Raimondirus.ru

RAiMONDI
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Откосы в траншее глубиной более 1м. Классификация и строительные свойства грунтов

Откосы в траншее глубиной более 1м. Классификация и строительные свойства грунтов


Рытье и использование траншей – обязательная мера во время строительства и дорожных работ разной сложности.
Несмотря на то, что работа кажется просто механической деятельностью, она имеет ряд особенностей, которые нужно соблюдать для достижения желаемого результата.

Как сделать стены и откосы траншеи устойчивыми, какие разновидности их бывают, как организовать работу правильно, разберемся в статье.

Что собой представляют при земляных работах?

Надежность и устойчивость сооружений из земли является главным требованием. Для того, чтоб обеспечить его выполнение важно не просто вырыть углубление, но и спланировать откосы, крутизна которых должна отвечать заявленным нормам. Главным образом эта характеристика зависит от естественного угла откоса почвы в месте строительства.

Самой большой крутизной могут обладать откосы траншей, глубина которых не превышает 5 метров, расположенных на нескальных грунтах, которые находятся выше уровня моря, или тех, которые были искусственно осушены, как и рекомендует СНиП.

Откосы траншеи представляют собой наклонные боковые стенки углублений в грунте, которые могут осыпаться или деформироваться. Именно потому так важно соблюдать все нормы и рекомендации.

Крутизна откосов представляет собой соотношение высоты откоса насыпи, к его основанию. Именно при вычислении правильной крутизны можно быть уверенным, что откос не сползет, а насыпь будет устойчивой и безопасной.


При выборе способа создания стен и откосов, специалисты ориентируются на целый ряд характеристик, которые существенно могут повлиять на основное решение:

  • Рельеф местности.
  • Климатические условия.
  • Гидрогеологические характеристики местности, где будет траншея. Этот пункт особенно важен, поскольку если в местности, где проводятся работы, могут возникнуть паводки, то стандартные методы не сработают.

Только все эти данные в совокупности могут дать понимание полной картины.

Кроме того, важно учитывать основные требования, которые выдвигаются СНиП, и утверждены на законодательном уроне.
К ним относится:

  1. Если траншея роется в грунте, с нормальным уровнем влажности, вертикальными стенками и без дополнительных креплений, то нормы глубины выглядят так:
      в насыпных и песчаных грунтах глубина не может быть более чем 1 метр;
  2. в супесчаных и суглинистых грунтах – не превышать 1.25 метра;
  3. если земля глинистая, то предел установлен на уровне полутора метра;
  4. если грунт особо плотный, то траншея может быть до 2 метров в глубину, но при условии, что все остальные работы будут производиться незамедлительно.
  5. Если разработка проводится на мерзлых грунтах любых пород, траншея может быть на полную глубину их промерзания. Исключением является только сухой песчаный грунт, который, из-за своей подвижности и рассыпчатости, не обладает нужными характеристиками. Если нужно углубиться еще ниже, но для стен необходимы специальные подпорки.
  6. Свои особенности имеет рытье траншеи в грунтах, которые ранее подвергались воздействию мороза, но потом пришли в естественное состояние. Важно соблюдать крутизну откосов, или оборудовать дополнительную подпорку стен.

Только при соблюдении норм можно быть уверенным, что конструкция будет устойчивой и надежной.

Сущность расчета

Под откосом понимается поверхность, образованная в ходе хозяйственной деятельности человека. Такая поверхность ограничивает природный горизонтальный массив либо искусственно возведенную выемку (либо насыпь).

Готовые работы на аналогичную тему

  • Курсовая работа Расчет устойчивости откосов 490 руб.
  • Реферат Расчет устойчивости откосов 240 руб.
  • Контрольная работа Расчет устойчивости откосов 220 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

Склоном обычно называют откос, образованный природным путем, т.е. поверхность, ограничивающую массив грунта естественного сложения. При неблагоприятных сочетаниях разнородных факторов массив грунта, ограниченный склоном или откосом может перейти в неустойчивое состояние и потерять равновесие.

К основным причинам потери устойчивости грунтовых откосов относят:

  • устройство непозволительно крутого откоса или подрезка склона, находившегося в состоянии, приближающемся к предельному;
  • увеличение внешних нагрузок (возведение зданий или сооружений в непосредственной близости, складирование материалов вблизи откосов и т.д.);
  • неправильное определение расчетных характеристик грунта или снижение его сопротивления сдвигу вследствие повышения влажности;
  • воздействие гидродинамического давления, сейсмических сил или динамических воздействий различной природы (движение техники, забивка свай, работы промышленного оборудования и т.д.).

Для обеспечения устойчивости откосов в первую очередь необходимо назначить угол его заложения, т.е. угол между горизонтальной площадкой и наклонной поверхностью. Одним из наиболее распространенных способов расчета угла заложения и оценки устойчивости откосов насыпей и естественных склонов является метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Сущность данного метода заключается в получении данных о форме поверхностей скольжения при оползнях вращения опытным путем.

Требуется вычитка, рецензия учебной работы? Задай вопрос преподавателю и получи ответ через 15 минут! Задать вопрос

Главная задача расчета заключается в определении коэффициента устойчивости откоса выемки (или насыпи) для максимально опасной поверхности скольжения.

Разновидности

Еще на этапе планирования траншеи, и составления образного рисунка, конструктор должен определиться какие стенки и откосы у него будут. У каждой отдельной разновидности есть свои особенности:


Траншеи прямоугольной формы с отвесными стенками чаще всего используются в случаях, если необходимо провести минимальный объем земляных работ.
Главный их недостаток – необходимость крепления стенок, чтоб уберечь их от обвала, и обеспечить безопасность рабочих, которые будут трудиться.

Отвесные стенки можно делать лишь при условии полного отсутствия грунтовых вод в месте работы, и нормальном уровне влажности.

Траншеи с откосами не нуждаются в дополнительных подпорках, а потому дают возможность широко использовать технику для выполнения земляных работ. Они имеют большую ширину, а потому требуют большой полосы земли.

Любой угол, в силу его притяжения к земле, стремится сдвинуться в сторону. Это чревато не только обвалами, но и несчастными случаями на производстве. Чтоб избежать подобных ситуаций важно определить правильный уклон откоса, в соответствии с нормами и рекомендациями.

Сетка линий скольжения в грунтовом массиве, ограниченном предельным откосом Расчет предельных откосов />

Расчет объема котлована под здание

Пример 4. Найти объем котлована под здание, если глубина котлована равна 2,0 м, размеры по дну 10х5, а откосы стенок имеют крутизну 1:1, (1:1,25) рис.13. Площадь дна котлована равна 10х5=50 кв. м. Площадь верхнего сечения котлована равна:

[10+2*(1,25*2,0)]х[5+2*(1,25*2,0)]=15х10=150 кв. м.

Средняя площадь котлована равна:

Что такое крутизна откоса?

По большому счету угол откоса представляет собой соотношение высоты к заложению, и измеряется в градусах. Его легко определить, основываясь на параметры, приведенные в СНиП III-4-80. В ней учтены не только разные типы грунтов, но и глубина основной траншеи.

Если в месте работы есть наслоение разных видов грунта, то расчеты рекомендуется проводить по самому слабому.

Читайте так же:
Как красить миниатюры грунтовкой

Для примера, разберем простой и распространенный случай. Ровный дачный участок, где абсолютная отметка грунта принята за значение 51.30, а за нулевую отметку – 52.07. При этом нижнее значение фундаментной плиты составляет ровно 3, 000. Но, снизу плиты будет еще слой подготовки, толщиной в дополнительные 10 см. Грунт – суглинок, пространство не ограничено.

При расчете абсолютной отметки обязательно указывается два знака после запятой, а при относительных величинах — три.

Как посчитать угол откоса? Далее последовательность расчетов выглядит так:

  1. Высчитываем абсолютную отметку для фундаментной плиты. Для этого от нулевой отметки отнимаем глубину траншеи: 52.07 – 3. 000=49.07.
  2. Определяем точную отметку низа траншеи, с учетом всех факторов (в нашем случае это подложка): 49.07-0.1=48.97
  3. Определяемся с глубиной траншеи, которая будет вырыта: 51.30-48.97=2.33 метра.
  4. На заключительном этапе определяем, что согласно нашим подсчетам оптимальный угол откоса будет 45 градусов.

По такому алгоритму можно определить оптимальный угол откоса, основываясь на любые параметры.

Таблица допустимой крутизны

Для того, чтобы было проще ориентироваться во всех данных, при проведении расчетов предлагаем воспользоваться следующей таблицей:

Точно указывайте тип грунта, в котором проводятся земельные работы. В противном случае могут быть погрешности.

Таблица углов естественного откоса грунтов

Согласно сведениям, полученным от Госстроя РФ, которые размещены в сборнике от 2000 года, углы естественного откоса грунтов, соотношения высоты к заложению для разных видов грунта представлены в таблице:

Таблица углов естественного откоса пород в разрыхленном состоянии:

ПородыУгол естественного откоса, град, для породы
сухойвлажноймокрой
Растительная земля403525
Песок крупный30…3532…4025…27
Песок средний28…303525
Песок мелкий2530…3515…20
Суглинок40…5035…4025…30
Глина жирная40…453515…20
Гравий35…403530
Торф без корней402515
Скальные45…60

Угол естественного откоса — это самый большой угол, который образовывается откосом грунта в соотношении к линии горизонта в спокойном состоянии. Для того, чтоб лучше понять, как делать чертеж и рассчитывать угол откоса, приводим пример готовой работы:

Если вас интересует, что собой представляет траншея в строительстве, каково ее устройство, методы разработки, загляните в этот раздел.

Грунт: группы и виды

Из-за того, что земляные сооружения создают в грунтах, обязательно следует знать основные их характеристики. От них напрямую зависит подходящий тип фундамента. Выбор осуществляют с учетом достижения максимально возможного уровня надежности и стойкости возводимого основания.

Основные свойства грунта определяются следующими факторами:

  • формой, размером, прочностью, расположением частиц, входящих в его состав;
  • степенью взаимосвязи между ними;
  • способностью составляющих веществ к растворимости, поглощению влаги.

Грунт характеризуют с помощью таких коэффициентов:

  • сжимаемости;
  • трения;
  • пластичности;
  • разрыхления.

Классификация предусматривает деление грунтов по различным критериям. Существуют следующие их виды:

  • песчаные;
  • пылеватые;
  • глинистые;
  • скалистые;
  • обломочные.

Грунт разных видов
В зависимости от содержания воды выделяют грунт:

  • сухой (присутствует до 5% влаги);
  • влажный (5-30%);
  • мокрый (содержит больше 30 % воды).

Деление по группам представлено в таблице далее.

КатегорияВходящие разновидности грунта
1супесь, песок, суглинок лёгкий (влажный), торф, грунт растительного слоя
2легкая влажная глина, мелкий и средний гравий, суглинок
3плотный суглинок, средняя и тяжелая (разрыхленная) глина
4мерзлые грунты (глинистые, суглинистые, торфяные, песчаные, супесчаные, растительный слой), тяжелая глина
5непрочный известняк и песчаник, сланец крепкий глинистый, вечномерзлые (с примесями щебня, гальки, валунов, гравия до 10%), моренные и речные (с содержанием крупных размеров валунов и гальки до 30%)
6крепкие сланцы, глинистый песчаник, известняк мергелистый, непрочные змеевик и доломит, речные и моренные (включения валунов и гальки – до 50%), вечномерзлые (с долей гравия, валунов, гальки, щебня – до 20%)
7твердый известняк и песчаник, доломит, змеевик, слюдяные и окварцованные сланцы, мрамор, вечномерзлые (каменные компоненты составляют до 70% объема)

Также грунты разделяют на следующие разновидности:

  • плывуны;
  • мягкие;
  • средние;
  • крепкие.

Структура и свойства почвы на строительном участке играют главную роль при проведении расчетов во время проектирования фундамента. Это связано с тем, что в зависимости от вида грунта находится его несущая способность. Также каждая разновидность по-своему реагируют на погодные условия.

Углы естественного откоса грунтов и отношение высоты откоса к заложению.

Размываемость – унос частиц текучей водой. Для мелких песков наибольшая скорость воды не должна превышать 0,5–0,6 м/с, для крупных песков 1–2 м/с, для глинистых грунтов 1,5 м/с.

Согласно производственным нормам все грунты группируются и классифицируются по степени трудности разработки различными землеройными машинами и вручную. Для одноковшовых экскаваторов 6 групп, для многоковшовых 2 группы, вручную 7 групп,…

III. Подсчет объемов земляных работ

В практике промышленного и гражданского строительства приходиться главным образом рассчитывать объемы работ по вертикальной планировке площадок, объем котлованов и объем линейных сооружений (траншеи, насыпи). Объем подсчитывается в рабочих чертежах и уточняется в ППР.

В проекты производства земляных работ должны входить: картограмма земляных работ, ведомость объемов насыпей и выемок и общий баланс грунта.

В проекте должны быть объем и направление перемещения масс грунта в виде ведомости или картограммы; должна быть предусмотрена технология разработки, транспортировки грунта, обратной засыпки и уплотнения.

В состав проекта должен входить календарный график земляных работ, должны быть указаны людские, материальные ресурсы и выбор комплекса машин.

При подсчете объемов земляных работ (котлованов, выемок, насыпей) пользуются всеми известными формулами геометрии. При сложных формах выемок и насыпей их разбивают на ряд более простых геометрических тел, которые затем суммируют.

Определение объемов грунтовых масс

при разработке котлованов.

В большинстве случаев котлован представляет собой усеченную прямоугольную пирамиду. Ее объем определяется по формуле:

Объем выездной траншеи определяется по формуле:

, где:

m – коэффициент откоса.

Определение объемов грунтовых масс

при устройстве линейных сооружений.

Объем земляных работ для линейных сооружений (насыпи, выемки, траншеи) можно вычислить по формуле:

(1)

либо (2)

Эти две формулы приближенные. Если i < 0,1, то пользуются формулой Мурзо:

(3)

Если i > 0,1, то пользуются:

(4)

Подсчет объемов на кривых – формула Тюльдена:

(5), где:

r – радиус кривых;

α – центральный угол поворота.

Подсчет объемов земляных работ

при планировке площадок.

Наиболее целесообразно проектировать планировку площадки так, чтобы соблюдать нулевой баланс земляных масс, т.е. перераспределение земляных масс на самой площадке без завоза или вывоза грунта.

Читайте так же:
Как наносится грунтовка по пластику

Распределение земляных масс

в линейном сооружении.

1. продольная транспортировка грунта;

2. поперечная транспортировка грунта.

Какой способ принять, можно решить, используя неравенство:

СВК – стоимость разработки выемки и укладки грунта в кавальер;

СНР – стоимость отсыпки насыпного грунта из резерва;

СВН – стоимость разработки грунта и отсыпка его в насыпь.

Имеет значение правильный подсчет стоимости перевозок на те или иные расстояния. Чтобы правильно определить расстояние транспортировки, берут центры тяжести насыпи и выемки. Это и будет расстояние для перевозки.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Расчет устойчивости откосов

Угол естественного откоса – это угол, при котором неукрепленный каким-либо образом откос песчаного грунта может сохранять равновесие или угол наклона поверхности грунта в свободно насыпанном состоянии (без уплотнения) к горизонтальной плоскости.

Следует отметить, что определение угла естественного откоса грунта имеет важное значение при проектировании различных грунтовых сооружений, например:

  • насыпные плотины;
  • намывные плотины;
  • котлованы;
  • дамбы и т.д.

Значения угла естественного откоса вычисляются также для проведения мероприятий по их укреплению.

Сущность расчета

Под откосом понимается поверхность, образованная в ходе хозяйственной деятельности человека. Такая поверхность ограничивает природный горизонтальный массив либо искусственно возведенную выемку (либо насыпь).

Склоном обычно называют откос, образованный природным путем, т.е. поверхность, ограничивающую массив грунта естественного сложения. При неблагоприятных сочетаниях разнородных факторов массив грунта, ограниченный склоном или откосом может перейти в неустойчивое состояние и потерять равновесие.

К основным причинам потери устойчивости грунтовых откосов относят:

  • устройство непозволительно крутого откоса или подрезка склона, находившегося в состоянии, приближающемся к предельному;
  • увеличение внешних нагрузок (возведение зданий или сооружений в непосредственной близости, складирование материалов вблизи откосов и т.д.);
  • неправильное определение расчетных характеристик грунта или снижение его сопротивления сдвигу вследствие повышения влажности;
  • воздействие гидродинамического давления, сейсмических сил или динамических воздействий различной природы (движение техники, забивка свай, работы промышленного оборудования и т.д.).

Для обеспечения устойчивости откосов в первую очередь необходимо назначить угол его заложения, т.е. угол между горизонтальной площадкой и наклонной поверхностью. Одним из наиболее распространенных способов расчета угла заложения и оценки устойчивости откосов насыпей и естественных склонов является метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Сущность данного метода заключается в получении данных о форме поверхностей скольжения при оползнях вращения опытным путем.

Готовые работы на аналогичную тему

Главная задача расчета заключается в определении коэффициента устойчивости откоса выемки (или насыпи) для максимально опасной поверхности скольжения.

Основные параметры расчета

В случаях, когда сопротивление частиц сдвигу определяется исключительно силами трения, угол естественного откоса совпадает с углом внутреннего трения (φ = φ0). Однако, в реальном проектировании сопротивление грунта сдвигу зависит от множества факторов (например, от зацепления частиц).

Таким образом, величина силы трения будет определяться по формуле:

φ = φт + φз + φс + …

φт – составляющая, привносимая за счет сил трения, φз – то же, за счет зацепления, φс – то же, за счет среза частиц.

Следует заметить, что составляющая φт в большей мере зависит от минерального состава грунта, а также от наличия поверхностных пленок. Составляющая φз зависит от окатанности и формы частиц грунта.

Угол естественного откоса является легко определяемой и весьма удобной для последующих расчетов характеристикой прочности несвязных грунтов. Вышеописанный способ актуален для определения величины внутреннего трения сыпучих грунтов (например, чистых песков). Следует заметить, что при помощи такой методики можно определить угол внутреннего трения лишь приближенно. В чистых песках величина угла внутреннего трения приближенно равна углу естественного откоса.

На практике угол естественного откоса определяют на приборе УВТ, состоящем из металлического столика-поддона, резервуара и обоймы. Поддон закрепляется на трех опорах и перфорируется небольшими отверстиями для водонасыщения грунта. Шкала, предусмотренная в центре столика, имеет деления от 5 до 45 градусов. В соответствии с этой шкалой и определяется угол естественного откоса.

Если требуется определить угол естественного откоса грунта в воздушно-сухом состоянии, на столик устанавливают обойму, в которую насыпается песок до полного заполнения. После заполнения песок незначительно уплотняется. После этого обойму вертикально поднимают и по вершине образовавшегося конуса берут отсчет по вышеупомянутой шкале.

Данный опыт повторяют трижды, после чего определяют среднее арифметическое значение. Расхождение между повторениями не должно превышать 1 градус.

Если требуется определить угол естественного откоса грунта в водонасыщенном состоянии, то после заполнения обоймы грунтом резервуар заполняют водой. После полного насыщения пробы определяется угол естественного откоса вышеописанным методом.

На значение угла естественного откоса несвязных грунтов влияет однородность гранулометрического состава. Например, монодисперсные грунты, как правило, обладают большими значениями φ, чем полидисперсные грунты с аналогичным минеральным составом. Так происходит потому, что в смеси небольшие частицы заполняют образующиеся промежутки между крупными, что облегчает их смешение по поверхностям откосов.

Большое влияние на трение также оказывает количество воды в грунте (ее присутствие снижает значение φ). В песчаных грунтах повышенная влажность значительно снижает угол внутреннего трения.

Устойчивость откосов и склонов, давление грунта на подпорные стены

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дорожное полотно, дамбы, земляные плотины и т. д.), выемок (котлованы, траншеи, каналы, карьеры и т. п.) или при перепрофилировании территорий.

Склоном называется откос, образованный природным путем и ограничивающий массив грунта естественного сложения.

Откос отличают от склона большим углом наклона свободной поверхности к горизонтали. По различным литературным источникам откосом называют склон с углом наклона свободной поверхности к горизонтали более 30°. Нормативная классификация грунтовых массивов, подразделяющая их на склоны и откосы, отсутствует. В связи с эти приведенные выше определения откоса являются условными.

Массив грунта при определенных условиях может потерять устойчивость и в результате этого перейти из состояния статического равновесия в состояние движения. Такое состояние грунтового массива называется оползнем. Принятая классификация оползней основана на схемах потери устойчивости грунтового массива. Различают следующие виды оползней: оползни вращения; оползни скольжения; оползни разжижения(рис. 6.1).

Рис. 6.1. Виды оползней:

а – оползень вращения, б – оползень скольжения (пристенный оползень); 1 – поверхности скольжения в теле оползня, 2 – стационарная плоскость скольжения на границе оползня
с подстилающим устойчивым массивом

Для оползней вращения характерна форма потери устойчивости грунтового массива в виде движения по криволинейной поверхности с вращением. Оползни скольжения называют также пристенными оползнями, так как их движение при нарушении равновесия происходит по заранее известным плоскостям, являющимся плоскостями контакта грунтового массива с устойчивыми горными породами. Оползнями разжижения называют грязевые потоки разжиженного водой грунта по выработанным руслам рек и тельвегам, например, селевые потоки. Механика грунтов изучает первые два типа оползней. Нарушение равновесия массива грунта может происходить внезапно со сползанием значительных масс грунта.

Читайте так же:
Как отмыть грунтовку со стеклопакета

Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются:

· устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному;

· увеличение внешней нагрузки (возведение сооружений, складирование материалов на откосе или вблизи его бровки);

· изменение внутренних сил (увеличение удельного веса грунта при возрастании его влажности или, напротив, влияние взвешивающего давления воды на грунты);

· неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счет, например, повышения влажности;

· проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и. т. п.).

Устойчивость откоса из идеально сыпучего грунта. Откос из идеально сыпучего грунта имеет свободную поверхность, наклоненную к горизонтальной плоскости под углом α (рис. 6.2).

Элементарная частица грунта на свободной поверхности испытывает силу тяжести G, которую можно разложить на нормальную N и касательную T к наклонной поверхности компоненты:

Элементарная частица грунта удерживается на наклонной поверхности силой трения, равной произведению нормальной компоненты силы тяжести на коэффициент трения. Обозначим коэффициент трения как тангенс угла внутреннего трения φ. Тогда из уравнения равновесия проекций всех сил на наклонную плоскость получим:

Полученный результат можно обобщить в виде следующего определения: угол наклона к горизонтальной плоскости свободной поверхности откоса, сложенного идеально сыпучим грунтом, равен углу внутреннего трения этого грунта. Этот результат можно использовать в качестве теоретической основы экспериментального метода по определению угла внутреннего трения сыпучего грунта.

6.2. Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости, содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный из них – метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, относящий к схеме плоской задачи.

Этот метод был впервые применен К. Петерсоном в 1916 г. для расчета устойчивости откосов и долгое время назывался методом шведского геотехнического общества.

Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рис. 6.3, а, может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра .

Поверхность скольжения в этом случае будет представлена дугой окружности с радиусом r и центром в точке . Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек, все точки которого участвуют в общем движении. Коэффициент устойчивости принимается в виде

где и – моменты относительно центра вращения всех сил, соответственно удерживающих и смещающих отсек.

Рис. 6.3. Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения: а – расчетная схема; б – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, … – номера элементов

Для определения входящих в формулу (6.4) моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта j и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента и равнодействующая нагрузки на его поверхность . При необходимости могут быть также учтены и другие воздействия (фильтрационные, сейсмические силы и т. д.). Равнодействующие сил считаются приложенными к основанию элемента и раскладываются на нормальную и касательную составляющие к дуге скольжения в точке их приложения. Тогда

Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как

где п – число элементов в отсеке.

Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого элемента обусловливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта. Тогда с учетом выражения для закона кулона можно записать

где – длина дуги основания i-го элемента, определяемая как . Здесь – ширина элемента).

Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид

Учитывая формулу (6.4), окончательно получим

При устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения считается обеспеченной. Основная сложность при практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения и выбор радиуса r, соответствующие наиболее опасному случаю, неизвестны. Поэтому обычно проводится серия таких расчетов при различных положениях центров вращения и значениях r. Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит через нижнюю точку откоса или склона. Однако если в основании залегают слабые грунты с относительно низкими значениями прочностных характеристик j и с, то это условие может не выполняться.

Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения заключается в следующем. Задаваясь координатами центров вращения 1, 02, …, 0n на некоторой прямой, определяют коэффициенты устойчивости для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (рис. 6.3, б). Через точку min, соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок прямой и, располагая на нем новые центры вращения , , …, , вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости. Тогда и определит положение наиболее опасной поверхности скольжения. При устойчивость откоса или склона будет обеспечена.

6.3. Мероприятия по повышению устойчивости сооружений,
откосов и склонов

Первое основное направление – это уменьшение суммарных активных воздействий на сооружение, способных вызвать нарушение их устойчивости.

Примерами таких мероприятий в рассмотренных на рис. 6.4 вариантах повышения устойчивости подпорной стенки являются: устройство разгрузочных плит (рис. 6.4, д) и засыпка за стенкой крупнозернистого материала (с большим φ) (рис. 6.4, б), существенно уменьшающих активное давление грунта на стенку. В случае откосов (рис. 6.5, а) к этому разряду мероприятий относятся уположение откосов, снижение кривой депрессии и ее заглубление в тело откоса путем устройства дренажей (рис. 6.5, б), всякого рода пригрузки низовой части откоса (рис. 6.5, в), создающие обратный момент активных сил.

Рис. 6.4. Основные схемы повышения устойчивости подпорной стенки: а – типовая конструкция подпорной стены; б – засыпка крупнозернистым материалом; в – применение свайных конструкций; г – устройство упоров; д – устройство разгрузочных плит; е – устройство анкерных плит; ж – применение армированного грунта

Второй, не менее эффективный, очень многообразный путь повышения устойчивости – это увеличение реактивных сил сопротивления сдвигу.

Очевидный путь повышения устойчивости – увеличение прочности грунтов, т. е. их прочностных характеристик (φ и с) путем их уплотнения или закрепления, а в некоторых случаях даже путем замены слабых грунтов на более прочные. К этому же разряду мероприятий можно отнести заглубление сооружений и перенос возможной поверхности скольжения в более глубокие и обычно более прочные слои грунта, например, применением фундаментов свайной конструкции (рис. 6.4, в) или устройством зубьев (рис. 6.5, д). Применение зубьев позволяет перенести поверхность скольжения из контактной, как правило, нарушенной производством работ зоны грунта в область уверенно ненарушенной структуры (рис. 6.5, д).

Читайте так же:
Как долго высыхает грунтовка

Безусловно, увеличивают устойчивость сооружений на сдвиг всякого рода анкеры, например, анкерные плиты (рис. 6.4, е), которые должны размещаться за пределами призмы активного давления грунта на сооружение. Одной из разновидностей анкеровки является применение армированного грунта (рис. 6.4, ж) с использованием трения часто поставленных анкерных тяг в массиве грунта засыпки. Некоторое увеличение устойчивости обеспечивает устройство упоров (рис. 6.4, г) путем использования сил сопротивления сдвигу по их подошве.

Рис. 6.5. Повышение устойчивости напорных сооружений:

а – уположение откосов; б – устройство дренажей; в – пригрузка низовой части откоса;
г – увеличение веса сооружения; д – устройство зубьев; е – устройство противофильтрационных завес; ж – устройство дренажа и противофильтрационных завес; з – устройство противофильтрационных понуров; и – увеличение веса сооружения пригрузкой водой

При необходимости увеличения устойчивости сооружения в плоскости подошвы фундамента одним из основных мероприятий является увеличение нормальных контактных напряжений с, а в случае связных грунтов – развитие площади подошвы фундамента F. Увеличение нормальных напряжений и, как следствие, сил трения по подошве сооружения можно обеспечить, увеличивая вес сооружения Q или уменьшая противодавление воды Pw (рис. 6.5, г). Увеличение веса сооружения Q наиболее экономично может производиться путем использования пригрузки его грунтом (рис. 6.4, б) или водой (рис. 6.5, и). Уменьшение противодавления по подошве напорных гидротехнических сооружений можно обеспечить либо увеличивая путь фильтрации устройством вертикальных противофильтрационных завес (рис. 6.5, е),в частности, забивая шпунты, или противофильтрационных понуров (рис. 6.5, з), либо устройством по подошве сооружения дренажа, связанного с нижним бьефом и обычно в комбинации с вертикальными или горизонтальными противофильтрационными элементами (рис. 6.5, ж).

Примером эффективного использования пригрузки сооружения водой и комбинации дренажей с противофильтрационными элементами является анкерный понур (рис. 6.5, и), конструкция которого впервые была применена на плотине и здании станции Свирской ГЭС (1936), а затем на ряде Волжских ГЭС. При этом, в отличие от обычного, только противофильтрационного понура (рис. 6.5, з), анкерный понур, представляющий собой сравнительно тонкую железобетонную плиту, воспринимает часть сдвигающей нагрузки, действующей на сооружение, и работает в основном на растяжение. При этом водонепроницаемая гидроизолированная плита анкерного понура прижимается к грунту разностью давлений сверху воды (ΔQ) и грунта (ΔQ’) верхнего бьефа и снизу – противодавления. В результате в случае предельного состояния по подошве понура могут развиваться силы трения и сцепления, обеспечивающие существенное увеличение общего коэффициента устойчивости сооружения на сдвиг по подошве понура и основного массива сооружения.

Однако увеличение собственного веса сооружения, повышая его устойчивость по подошве сооружения, может несколько понижать коэффициент устойчивости. Поэтому эффективность такого рода мероприятий в каждом случае должна определяться проверочными расчетами.

Земляные сооружения, технологические свойства грунтов

Строительство зданий и сооружений начинается с возведения подземной части объектов и сопряжено с выполнением значительных объемов земляных работ.

Земляные работы относят к наиболее тяжелым и трудоемким видам строительных работ, выполняемым в сложных условиях и в значительной степени зависимым от природно-климатических факторов. Поэтому перед проектировщиками, технологами ставятся задачи разработки и реализации технологий, способствующих сокращению объемов земляных работ на строительной площадке.

Земляные работы выполняют различными методами, которые объединены в четыре группы:

  • механические,
  • гидравлические,
  • взрывные,
  • ручные.

Механическим методом перерабатывается грунта около 95 %, гидравлическим – около 2 %, взрывным – до 1 % всего объема земляных работ. Производство работ вручную даже в небольших объемах влияет на общие затраты труда, так как производительность ручного труда в 20…30 раз ниже механизированного.

Результатом выполнения земляных работ являются различного вида земляные сооружения, представляющие собой выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки. Выемку шириной до 3 м и имеющую длину, значительно превышающую ширину, называют траншеей. Выемку, длина которой не превышает десятикратной ее ширины, называют котлованом. Выемки под отдельно стоящие небольшие фундаменты или столбы называют ямами. Котлованы и траншеи имеют дно и боковые поверхности, наклонные откосы или вертикальные стенки.

Выемки, разрабатываемые для добычи недостающего для строительства грунта, называют резервами; а насыпи, в которые осуществляют отсыпку излишнего грунта, – кавальерами или отвалами. Места, где осуществляют разработку песка или других строительных материалов называют карьерами. Выемки, закрытые с поверхности земли и устраиваемые для прокладки туннелей называют подземными выработками.

Земляные сооружения разделяют:

  • по отношению к поверхности грунта – выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки;
  • по сроку службы – постоянные и временные;
  • по геометрическим параметрам – глубокие, мелкие, протяженные и т.п.;
  • по функциональному назначению – котлованы, траншеи, ямы, скважины, отвалы, плотины, дорожные полотна, туннели, планировочные площадки и т.п.

К временным земляным сооружениям относят выемки, разрабатываемые при возведении фундаментов зданий, для прокладки водопроводных, газовых и других сетей, насыпи для временных дорог и т.п. К постоянным относят сооружения, предназначенные для долгосрочной эксплуатации – земляные плотины, каналы, полотно дороги и т.п.

Земляные сооружения являются результатом процессов переработки грунта, основными из которых являются разработка грунта, его перемещение и укладка. В ряде случаев им предшествуют или сопутствуют подготовительные и вспомогательные процессы. Подготовительные процессы осуществляют до начала разработки грунта, а вспомогательные – до или в процессе возведения земляных сооружений. Весь этот комплекс процессов называют земляными работами.

Технологические свойства грунтов. В строительном производстве грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Свойства грунтов влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость работ. В зависимости от характеристик грунты влияют на оценку пригодности их в качестве оснований зданий и сооружений, размера допускаемой на них нагрузки, возможности их использования в качестве материала для устройства постоянных насыпей и выемок, а также выбора метода разработки грунтов.

Различают песчаные грунты – сыпучие в сухом состоянии, не обладают свойством пластичности. Они водопроницаемы. С изменением влажности меняется и объем песка. Наибольший объем имеет песок во влажном состоянии (все пространство между частицами заполнено водой). Наименьший объем имеет песок, насыщенный водой (песок осел на дно, вода выдавила из пор воздух и сама поднялась в верхние слои) Промежуточное положение занимает песок в сухом состоянии (свободное пространство между частицами заполнено воздухом). Пески подразделяют на: мелкий – более 50 % объема составляют частицы размером 0,1…0,25 мм; средний – более 50 % объема составляют частицы 0,25…0,5 мм; крупный – более 50 % объема составляют частицы 0,5…3 мм.

Читайте так же:
Инструкция по применению грунтовки для авто

Важным компонентом большинства грунтов является наличие в них глинистых частиц. В песках глинистых частиц содержится менее 3 %; в супесях – 3…10 %, в суглинках – 10…30 %; в песчаных глинах – 30…60 %; в тяжелых глинах – более 60 %.

Глинистые грунты – связные и обладающие свойством пластичности. Глины впитывают воду в большом количестве и при этом сильно разбухают. При замерзании вода увеличивается в объеме до 9 %, и глинистые грунты сильно пучатся. При высыхании глины, наоборот, с трудом отдают влагу и трескаются.

Суглинок имеет свойства глины, супесь – песка, но в значительно меньшей степени.

Для выбора наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов – плотность, влажность, сцепление, удельное сопротивление резанию, разрыхляемость и угол естественного откоса.

Плотностью называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов 1,6…2,1 т/м3, а скальных неразрыхленных грунтов до 3,3 т/м3.

Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражают в процентах. При влажности более 30 % грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5 % – сухими.

Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу Так, сцепление для песчаных грунтов равно 3…50 кПа, для глинистых – 5…200 кПа.

Удельное сопротивление резанию зависит как от свойств разрабатываемого грунта, так и от конструктивного исполнения рабочего органа землеройного оборудования. С учетом этого в строительном производстве грунты по трудности их разработки классифицируют по группам (приведены в нормативных документах).

Для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяют на шесть, для многоковшовых экскаваторов и скреперов – две, для бульдозеров и грейдеров – три группы. При разработке грунтов вручную их делят на семь групп. Как при механизированной, так и при ручной разработке в состав первой группы входят легко разрабатываемые грунты, а в последнюю – трудно разрабатываемые.

Разрыхляемость – способность грунта увеличиваться в объеме в процессе его разработки, при этом плотность его уменьшается. Это называется первоначальным разрыхлением грунта и характеризуется коэффициентом разрыхления. Коэффициент Кр вычисляют как отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии (для песчаных Кр = 1,08…1,17, для суглинков Кр = 1,14…1,28, для глинистых грунтов Кр = 1,24…1,3).

В насыпи разрыхленный грунт под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, смачивания дождем и других внешних воздействий уплотняется. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление. Показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта Кор, значение которого для песчаных грунтов находится в пределах 1,01…1,025, суглинистых – 1,015…1,05, глинистых – 1,04…1,09.

Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоянии предельного равновесия. Для обеспечения устойчивости земляных сооружений (насыпей, выемок) их возводят с откосами. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса.

Крутизна откоса определяется отношением его высоты к заложению: h/а = 1/m,

где т – коэффициент откоса (приведены в нормативных документах); h – высота откоса; a – заложение откоса.

По условиям техники безопасности рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками (без их крепления) допускается только в грунтах естественной влажности на глубину, не превышающую следующих значений: в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах – 1 м; в супесях – 1,25 м; в суглинках и глинах – 1,5 м; в особо плотных нескальных грунтах – 2,0 м. При глубине больше указанной котлованы и траншеи разрабатывают с откосами или с креплением стенок.

К подготовительным и вспомогательным процессам, связанным с разработкой выемок и возведением насыпей, относятся разбивка земляных сооружений (рис. 1), водоотвод, водоотлив и понижение уровня грунтовых вод, временное крепление стенок выемок, искусственное закрепление грунтов, разрыхление плотных грунтов.

Схема разбивки котлованов и траншей

Схема разбивки котлованов и траншей

Рис. 1 — Схема разбивки котлованов и траншей: а) схема разбивки котлована; б) схема обноски; в) элементы обноски разового использования; г) инвентарная металлическая обноска; д) схема разбивки траншеи; I-I и II-II – главные оси здания; III-III – оси стен здания; 1 – границы котлована, 2 – обноска, 3 – проволока (причалка); 4 – отвесы; 5 – доска; 6 – гвоздь; 7 – стойка

Разбивка земляных сооружений. Разбивка состоит в установлении и закреплении положения сооружений на местности. Разбивку осуществляют с помощью геодезических инструментов и различных измерительных приспособлений.

Разбивку котлована начинают с выноса и закрепления на местности (в соответствии с проектом) створными знаками основных рабочих осей, в качестве которых обычно принимают главные оси здания I-I и II-II. Затем вокруг будущего котлована на расстоянии 2…3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливают обноску.

Обноска разового использования состоит из забитых в грунт металлических стоек или вкопанных деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Доска должна быть толщиной не менее 40 мм, иметь обрезную грань, обращенную кверху, и опираться не менее чем на три столбика. Более совершенной является инвентарная металлическая обноска, состоящая из металлических стоек и труб, укрепленных на стойках хомутами. Для пропуска транспортных средств в обноске должны быть разрывы. При значительном уклоне местности обноски делают с уступами.

На обноску переносят основные разбивочные оси и, начиная от них, размечают все остальные оси здания. Все оси закрепляют на обноске гвоздями или пропилами и нумеруют. На металлической обноске оси закрепляют краской. Размеры котлована поверху, понизу и другие характерные его точки отмечают забитыми в грунт хорошо видимыми колышками или вехами. После возведения подземной части здания основные разбивочные оси переносят на его цоколь.

Для линейно протяженных сооружений (например, для траншей) 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 трассы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector