Учебное пособие. Составители: Антонина Федоровна Юдина, Аркадий Федорович Котрин, Виталий Дмитриевич Лихачев (т

Составители: Антонина Федоровна Юдина, Аркадий Федорович Котрин, Виталий Дмитриевич Лихачев (т. раб. 316-16-09), (т. моб. [phone])

Редактор

Корректор

Компьютерная верстка

Подписано к печати. Формат 60х84 1/16. Бум. Офсетная.

Усл. печ. л., уч.-изд. л.. Тираж 500 экз. Заказ, «С»

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.

198005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д. 4

Отпечатано на ризографе. 198005, Санкт-Петербург, ул. Егорова, 5

Введение

Изложены рекомендации к выполнению практических задач по дисциплине технологические процессы в строительстве, направление подготовки 270800 – Строительство.

Приводятся методики подсчета объемов работ, трудозатрат, выбора основных машин, оснастки и приспособлений, разработки календарного плана, также себестоимости земляных работ.

Цель практических занятий – закрепить полученные студентом теоретические знания, привить навыки самостоятельного решения инженерных задач, научить пользоваться справочной и нормативной литературой, что поможет студентам научиться решать практические задачи, возникающие при проектировании технологических процессов возведения зданий.

Содержание практических занятий определяется целями и требованиями учебной программы дисциплины.

Контроль знаний представлен в виде задач, схем и вопросов с ответами на них (для осуществления самопроверки), охватывающих наиболее важные разделы дисциплины и составляющие органическую часть учебного процесса.

Раздел 1. Технологический процесс производства земляных работ

1.1. Основные термины и понятия

Временные земляные сооружения – к ним относятся земляные сооружения, которые возводятся лишь на время строительства: протяженные выемки, называемые траншеями, для прокладки подземных коммуникаций, устройства фундаментов; котлованы для возведения фундаментов и подземных частей зданий и сооружений.

Вспомогательные работы (земляные) – к ним относятся: устройство временных креплений котлованов и траншей, водоотлив, понижение уровня грунтовых вод, искусственное закрепление слабых грунтов.

Грунтовые воды – подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта, не имеющего сверху сплошной кровли водонепроницаемых пород; не обладают напором и подвержены сезонным колебаниям уровня и дебита.

Грунты в строительстве – горные породы, залегающие преимущественно в зоне коры выветривания Земли (включая почвы), которые могут быть использованы в качестве оснований, материалов или среды для зданий и сооружений.

Забой – в строительстве под забоем понимается поверхность экскаваторной разработки с одной стоянки, поверхность разрабатываемого грунта при гидромеханизации и буровых работах и т. п.

Заложение откоса – обеспечение устойчивости земляного сооружения (насыпей, выемок). Крутизна откоса (коэффициент откоса) характеризуется отношением высоты земляного сооружения к заложению.

Зачистка – срезка недоборов грунта с поверхности дна и стенок выемок, котлованов для доведения их до проектных размеров. Для зачистки грунта применяются специальные приспособления, навешиваемые на экскаваторные ковшы.

Земляные работы – комплекс строительных работ, включающий выемку (разработку) грунта, перемещение его и укладку с разравниванием и уплотнением для устройства оснований зданий и сооружений, при планировке территорий под застройку.

Зумпф – аккумулирующая емкость для сбора воды или гидросмеси (например, при гидромеханизации).

Кавальер – насыпь, образуемая при отсыпке ненужного грунта, а также для временного хранения грунта, пригодного для обратной засыпки траншей и фундаментов.

Котлован – выемка в грунте, предназначенная для устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений.

Обратная засыпка – засыпка вынутым грунтом выемок и пазух, оставшихся в выемках после возведения конструкций или прокладки коммуникаций.

Основные процессы (земляные) – в комплексе земляных работ являются отрывка котлованов и траншей, планировка площадок, отсыпка насыпей с уплотнением грунтов, транспортирование грунта в отвал, подчистка и планировка дна котлованов, отделка откосов.

Откос – искусственно созданная наклонная поверхность, ограничивающая естественный грунтовой массив, выемку или насыпь. Устойчивость откоса зависит от прочности грунтов под откосом и в его основании, плотности грунтов, крутизны и высоты откоса, нагрузок на его поверхность, фильтрации воды через откос, положения уровня воды.

Открытый водоотлив – заключается в непосредственном откачивании воды из выемок. Метод эффективен при наличии грунтов с хорошей водопроницаемостью, при отсутствии ниже дна осушаемой выемки напорных водоносных горизонтов.

Постоянные земляные сооружения – насыпи железных дорог, плотины, дамбы, спланированные площадки для жилых кварталов, комплексов промышленных сооружений, стадионов, аэродромов, полезные выемки для прокладки каналов, дорог, устройства водоемов и др.

Проходка – ширина рабочей захватки работы экскаватора, размеры которой определяются в зависимости от размеров выемки, технических параметров экскаватора и оптимальных затрат времени на выполнение рабочего цикла.

Разработка (грунта) – технологический процесс копания, перемещения и погрузки (выгрузки) грунта ковшом экскаватора.

Снятие (верхнего слоя грунта) – технологический процесс по срезке, транспортированию и складированию в вал растительного слоя грунта.

Трамбование – уплотнение грунта, строительных материалов методом вертикальных ударных нагрузок.

Траншея – выемка, имеющая ширину до 3 м и длину, значительно превышающую ширину.

Укатка – технологический процесс уплотнения грунтов и строительных материалов катками.

Уплотнение – технологический процесс получения требуемой плотности грунтов и строительных материалов.

1.2. Виды земляных сооружений

В результате выполнения земляных работ создаются земляные сооружения, которые классифицируются по ряду признаков.

По назначению и длительности эксплуатации земляные сооружения подразделяются на постоянные и временные.

Постоянные сооружения предназначены для длительного использования. К ним относятся: каналы, плотины, дамбы, спланированные площадки для жилых кварталов, комплексов промышленных сооружений, стадионов, аэродромов; выемки и насыпи земляного полотна дорог; устройство водоемов и др.

Временными земляными сооружениями являются те, которые возводятся лишь на период строительства. Они предназначаются для размещения технических средств и выполнения строительно-монтажных работ по возведению фундаментов и подземных частей зданий, а также для прокладки подземных коммуникаций и др.

Временная выемка, имеющая ширину до 3 м и длину, значительно превышающую ширину, называется траншеей. Выемка, длина которой равна ширине или не превышает десятикратной ее величины, называется котлованом. Котлованы и траншеи имеют дно и боковые поверхности, наклонные откосы или вертикальные стенки.

Разделение земляных сооружений на постоянные и временные необходимо, так как к ним предъявляются различные требования в отношении устойчивости откосов, тщательности их уплотнения и отделки, обеспечения водонепроницаемости тела выемки.

Наиболее характерные профили и элементы земляных сооружений представлены на рис. 1.

Рис. 1. Виды земляных сооружений:

I – поперечный профиль выемок: а – траншея прямоугольного профиля; б – котлован (траншея) трапецеидальной формы;

в – профиль постоянной выемки; 1 – бровка откоса; 2 – откос;

3 – берма; 4 – основание откоса;5 – дно выемки; 6 – банкет;

6 – нагорная канава;

II – сечение подземных выработок; г – круглой; д – прямоугольной;

III - профили насыпи;е – временной насыпи; ж – постоянной;

IV – обратная засыпка: з – пазух котлована; и – траншеи

Временные выемки, закрытые с поверхности и устраиваемые для сооружения транспортных, коммуникационных тоннелей и других целей, называются подземными выработками.

После устройства подземных частей зданий грунт из отвала (кавальера) укладывается в так называемые «пазухи» – пространства между боковой поверхностью сооружения и откосами котлована (траншеи). Обратной засыпкой называется отсыпка грунта из отвала для полного закрытия подземной части здания или коммуникаций.

Соответствие назначению и надежность в эксплуатации земляных сооружений обеспечивается соблюдением комплекса требований при проектировании и строительстве. Все земляные сооружения должны быть устойчивыми, прочными, способными воспринимать расчетные нагрузки, противостоять климатическим воздействиям (атмосферные осадки, отрицательные температуры, выветривание и т. д.), иметь конфигурацию и размеры в соответствии с проектом и сохранять их в период эксплуатации. Требования, предъявляемые в конкретных условиях к земляным сооружениям, устанавливаются проектом в соответствии с нормами строительного проектирования.

1.3. Грунты и их свойства

В строительстве грунтами называются породы, залегающие в верхних слоях земной коры. В природе существует огромное разнообразие грунтов, отличающихся происхождением, зерновым составом, показателями физических и механических свойств, характером залегания и т. д.

При строительстве земляных сооружений наиболее часто разрабатываются песчаные (песок, супесь), глинистые (глина, суглинки), скальные (изверженные и осадочные), растительные и лессовые грунты.

Характеристика свойств и классификация грунтов производится по различным признакам в зависимости от того, рассматривается грунт как материал для возведения земляных сооружений или как физическая среда, в которой возводятся конструкции зданий и работают строительные машины.

Свойства грунтов и их физико-механические характеристики влияют на технологию производства, трудоемкость и стоимость работ. При выборе наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: объемная масса, плотность, пористость, угол естественного откоса, сцепление, влажность, разрыхляемость, прочность на сжатие и др.

Объемной массой принято считать массу 1 м³ грунта в естественном природном залегании в плотном теле. Объемная масса песчаных и глинистых грунтов составляет 1,5-2 т/м³, скальных неразрыхленных грунтов – до 3 т/м³.

Влажность характеризует степень насыщенности пор грунта водой и определяется отношением массы воды в грунте к массе его твердых частиц:

(1)

где g _в, g _c – соответственно пробы грунта до и после просушивания.

Грунты, имеющие влажность до 5 % считают сухими, свыше 30 % – мокрыми.

Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу и зависит от вида грунта и степени его влажности.

Угол естественного откоса грунта характеризуется его физическими свойствами (силой сцепления, давлением вышележащих слоев, углом внутреннего трения и др.), при которых грунт находится в состоянии предельного равновесия. При отсутствии сил сцепления наибольший угол естественного откоса равен углу внутреннего трения.

Крутизна откосов выемок и насыпей, выражаемая отношением их высоты к заложению для постоянных и временных земляных сооружений различна. Согласно строительным нормам, откосы насыпей постоянных сооружений делаются более пологими, чем откосы выемок. Более крутые откосы допускаются при устройстве временных сооружений – котлованов и траншей. Например, при суглинистых грунтах и глубине выемок до 3 м в постоянных сооружениях крутизна откосов принимается 1:1,25, в постоянных насыпях – 1:1,5, в котлованах и траншеях – 1:0,5. Откосам высоких насыпей и глубоких выемок рекомендуется придавать переменную крутизну с более пологим очертанием внизу.

В процессе разработки естественная структура грунта нарушается, вследствие чего грунт разрыхляется, увеличивается его объем. Степень разрыхления грунта определяется коэффициентом первоначального разрыхления, представляющим собой отношение объемов грунта в разрыхленном и естественном состояниях. При расчете транспортных средств для перевозки грунта, определении производительности землеройных машин, проектирования кавальеров и т. д. необходимо учитывать коэффициент первоначального разрыхления.

Разрыхленный грунт, длительное время пролежавший в насыпи, подвержен самоуплотнению за счет действия атмосферных осадков и собственной массы. Плотность грунта, пролежавшего в насыпи более четырех месяцев, а также грунта, подвергавшегося механическому уплотнению, определяется лабораторным путем.

От структуры грунта, плотности и сил сцепления в значительной степени зависит сопротивление грунта разработке, которое определяет важную технологическую характеристику грунтов – трудность разработки.

При проектировании и производстве земляных работ используется классификация грунтов по признаку трудности разработки в зависимости от способов разработки и приводится в производственных нормах (ЕНиР) и справочниках по земляным работам.

Задача 1. Определить тип и параметры земляного сооружения.

Исходные данные:

Длина здания – 24 м;

Ширина задания – 36 м;

Пролет здания –18 м;

Отметка фундаментов – -2.10 м;

Уровень грунтовых вод – -1,50 м;

Приток воды по данным пробной откачки 0,04-0,08 м³/ч с 1 м² поверхности.

Конструктивное решение фундаментов представлено на рис. 2, геологический разрез и напластование грунтов на рис. 3.

Рис. 2. Схема размещения фундаментов и их размеры

Рис. 3. Геологический разрез строительной площадки: 1 – растительный слой; 2 – песок без примесей; 3 – глина жирная мягкая без примесей; УГВ – уровень грунтовых вод на отметке минус 2,10 м

Решение:

1. Определяем характеристики грунтов (см. ЕНиР Е2 Земляные работы, вып. 1 Механизированные и ручные работы, с. 6-12; 134-139; 206. Показатели крутизны откосов и коэффициенты первоначального и остаточного разрыхления см. прилож. 1, табл.1, 3. Данные заносим в табл.1.

Таблица 1.

2. Определяем тип (котлован или траншеи) и параметры земляного сооружения.

Для построения рабочей схемы земляного сооружения необходимо определить крутизну откосов (1: m) см. табл. 1 и размеры котлована (траншеи) поверху и понизу.

При разработке земляного сооружения с откосами ширина траншеи понизу принимается равной ширине подошвы фундамента плюс 0,2 м с каждой стороны фундамента для устройства песчаной подушки или бетонной подготовки под фундамент (см. рис. 4). Толщина песчаной подготовки принимается не более 0,1 м.

Ширина траншеи по верху складывается из ширины траншеи по низу и проекции откоса на горизонталь (рис. 4.).

Рис. 4. Определение размеров земляного сооружения с откосами по дну и поверху: L – проекция откоса на горизонталь (1:m=H:L, L = m × H);a, в – размеры фундамента; Н – глубина (отметка) заложения фундамента

При разработке рабочей схемы земляного сооружения (типа) для устройства одиночных фундаментов необходимо рассмотреть вариант отрывки отдельных котлованов под каждый фундамент и вариант, когда разрабатывается общая траншея под фундаменты одного ряда колонн. Для этого вычерчивается разрезы фундаментов с откосами (см. табл. 1) одного ряда по цифровым и буквенным осям (рис. 5).

Рис. 5. Определение типа земляного сооружения:

Н – глубина заложения фундаментов; 1:m– значение крутизны откосов

Решение принимается в зависимости от объема грунта, оставшегося между фундаментами. При объеме грунта в оставшихся призмах менее 30 % от объема траншеи разрабатываются отдельные траншеи под ряд фундаментов. Эта рекомендация не может быть принята за неизменное правило, так как в каждом конкретном случае следует принимать во внимание связность и плотность грунта, наличие грунтовых вод, тип землеройной машины и др.

Таким образом, разрабатываются три траншеи (рис. 6).

2 – 2

Рис. 6. Схема земляного сооружения (траншеи)

Задача 2. Определить тип и параметры земляного сооружения.

Исходные данные представлены на рис. 7, 8.

Рис. 7. Схема размещения фундаментов и их размеры

Рис. 8. Геологический разрез строительной площадки:

1 – растительный слой; 2 – супесь без примесей, а также с примесью гравия, гальки, щебня или строительного мусора до 10% по объему; 3 – глина жирная мягкая с примесью щебня, гравия, гальки или строительного мусора свыше 10% по объему;

Дата добавления: 2014-11-29