Комплексная механизация и автоматизация разработки, перемещения и укладки грунта

4.	Комплексная механизация и автоматизация разработки, перемещения и укладки грунта
	Виды земляных сооружений и технологические свойства грунтов
	Подготовительные и вспомогательные процессы
	Разработка грунта механическим способом
	Гидромеханизация и закрытые способы разработки грунтов
	Разработка грунта взрывным способом
	Особенности технологии возведения земляных сооружений в зимних условиях
	Контроль качества

4.1 Виды земляных сооружений и технологические свойства грунтов.

Совокупность производственных процессов, связанных с разработкой, перемещением, укладкой грунтов и отделкой земляных сооружений, называют земляными работами.

Удельный вес земляных работ в общем объеме строительно-монтажных работ составляет: по стоимости – более 10%, по трудоемкости – более 20%.

Результатом переработки грунта являются различного вида земляные сооружения, которые можно классифицировать по ряду признаков:

• по расположению земляных сооружений относительно поверхности земли;

• по назначению и длительности эксплуатации.

По расположению земляных сооружений различают:

• выемки – углубления, образуемые разработкой грунта ниже уровня поверхности;

• насыпи – возвышения на поверхности, возводимые отсыпкой ранее разработанного грунта.

Постоянные сооружения предназначены для длительного использования. К ним относят плотины, дамбы, каналы выемки и насыпи земляного полотна дорог, выемки для искусственных водоемов и другие сооружения.

Временные сооружения имеют непродолжительный срок эксплуатации и устраиваются лишь на период строительства. Они предназначены для размещения технических средств и выполнения строительно-монтажных работ по возведению фундаментов и подземных частей здания, прокладки инженерных коммуникаций и т.п.

Временную выемку, имеющую ширину до 3 м и длину, значительно превышающую ширину, называют траншеей.

Выемку, длина которой равна ширине или не превышает десятикратной ее величины, называют котлованом.

Временные выемки, закрытые с поверхности, и устраиваемые для сооружения транспортных и коммунальных туннелей и других целей, называют подземными выработками.

Все земляные сооружения должны быть устойчивыми, прочными, способными воспринимать расчетные нагрузки, противостоять климатическим воздействиям, иметь размеры в соответствии с проектом и сохранять их в период эксплуатации.

Главнейшим требованием к постоянным и временным сооружениям является обеспечение устойчивости их боковых поверхностей – откосов. Это достигается назначением оптимальной крутизны откосов, которая выражается отношением их высоты h к заложению а – проекции откоса на горизонтальную плоскость (рис. 4.1), т.е.

,

где т – коэффициент откоса.

Коэффициент откоса зависит от вида грунта, его состояния, высоты насыпи или глубины выемки.

Рис. 4.1 Поперечные профили выемки и насыпи.

Значение коэффициента откоса принимают по нормам с учетом конкретных условий строительства.

Соотношение объемов земляных работ по видам земляных сооружений в промышленном строительстве примерно следующее (см. табл. 4.1):

Таблица 4.1

Виды земляных сооружений	%
Выемки:	83%
в том числе:
траншеи	24
котлованы	51,5
инженерные сооружения	7,5
Насыпи:	17%
в том числе:
дамбы и плотины	5
насыпи автомобильных и железных дорог	8,6
обвалования	3,4

Значительный объем земляных работ выполняется вручную. Это обусловлено тем, что для некоторых видов работ не создано эффективных машин или их создание экономически не целесообразно.

Распределение затрат ручного труда при строительстве промышленных объектов примерно следующее:

• разработка грунта в стесненных условиях 22%

• доработка дна траншей и котлованов до проектной отметки 30%

• планировка откосов и территорий 8%

• уплотнение грунта 6%

• обратная засыпка пазух траншей и котлованов 12%

• прочие процессы 22%

Для выбора рациональных комплектов машин и технологии использования их на земляных работах необходимы достоверные сведения о физико-механических свойствах и структурно-прочностных показателях грунтов.

Грунтами в строительстве называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Наиболее часто разрабатываемые грунты: песчаные (песок, супесь), глинистые (глины, суглинки), скальные (изверженные, осадочные), растительные, лёссовые^.

Виды, характеристики и технологические свойства грунтов приведены в СНиПе и в ЕНиРе на производство земляных работ.

К технологическим свойствам грунтов относят: плотность, влажность, липкость, пористость, разрыхляемость, сцепление, угол естественного откоса и др.

Плотность грунта – отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему, т.е. масса 1 м³ грунта в естественном состоянии (в плотном теле).

Плотность песчаных и глинистых грунтов – 1,6-2,1 т/м³, скальных – 2,2-3,5 т/м³.

Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой. Влажность определяют отношением массы воды в грунте к массе к массе твердых частиц грунта. Грунт считают сухим при влажности до 5% и мокрым при влажности более 30%.

Липкость – способность грунта при определенной влажности прилипать к поверхности различных предметов.

Большая липкость усложняет выгрузку грунта из ковша экскаватора или кузова автомобиля. Липкость определяют усилием, необходимым для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин – до 0,05 МПа).

Пористость характеризует структуру грунта. Чем меньше пористость, тем более плотную структуру имеет грунт.

Разрыхляемость – способность грунта увеличиваться в объеме в процессе его разработки по сравнению с объемом, занимаемым в естественном залегании. При этом плотность грунта уменьшается. Это явление называется первоначальным разрыхлением грунта и характеризуется коэффициентов разрыхления К_р.

,

где - объем разрыхленного грунта,

- объем грунта в естественном состоянии.

Для песчаных грунтов К_р = 1,08-1,17;

суглинистых - К_р = 1,14-1,28;

глинистых - К_р = 1,24-1,3.

Уложенный в насыпь разрыхленный грунт под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, движения транспорта, смачивания дождем и т.д. уплотняется. Однако, грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта К_о.р.

,

где - объем грунта при остаточном разрыхлении (после уплотнения).

Для песчаных грунтов К_о.р = 1,01-1,025;

суглинков – К_о.р = 1,015-1,05;

глинистых – К_о.р = 1,04-1,09.

Сцепление характеризуют начальным сопротивлением грунта сдвигу. На сцепление влияют вид грунта и его состояние.

Сила сцепления для песчаных грунтов составляет 0,03-0,05 МПа, для глинистых – 0,05-0,3 МПа.

Увеличение влажности приводит к уменьшению сцепления, при промерзании влажных и мокрых грунтов сила сцепления значительно возрастают.

Угол естественного откоса – угол, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия. Он зависит орт угла внутреннего трения, сил сцепления и других физических свойств.

Крутизна откоса земляных сооружений (коэффициент откоса) (см. выше) зависит от угла естественного откоса.

Земляные работы в зависимости от вида сооружений, свойств грунтов и технических ресурсов могут осуществляться механическим, гидромеханическим, взрывным или комбинированным способом. Иногда выделяют как отдельный способ – безтраншейную проходку.

Механический способ заключается в разработке грунта резанием, когда грунт разрушается в забое рабочим органом машины. Это наиболее распространенный способ, им выполняется не менее 80% всего объема земляных работ.

Гидромеханический способ состоит в разрушении и перемещении грунта потоком воды, поступающей под напором из гидромониторной установки при разработке на суше или всасываемой землесосным снарядом при подводной разработке.

Взрывной способ заключается в разрушении и перемещении грунта энергией взрыва, образующейся при химическом превращении взрывчатых веществ, размещенных в специально устроенных выработках (скважинах, шпурах, камерах и т.д.).

Комбинированный способ представляет сочетание механического с гидромеханическим или со взрывным в зависимости от условий разработки грунта.

Выбору способа разработки должен предшествовать технико-экономический анализ его эффективности в конкретных условиях производства с учетом материально-технических, энергетических и трудовых ресурсов.

По организационно-технологической структуре земляные работы выполняют специализированным потоком, включающим подготовительные, основные и вспомогательные процессы.

Подготовительные процессы предшествуют основным и выполняются до начала разработки грунта и возведения земляного сооружения. Они имеют целью осуществить подготовку территории к производству работ, включающую очистку от деревьев, кустарника, снятие растительного слоя, разборку строений, предназначенных к сносу, осушение и водоотвод; геодезическое обеспечение работ – устройство опорной сети, реперов, осевых знаков; устройство подъездных путей, разбивку сооружений на местности и т.д.

Основные процессы включают разработку, перемещение и укладку грунта при устройстве выемок, насыпей и планировку территорий для застройки.

Вспомогательные процессы сопутствуют основным и выполняются на завершающей стадии возведения земляных сооружений.

К ним относят подготовку забоя для работы землеройных машин, рыхление плотных и мерзлых грунтов, водоотлив и водопонижение, искусственное закрепление грунтов, устройство ограждений, подмостей, переходов и другие мероприятия по охране труда, временное крепление выемок и откосов и т.д.

Состав, объем и очередность выполнения процессов, входящих в подготовительные, основные и вспомогательные работы, определяются на стадии проектирования.