ВВЕДЕНИЕ Земляные работы, являясь основными и ответственными работами нулевого цикла возведения зданий и сооружений, связаны с комплексным выбором и применением землеройных, землеройно-транспортных машин и механизмов, а также транспортных средств. Актуальность учебного пособия обусловлена значимостью земляных работ при возведении различных объектов производственного и непроизводственного назначения. Возведение земляных сооружений представляет собой сложный производственный процесс, в котором участвуют самые разнообразные строительные машины и механизмы, рабочие различных специальностей разной квалификации, инженерно-технические работники. При этом применяются разнообразные объемно-планировочные и конструктивные решения объектов, схемы и методы производства работ. Оптимальное возведение земляных сооружений — это организация их строительства в минимальные сроки с учетом совершенной технологии и механизации, с максимально рациональной степенью совмещения основных строительных, специальных и других работ. Выбор оптимального варианта возведения объекта основывается на сопоставлении нескольких вариантов, которые различаются: методом возведения объекта; технологической последовательностью выполнения работ; применяемыми методами производства работ и средствами механизации; продолжительностью выполнения отдельных циклов строительства объекта; сроками начала и окончания работ. Технологическая последовательность во многом определяет общий темп строительства, порядок и методы производства специальных и вспомогательных строительных работ. При этом необходимо иметь в виду, что выполнение всех видов строительных работ, включая и специальные, должно быть увязано в единый поток, конечной целью которого является получение готовой строительной продукции в виде здания или сооружения. Основным признаком поточного строительства является равномерное и непрерывное производство. Для организации поточного производства необходимо разделить общий фронт строительных работ на отдельные участки и захватки. Разбивка объекта на участки и захватки должна определяться технологической необходимостью и предусматривать возможность трансформирования в связи с изменениями, которые могут возникнуть во время производства работ. Размеры участков устанавливают с таким расчетом, чтобы на каждом из них были примерно одинаковые объемы и трудоемкость работ. Итак, организация строительного производства должна обеспечивать направленность всех организационных, технических и технологических решений на достижение конечного результата — ввода в действие объекта с необходимым качеством и в установленные сроки. Правильная организация возведения земляных сооружений возможна при соблюдении требований проекта производства работ, контроля качества и техники безопасности выполнения работ. Инженерная подготовка земляных работ Земляные работы и последующий вывоз грунта – это первый этап строительства практически всех типов зданий. Спектр этих работ обширен и включает в себя подготовку участка, разработку и рытье котлована, прокладку траншей, планировку и вывоз грунта, благоустройство территории, а также многие другие операции. От качества производства земляных работ во многом зависит качество и долговечность фундамента и прокладываемых в земле коммуникаций, поэтому подходить к этому этапу строительства нужно максимально ответственно. Разновидности земляных работ Начальный этап строительства дома предполагает возведение временных земляных сооружений двух типов: под фундамент и под коммуникации. Временные земляные сооружения под фундамент Фундамент заливается в подготовленные в земле выемки различной конфигурации. Тип выемки зависит от вида фундамента. Выемки шириной от трех метров называются котлованами, менее широкие и длина которых во много раз превышает ширину, предназначенные в основном для укладки ленточных фундаментов и коммуникаций – траншеями, а выемки для отдельно стоящих фундаментов или столбов именуются ямами. Все эти сооружения должны иметь дно и боковые поверхности, вертикальные стенки или наклонные откосы. Размеры котлованов, траншей и ям определяются требуемыми габаритами фундамента и должны их чуть превышать для большего удобства осуществления дальнейших работ. Глубина земляных сооружений в большинстве случаев превышает уровень промерзания грунта, что также определяется требованиями к заливке фундаментов. Подробнее этот вопрос мы осветили в статье «Виды фундаментов». Временные земляные сооружения под коммуникации Коммуникации и инженерные сети прокладываются в траншеях или рвах. Глубина таких траншей определяется требованиями СНиП к прокладке инженерных сетей, а ширина – преимущественно удобством осуществления земляных работ и выбранным методом разработки. Далеко не всякий земельный участок подходит для начала строительных работ без предварительной подготовки. Сюда входят очистка территории застройки от мусора, деревьев и пней, мелкой растительности (кустарники), а также демонтаж старых зданий и фундаментов в случае их наличия. Следует иметь ввиду, что удаление деревьев происходит с разрешения экологических служб (за самовольную рубку деревьев можно получить штраф от контролирующих органов). Помимо расчистки строительной территории необходимо продумать и организовать подъездные пути для техники. Вспомогательные земляные работы включают водоотведение, понижение уровня грунтовых вод (при необходимости), рыхление плотных грунтов, крепление стенок котлованов и траншей, уплотнение грунтов. Также сюда относятся работы по разбивке выемок (вынос и закрепление на местности основных осей строения в соответствии с проектом). Для обеспечения безопасности и качества земляных работ следует соблюдать нормы по глубине: котлованы и траншеи с вертикальными стенками без дополнительного укрепления допускается делать на глубину не более 1 — 1.25 м в супесях и песчаных грунтах, и не более 1.5 — 2 м в глинах и суглинках. В случае рытья выемок на большую глубину обязательно устройство дополнительных креплений стенок. Оценка объемов работ и выбор методов разработки Оценить объемы земляных работ несложно. Для этого необходимо подсчитать, сколько кубометров грунта придется переместить и прикинуть требуемую производительность труда, чтобы выбрать оптимальный метод разработки. Стоит учитывать и тип грунта, ведь на выемку одинакового количества песчаной смеси и скальной породы уходит совершенно разное количество времени. Для определения объема выборки грунта при наличии выемки сложной формы, ее необходимо разбить на ряд простых геометрических тел, объемы которых потом суммируются. В целом, подсчет объема работ позволяет правильно организовать процесс за счет: выбора оптимального метода и средств выполнения; o определения необходимости вывоза или возможности распределения добытого из котлована или траншеи грунта по прилегающей территории с дальнейшим его использованием при устройстве обратных засыпок; o определения стоимости и продолжительности земляных работ. На этапе проектирования объем земляных работ можно подсчитать по рабочим чертежам, в процессе производства – уже по натурным замерам. o Методы разработки грунта Выбор конкретного способа осуществления земляных работ зависит от ряда факторов, среди которых свойства грунта, объем работ, тип земляного сооружения и гидрогеологические условия на конкретном земельном участке. Вывоз и перераспределение грунта После завершения рытья котлованов и траншей, независимо от способа осуществления работ, наступает черед упорядочивания выбранного грунта, в процессе работы складываемого в насыпи. Снятие и дальнейшее применение дерна Дерн (растительный слой грунта) снимается на начальной стадии проведения земляных работ. Если планируется его дальнейшая пересадка на новое место, дерн лучше срезать небольшими прямоугольниками на глубине около 10 см для сохранения корневой системы растений. Стоит отметить, что дерн непригоден для использования при обратной засыпке из-за плохой способности к трамбовке, поэтому его лучше складывать в отдельную насыпь для дальнейшей пересадки или вывоза. Неплохо было бы отдельно сложить и плодородный слой почвы — он пригодится для последующего обустройства территории. Ввоз песка для основания После завершения выемки грунта из траншеи, в ней необходимо устроить основание, для чего часто используется песок. Песчаное основание служит амортизирующим слоем, снижающим напряжение фундамента, возникающее вследствие замораживания и размораживания грунта. Кроме того, наличие песчаной подушки позволяет точно выйти на отметку заложения подошвы фундамента. А это в свою очередь приводит общий расход бетона к заложенному в проекте показателю. Уплотнение грунта и засыпка пустот вокруг фундамента После завершения заливки фундамента, снятия опалубки и гидроизоляции, необходимо привести в порядок пространство вокруг него. В частности, требуется засыпка пустот, остающихся вокруг фундамента (которые занимала опалубка или другие монтажные приспособления), а также хорошее уплотнение (трамбовка) этих участков. Засыпать фундамент необходимо до наступления зимы для того, чтобы не допустить промерзания грунта в фундаментной траншее. Нельзя для засыпки применять мусор, битую керамику, железобетонные элементы и прочие подобные субстанции, поскольку их наличие в грунте делает качественную трамбовку засыпки практически невозможной. Из-за этого в оставшихся пустотах будет скапливаться вода, которая негативно будет влиять на фундамент. Перераспределение грунта Оставшийся грунт не обязательно вывозить – его можно использовать и на участке строительства. Так, изъятый грунт часто становится основой для ландшафтного дизайна: им формируются искусственные холмы, пригорки и террасы. При необходимости лишнюю землю можно просто распланировать по территории, равномерно распределив ее и чуть подняв общий уровень. Вывоз лишнего грунта Все, что остается невостребованным необходимо вывезти с участка. Просто загрузить самосвал и опустошить его в укромном месте нельзя – необходимо получить специальное разрешение на утилизацию грунта. Проще всего обратиться в специализированную фирму, которая получит разрешение и предоставит собственный транспорт для вывоза лишнего грунта. Особенности выполнения работ в зимних условиях Земляные работы можно выполнять не только летом, но и в зимних условиях, но это связано с некоторыми трудностями, обусловленными измененными физико-механическими свойствами замерзшего грунта. При замерзании его механическая прочность существенно возрастает, из-за чего трудоемкость выемки, а значит и стоимость работ изменяются в большую сторону. Именно это является основной причиной того, что земляные работы гораздо чаще проводятся именно в теплое время года. Не рекомендуется в зимнее время проводить выемку котлованов и траншей глубиной менее 3 м. Тем не менее, здесь роль играет и тип грунта. Как производятся зимние земляные работы? Мерзлый грунт помимо повышенной механической прочности отличается пластическими деформациями, повышенным электросопротивлением и пучинистостью. Эти свойства проявляются по-разному в зависимости от типа грунта, его температуры и влажности. Так, крупнозернистые, гравийные, а также песчаные грунты чаще всего содержат мало воды, из-за чего почти не смерзаются при отрицательных температурах. По этой причине их зимняя разработка от летней практически не отличается. Такие грунты можно смело разрабатывать в любое время года, ведь они при зимней разработке не пучатся и не проседают весной. А вот пылеватые, влажные и глинистые грунты при замерзании серьезно меняют свои характеристики, поэтому их разрабатывать зимой все же не рекомендуется. Земляные работы в зимний период осуществляются тремя методами: o предварительная подготовка грунта с последующей его разработкой обычным способом; предварительная нарезка мерзлого грунта на блоки; o разработка грунта без какой-либо предварительной подготовки. Зимняя предварительная подготовка грунта заключается в его оттаивании и предохранении от обратного замерзания в процессе осуществления работ. Оттаивание промерзшего грунта осуществляется с помощью пара, горячей воды, открытого огня или электрического тока. Оттаивание – сложный, чаще всего трудоемкий и дорогостоящий процесс, поэтому прибегать к нему рекомендуется только в исключительных случаях (срыв сроков строительства, проведение аварийных работ). o Расчёт объёма землянных работ 1. «Чёрная» отметки. Концы полей делятся на квадратичные символы, называемые «Чёрная». Чёрные символы можно найти, исползуя следующее выражение: ℎ𝑘 = Г1 x (Г1 +Г2 ) l (м) Г1 ; Г2 ‒ в середине поиска находятся большие небольшие горизонты; 𝑙 ‒ самое короткое расстояние между горизонтами, которые вы ищете; 𝑥 ‒ расстояние между прямой и меньшим по горизонтали. Чёрные отметки, написанные на чёрный квадрат вправом углу. “ч” отметки x= 2.7; l= 6.5 2.7∙0.5 ℎ1ч = 71+ =71.2 6.5 x= 4.2; l= 4.7 4.2∙0.5 ℎч2 = 70.5+ =70.95 6.5 x= 4; l= 4.1 4∙0.5 ℎч3 = 70+ =70.49 4.1 x= 3.9; l= 4.1 3.9∙0.5 ℎч4 = 69.5+ =69.98 4.1 x= 2.8; l= 5.5 2.8∙0.5 ℎч5 = 69+ =69.25 5.5 x= 3.6; l= 5.8 3.6∙0.5 ℎч6 = 68.5+ =68.81 5.8 x= 4.1; l= 4.2 4.1∙0.5 ℎч7 = 70.5+ =70.98 4.2 x= 2.1; l= 6 2.1∙0.5 ℎч8 = 70+ =70.175 6 x= 0.6; l= 8.3. 0.6∙0.5 ℎч9 = 69.5+ =69.536 8.3 x= 0.6; l= 7.7 0.6∙0.5 ℎ10 =69.065 ч = 69+ 7.7 x= 3.9; l= 4.6 3.9∙0.5 ℎ13 ч = 70+ 4.6 =70.42 x= 1; l= 7.7 1∙0.5 ℎ14 ч = 69.5+ 7.7 =69.564 x= 2.1; l= 6.6 2.1∙0.5 ℎ15 ч = 69.5+ 6.6 =69.659 x= 2.9; l= 5.5 2.9∙0.5 ℎ16 ч = 69+ 5.5 =69.26 x= 3; l= 5.6 3∙0.5 ℎ17 ч = 68.5+ 5.6 =68.76 x= 5.3; l= 5.7 5.3∙0.5 ℎ18 ч = 68+ 5.7 =68.46 x= 2.7; l= 5.8 2.7∙0.5 ℎ19 ч = 69.5+ 5.8 =69.73 x= 0.7; l= 10.7 0.7∙0.5 ℎч20 = 69+ =69.03 10.7 x= 3.5; l= 6.1 3.5∙0.5 ℎч21 = 69+ =69.28 6.1 x= 4; l= 5.3 4∙0.5 ℎч22 = 68.5+ =68.87 5.3 x= 1.2; l= 7.7 1.2∙0.5 ℎ11 ч = 68.5+ 7.7 =68.577 x= 1.3; l= 8.9 1.3∙0.5 ℎ12 =68.073 ч = 68+ x= 2.4; l= 9 2.4∙0.5 ℎч23 = 68+ =68.13 9 x= 0.6; l= 10.6 0.6∙0.5 ℎч24 = 68+ =68.02 8.9 10.6 2. Нахождение средних планировочных отметок. Средняя стадия критериев планирования проекта расчёта баланса массы земли на основе состояния грунта, который принимается равным размером: 𝐻ср ∑ 𝐻1 +2 ∑ 𝐻2 +4 ∑ 𝐻4 4𝑛 (м) Усреднённый – средний целевой символ; 𝐻1 – чёрный символ, принадлежащий одному кадру; 𝐻2 , 𝐻4 – чёрные символы двух и четырёх квадратов; 𝑛 – число квадратов. ℎч 24 ∑ 𝐻1 = ℎ1ч + ℎч6 + ℎ19 ч + ℎч = 277.76 13 18 20 21 23 ∑ 𝐻2 = ℎч2 + ℎч3 + ℎч4 + ℎч5 + ℎч7 + ℎ12 ч + ℎч + ℎч + ℎч + ℎч + ℎч = 833.913 11 14 15 16 17 ∑ 𝐻4 = ℎч8 + ℎч9 + ℎ10 ч + ℎч + ℎч + ℎч + ℎч + ℎч = 554.596 𝐻ср 277.76+2∙833.913+4∙554.596 60 = 69,39 (м) 3. «Красные» отметки. Проект (красные) символы, символы, которые вы видите в углах квадрата, рампы, расположенный с помощью следующего выпажения: 𝐻кр = 𝐻ср ± 𝑖𝑙 (м) Здесь: i – относительная область; l – конец нулевой линии, перпендикулярные к квадрату расстояния. Написанное в красном квадратном значке в правом нижнем углу. знак чёрное «Рабочий» отметка «Средняя отметка» 4. Нахождение рабочих отметок. «Рабочий» называется «чёрным» и «красным» знаком, указывая высоту разреза или точки, в которой указан знак. Следовательно, положительная дивергенция указывает на выемку в точке, где выдержка распространяется, а отрицательное деление – знак опорожнения. ℎ2 − 𝐻кр = ℎраб (м) «Рабочая» отметка над площадью в верхнем левом углу написано. Например: знак чёрная «Рабочий» отметка «Средняя» отметка ℎраб =𝐻ср − ℎч (м) ℎ1раб 2 ℎраб 3 ℎраб 4 ℎраб 5 ℎраб 6 ℎраб ℎ1раб ℎ1раб ℎ1раб ℎ10 раб ℎ11 раб ℎ12 раб ℎ13 раб ℎ14 раб ℎ15 раб ℎ16 раб ℎ17 раб ℎ18 раб ℎ19 раб 20 ℎраб 21 ℎраб 22 ℎраб 23 ℎраб 24 ℎраб = −1.81 = −1.56 = −1.1 = −0.59 = 0.14 = 0.58 = −0.59 = −0.78 = −0.14 = 0.33 = 0.87 = 1.32 = −1.03 = −0.17 = −0.26 = 0.13 = 0.63 = 0.93 = −0.37 = 0.36 = 0.11 = 0.52 = 1.36 = 1.33 5. Для определения размера. Вся область подразделяется на квадратные призмы в зоне наводнения или раскопок. Квадратный след в квадратах призмы в области плиты или раскопок умножается на среднего «рабочего»: 𝑉= 𝑎2 4 (ℎ1 + ℎ2 + ℎ3 + ℎ4 ) (м3 ) Здесь: a – квадрат; ℎ1,2,3,4 - «Рабочие» знаки. Квадратный след в квадратных призмах в зоне заливки или выемки представлен следующим выражением: 𝑉К(Т) = 𝑎2 [∑ ℎК(Т) ] 4∑ℎ (м3 ) Здесь: ∑ hК(Т) - сумма «рабочих» знаков при раскопках или разгрузке при определении объёма работ в соответствующей части квадратной призмы; ∑ ℎ - абсолютная величина всего квадрата без сигналов всех «рабочих» отметок. Все найденные объёмы отображаются в следующей таблице. Таблица 1 Квадрат№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Объём (м3 ) Рабочие отметки ∑ℎ (∑ 𝒉𝒃 )𝟐 ∑𝒉 ℎ1 -1.81 -1.56 -1.1 -0.59 0.14 -0.59 -0.78 -0.14 0.33 0.87 -1.03 -0.17 -0.26 0.13 0.63 ℎ2 -1.56 -1.1 -0.59 0.14 0.58 -0.78 -0.14 0.33 0.87 1.32 -0.17 -0.26 0.13 0.63 0.93 ℎ3 -0.59 -0.78 -0.14 0.33 0.87 -1.03 -0.17 -0.26 0.13 0.63 -0.37 0.36 0.11 0.52 1.36 ℎ4 -0.78 -0.14 0.33 0.87 1.32 -0.17 -0.26 0.13 0.63 0.93 0.36 0.11 0.52 1.36 1.33 -4,74 -3,58 -2,16 0,75 2,91 -2,57 -1,35 -0.6 1.96 3,75 -1,21 0,04 0,5 2.64 4.25 4.74 3.58 1.83 0.59 2.57 1.36 0.4 1.57 0.43 0.26 - (∑ 𝒉𝑯 )𝟐 𝒂𝟐 ∑𝒉 0.33 1.34 2.91 0.46 1.96 3.75 0.36 0.47 0.76 2.64 4.25 Итог: 𝟒 насыпь 2500 11850 8950 4575 1475 6425 3400 1000 4900 3925 1075 624 6600 ∑ 𝒉𝒃 =54799 выемка 8250 3350 7275 1150 4900 9375 900 1175 1900 6600 10625 ∑ 𝒉𝑯 =555 00 Разница между результатами не должна превышать 5%, а именно: ∆𝑉 = (∑ hК(Т) − ∑ hТ(К) ) ∙ 100% = ≤ 5% ∑ hК(Т) ∆𝑉 = 55500 − 54799 ∙ 100% = 1,2% ≤ 5% 55500
