменьшение крутизны откосов связано с большими дополнительными объемами разработки грунта.

Основание откоса ограничивается линией пересечения плоскости откоса с дневной поверхностью грунта и дна.

Угол откоса (а) - острый угол между плоскостью откоса и горизонтальной плоскостью на уровне дна выработки.

Пространство между внешней поверхностью возведенного в выемке элемента сооружения и плоскостью откоса, засыпаемое грунтом, называется пазухой.

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.

Вопрос 6. Способы водоотвода и водопонижения грунтовых вод.

Для осушения котлованов (траншей) в процессе производства работ в грунтах с малым притоком грунтовых вод применяется открытый водоотлив, т.е. откачка воды насосами из зумпфов (приямков) и водосборных канав.

При значительном притоке грунтовых вод и большой толщине разрабатываемого водонасыщенного слоя уровень грунтовых вод искусственно понижается с использованием различных способов закрытого, т. е. грунтового водоотлива или строительного водопонижения.

Открытый водоотлив (рис. 1.3) предусматривает откачку грунтовых вод непосредственно из выемки. При разработке грунта дну (подошве) выемки придается небольшой уклон (0,2 %-0,5 %) к устраиваемому в пониженной части выемки водосборному приямку (зумпфу). Приямки устраиваются вне габаритов сооружений на расстоянии 3-10 м друг от друга и заглубляются на 1 м ниже основания сооружения. Вода из приямков откачивается диафрагмовыми или поршневыми насосами.

Рис. 1.3. Открытый водоотлив:

а - план котлована; б – поперечный разрез; 1 – водосборный колодец-зумпф; 2 – всасывающая труба; 3 – насос; 4 – канава

Количество насосов и их рабочие параметры определяется исходя из притока грунтовых вод со всей площади дна котлована и откосов, расположенных ниже отметки уровня грунтовых вод, и часовой производительности насоса определяется

, (2)

где F_дна, F_отк – площади дна котлована (траншеи) и откосов, расположенных ниже отметки уровня грунтовых вод;  – приток грунтовых вод с 1 м² площади; К = 1,5-2,0 – коэффициент запаса (на случай обильных дождей или неисправности насосов); П_н – часовая производительность выбранного насоса.

Рекомендуется при глубине выемок до 7 м применять диафрагмовые насосы, а при большей глубине – напорные центробежные. При большой площади котлована или протяженности траншей рекомендуется выбирать насосы небольшой производительности, т. к. появляется возможность равномерно расставить их по периметру котлована и последовательно включать в работу по мере отрывки.

При откачке воды из небольших котлованов под одиночные фундаменты могут использоваться насосы, установленные на автомобиле или передвижной тележке.

При подсчете трудоемкости работ по водоотливу необходимо учитывать круглосуточную работу насосов, не зависимо от сменности работ. В небольших котлованах под отдельно стоящие фундаменты водоотлив производится при отрывке котлованов и затем прекращается. Вторично водоотлив производится перед монтажом фундамента и продолжается до окончания обратной засыпки и уплотнения грунта в пазухах. Для их обслуживания выделяются слесари и землекопы, наблюдающие за работой насосов, состоянием зумпфов и т. п. При малом притоке вод насосы могут включаться периодически.

Открытый водоотлив применяется в грунтах со сравнительно небольшим коэффициентом фильтрации (до 1 м/сут) и отсутствии ниже дна осушаемой выемки напорных грунтовых вод. Недостатком этого метода является возможное разжижение грунта и вынос его частиц фильтрующей водой, что приводит к снижению несущей способности основания.

При устройстве выемок, расположенных ниже уровня грунтовых вод необходимо: осушать водонасыщенный грунт и обеспечивать, таким образом, возможность его разработки и устройства выемок; предотвращать попадание грунтовой воды в котлованы и траншеи в период выполнения в них строительных работ.

Для понижения уровня грунтовых вод используется грунтовый водоотлив, который обеспечивает снижение уровня грунтовых вод ниже дна будущей выемки. Уровень грунтовых вод понижается за счет непрерывной откачки воды водопонизительными установками из системы трубчатых колодцев и скважин, расположенных вокруг котлована или вдоль траншеи.

Искусственное понижение уровня грунтовых вод или водопонижение осуществляется, как правило, тремя способами: легкими иглофильтровыми установками (рис. 1.4), эжекторными иглофильтровыми установками и системой скважин, оборудованных глубинными насосами.

Рис. 1.4. Схема водопонижения легкими иглофильтровыми установками:

а – план котлована с расположением иглофильтров;

1 – коллектор; 2 – иглофильтр; 3 –вакуумный насос; 4 – водоупор;

б – двухярусное расположение иглофильтров; в – то же, одноярусное;

г – схема иглофильтра; 1 – наконечник иглофильтра; 2 – фильтровая сетка; 3 – фильтровое перфорированное звено; 4 – надфильтровая труба;

5 – гибкий соединительный рукав; 6 – коллектор;

д – схема движения воды при погружении иглофильтра; е – то же, при откачке грунтовой воды

Легкая иглофильтровая установка (рис. 1.4, г) состоит из стальных труб с фильтрующим звеном в нижней части водосборного коллектора и самовсасывающего вихревого насоса с электродвигателем. Ряд иглофильтров погружаются в грунт по периметру котлована или вдоль траншеи (рис. 1.4, а), и при работе насоса обеспечивается понижение уровня грунтовых вод на глубину 5-6 м. Шаг между иглофильтрами зависит от гидрогеологических условий производства работ и требуемой глубины водопонижения. Легкие иглофильтровые установки применяются в песчаных грунтах при коэффициенте фильтрации от 2 до 5 м/сут.

При коэффициенте фильтрации от 0,01 до 2 м/сут рекомендуется использовать установки вакуумного водопонижения, обеспечивающие более интенсивное понижение уровня грунтовых вод.

В глинистых грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут эффективность водопонижения может быть достигнута за счет использования электроосушения, основанного на явлении электроосмоса.

При глубине водопонижения более 5 м применяется многоярусное расположение легких иглофильтровых или эжекторных иглофильтровых установок, обеспечивающих понижение уровня грунтовых вод до 20 м.

Устройство выемок в водонасыщенных грунтах может производиться под защитой ограждения из металлического шпунта (шпунтовая стенка), водонепроницаемой ледяной стенки, создаваемой искусственным замораживанием грунта, или тиксотропными противофильтрационными экранами.