Технология разработки грунта

Лекция № 3: «Технология разработки грунта. Общие положения»

1 Грунты и их строительные свойства

Достоверные геологические и гидрогеологические сведения о грунтах и правильная оценка их строительных свойств позволяют выбрать наиболее рациональные способы производства работ.

Грунт - это сложная трехфазная система, изучением свойств которой занимаются специальные дисциплины: инженерная геология, грунтоведение и механика грунтов.

Верхние слои земли сложены главным образом рыхлыми породами. Часть суши представляет собой выходы на поверхность горных скальных пород.

Все рыхлые грунты в зависимости от минералогического и механического состава делят на несвязные (пески) и связные (глины). Кроме того, имеются грунты, происхождение которых связано с растительностью и деятельностью живых организмов. К ним относятся верхние почвенные слои (растительный грунт) и различные виды торфов.

Твердая фаза нескальных грунтов состоит из отдельных частиц различной величины и минералогического состава. Частицы грунта в зависимости от их размеров имеют различные наименования: валуны > 200 мм, галька – 40.. 200, гравий - 2. 40, песок - 0,05 .. 2, пыль - 0,005...0,05, глина <0,005 мм.

В строительной практике рекомендуется классифицировать грунты в зависимости от содержания глинистых частиц.

К скальным относят практически несжимаемые водоустойчивые, сцементированные породы с сопротивлением сжатию в водонасыщенном состоянии более 5 МПа (граниты, базальты, некоторые виды песчаников). К полускальным относят породы, имеющие предел прочности на сжатие в сухом или водонасыщенном состоянии менее 5 МПа (гипсы, конгломераты и др.).

К наиболее важным показателям, определяющим физические свойства грунтов, помимо их механического состава, относятся: плотность, пористость, влажность, внутреннее трение и сцепление.

В соответствии с утвержденными Госстроем СССР рекомендациями (СН 528-80) под плотностью следует понимать отношение массы тела к занимаемому им объему. Применительно к грунтам надо различать:

плотность частиц грунта - отношение массы сухого грунта к объему только твердой его части, исключая объем пор (от 2,35 до 3,3 т/м³, чаще 2,6...2,7т/м³);

плотность грунта - отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому объему вместе с порами (обычно от 1,5 до 2,0 т/м³);

плотность сухого грунта - отношение массы сухого грунта без массы воды в порах к занимаемому им объему с порами (1,4...1,8 т/м³).

Глины, суглинки и супеси в зависимости от содержания глинистых частиц могут быть тяжелыми, средними или легкими. Пески в зависимости от крупности частиц бывают крупно-средне или мелкозернистые.

В процессе разработки частицы грунта отделяются друг от друга и вследствие менее плотного прилегания в последующем занимают больший объем. Коэффициент разрыхления К_р определяется как отношение объема грунта в разрыхленном состоянии V_р к объему, который занимал тот же грунт до разрыхления, V_е.

Рыхлый грунт, отсыпанный в сооружение или отвал без искусственного уплотнения, с течением времени самоуплотняется под влиянием силы тяжести, переменного увлажнения, усыхания. Процесс самоуплотнения протекает медленно, длится годами, но все же наблюдается остаточное разрыхление.

Степень увеличения первоначального объема в процессе разработки грунтов зависит от их механического состава и влажности (табл. 9).

Разрыхляемость грунтов учитывают в следующих случаях:

при определении объемов и размеров насыпей, в которые грунт укладывают без уплотнения,

при необходимости найти по объему, занимаемому рыхлым грунтом, объем, который занимал тот же грунт в состоянии естественной плотности,

при определении объема грунта в состоянии его естественной плотности в ковшах землеройных машин

при определении толщины слоя подсыпок (или отметок поверхности) на участках спланированных поверхностей при укладке грунта без искусственного уплотнения

, где

V_н - объем грунта в насыпном состоянии;

V_в - объем грунта в выемке до его разработки в состоянии естественной плотности;

Н - геометрическая толщина слоя подсыпки грунта на планируемой площади;

Н_н - необходимая толщина слоя подсыпки в расчете на самоуплотнение грунта;

ν - объем грунта естественной плотности в ковше землеройных машин;

q- геометрическая вместимость ковша землеройных машин;

К_н- коэффициент наполнения ковша грунтом в долях единицы от геометрической емкости ковша;

К^/_р=1/К_р- величина, обратная коэффициенту разрыхления, или коэффициент приведения грунта к первоначальной плотности, коэффициент влияния разрыхления;

К_о.р- коэффициент остаточного разрыхления грунта.

Допускаемая крутизна откосов земляных сооружений зависит от таких свойств грунта, как внутреннее трение и сцепление между его частицами. Трение и сцепление являются также основными факторами, определяющими трудность разработки и перемеще­ния грунта.

Наиболее энергоемкая и дорогостоящая часть процесса производства земляных работ - разработка грунта.

Показателями, определяющими

трудность разработки грунта землеройными машинами, служат удельное сопротивление грунта резанию и удельное сопротивление грунта копанию. Сопротивление грунта копанию зависит от вида и состояния грунта и от конструктивных особенностей рабочих органов машин.

Сопротивления разрабатываемых грунтов резанию и копанию можно снизить предварительным рыхлением или увлажнением их. Увлажнение следует проводить с таким расчетом, что бы грунт не налипал на рабочие органы и не затруднялось передвижение механизмов по поверхности забоя.

Физические свойства грунтов определяют основное качество их - трудность разработки, которая кладется в основу классификации грунтов в строительном деле.

Категорию скальных и полускальных пород устанавливают в зависимости от продолжительности бурения 1 м шпура определенным буровым инструментом.

В соответствии с действующей в настоящее время классификацией грунтов, принятой Строительными нормами и правилами (СНиП), все грунты разделены на 11 групп.

Рыхлые грунты отнесены к первым трем группам. Их можно разрабатывать землеройными машинами без предварительного рыхления. Все остальные группы от (IV до XI) охватывают полускальные и скальные породы различной твердости, а также твердую карбонную кембрийскую глину, отвердевший лесс, морену с крупными валунами и др.

Единая классификация грунтов является осредненной и далеко не универсальной для всех способов разработки, так как она в основном приспособлена для землеройных машин. В связи с этим для каждого способа разработки в настоящее время имеется своя особая классификация грунтов .

В производственных нормах на механизированные земляные работы (СНиП, ЕНиР, ВНиР) грунты разделены на группы применительно к каждому конкретному виду землеплотности. Наиболее существенную роль играет влажность в случаях уплотнения грунта при укладке его в качественные насыпи.

Грунты, содержащие глинистые частицы, обладают при определенной влажности свойствами пластичных тел.

По числу пластичности грунта можно установить его разновидность в зависимости от содержания глинистых частиц.

Весьма важное свойство грунтов - способность их выдерживать нагрузки от передвигающихся и работающих машин.

Давление на грунт от ходового оборудования землеройных и землеройно-транспортных машин характеризуется следующими значениями (кПа):

Грунты в состоянии обычной естественной влажности обладают довольно хорошей несущей способностью. Однако с увеличением влажности прочность их резко снижается.

Это особенно неблагоприятно в условиях строительства осушительных систем при высоком уровне грунтовых вод, а также в периоды обильного выпадения осадков, таяния снегового покрова, плохой испаряемости при низких температурах, высокой влажности воздуха. При насыщении грунтов водой происходит их размокание, теряется связность, снижается прочность, ухудшается проходимость территории. С этими обстоятельствами надо считаться при выборе типа ходового оборудования машин, устройстве временных подъездных дорог, составлении календарных планов работ.

Нагрузка на грунт ρ от гусеничных машин должна быть несколько меньше несущей способности грунтов ρ_н. ρ≤(0,6 ... 0,8)ρ_н.

Следует также иметь в виду, что во время работы землеройных машин происходит резкое перераспределение нагрузок между опорными частями ходового оборудования, возникают дополнительные динамические и вибрационные нагрузки. Так, при работе одноковшовых экскаваторов удельные давления на грунт могут в 10...15 раз превысить средние расчетные давления, указанные в характеристиках машин.

2. Виды земляных сооружений и работ. Баланс грунтовых масс

Все земляные сооружения делят на выемки и насыпи. К выемкам относят сооружения, расположенные ниже поверхности, а к насыпям - сооружения, возводимые отсыпкой грунта выше дневной поверхности Сооружения из грунта, располагаемые частично в выемке, частично в насыпи, относят к полувыемкам, если преобладает выемка, или к полунасыпям, если преобладает насыпь.

В зависимости от назначения выемки делят на профильные (деловые), являющиеся частью строящихся сооружений, и непрофильные (карьеры, резервы), из которых берут грунт для насыпных сооружений. С учетом срока службы земляные сооружения считают постоянными или временными, возводимыми на время производства строительных работ.

 Насыпи бывают двух видов: профильные (качественные) и непрофильные. К профильным относят все насыпи, возводимые в соответствии с заданными размерами в плане и по высоте и с уплотнением грунта так, чтобы они имели необходимую плотность, прочность, водонепроницаемость, статическую устойчивость.

В местах складирования не используемого из выемок грунта образуются непрофильные насыпи (отвалы, кавальеры).

К насыпям следует относить и обратные засыпки ранее образованных выемок или естественных ям и понижений. Обратные засыпки можно выполнять с искусственным уплотнением или без уплотнения.

Котлован - это временная профильная выемка для возведения искусственного сооружения ниже естественной или искусственной дневной поверхно­ти.

Траншея - линейно протяженный котлован с вертикальными или наклонными стенками для укладки трубопроводов, дрен, кабелей, ленточных фундаментов.

Карьер - сосредоточенная выемка, в которой открытым способом добывают полезные ископаемые породы, в том числе грунт для насыпных земляных сооружений.

Резерв - линейно протяженная выемка с запасом грунта, который берут для возведения линейно протяженных насыпных сооружений.

Отвал - непрофильная насыпь, место сосредоточенного складирования неиспользуемого или непригодного грунта.

Временный или промежуточный отвал - место для временного склади­рования грунта, используемого в дальнейшем для насыпей и засыпок.

Кавальер - непрофильная линейно протяженная насыпь неиспользуемого грунта вдоль линейной профильной выемки (канала, дороги).

Кювет - линейно протяженная профильная выемка в виде канавы для сбора и отвода воды от линейного сооружения (обычно вдоль дороги).

Крутизна откосов сооружений характеризуется коэффициентами заложения откосов

, где

L- длина горизонтальной проекции откоса;

Н -глубина выемки или высота насыпи;

α- угол наклона поверхности откоса к горизонтальной поверхности.

Крутизна откосов постоянных земляных сооружений задается проектом из условия их устойчивости. В нескальных грунтах т обычно не меньше единицы.

Крутизну откосов временных котлованов и траншей назначают с учетом грунтов и глубины выемок.

При глубине выемок более 5 м крутизну откосов определяют расчетом из условия их устойчивости. В переувлаженных грунтах с высоким уровнем грунтовых вод откосы принимают не круче 1:1.

Для водохозяйственного строительства наиболее характерны следующие земляные сооружения: русла открытых каналов в выемках, полувыемках, полунасыпях и насыпях; траншеи под трубопроводы и горизонтальный дренаж; котлованы под различные сооружения; земляные насыпные плотины и дамбы.

В особый вид работ следует выделить планировочные работы, выполняемые для выравнивания поверхности поля и придания ему заданного уклона. При их выполнении срезают грунт с повышенных мест и отсыпают его в понижении с общим выравниванием поверхности.

Объем земляных работ определяют в соответствии с правилами вычисления объемов геометрических тел. При сложной конфигурации выемок и насыпей их разбивают на более простые части, объемы которых определяют по формулам геометрии. Для определения объемов по многочисленным однообразным объектам (каналам, дамбам, валикам) используют готовые таблицы и вычислительные машины.

Все объемы работ при разработке принято определять по грунту в состоянии естественной плотности. Различают проектные и производственные объемы работ.

Проектные (их называют также геометрические или профильные) объемы вычисляют по геометрическим размерам, предусмотренным проектом сооружения. Для земляных сооружений в выемке и в полувыемке проектный объем определяют по геометрическим размерам выемки, а для сооружений в полунасыпи и насыпи - по геометрическим размерам насыпных частей в соответствии с проектными размерами. Производственные объемы работ соответствуют фактически выполненным с учетом дополнительных объемов, появляющихся при повторных переработках (перекидках) грунта, а также с учетом удаления и замены непригодных грунтов, переуплотнения их в профильных насыпях, необходимого запаса на осадку насыпи и основания сооружения. Обобщение опыта производства работ по строительству каналов показывает, что соотношение между профильными V_проф и производственными V_произв объемами работ определяется соотношением:

Разрабатываемый в выемках грунт подлежит перемещению в насыпи. Наиболее целесообразно грунт из профильных (деловых) выемок перемещать в профильные насыпи, сводя к минимуму непрофильные объемы работ в карьерах и резервах. При больших объемах котлованов карьеры для устройства насыпей могут не понадобиться. Наиболее рационального использования грунта из выемок можно добиться при составлении баланса грунтовых масс.

Баланс грунтовых масс - это проектный документ, отражающий рациональное распределение грунта между выемками и насыпями. Его составляют в виде схем и таблиц (табл. 15) с учетом наилучшего использования грунта из профильных выемок для возведения насыпей при минимальных дальностях перемещения грунта и минимальной общей стоимости земляных работ по объекту

На схемах стрелками показывают направления всех перемещений грунта, выписывают объемы и дальности его возки. В левой части ведомости баланса грунтовых масс выписывают все виды выемок и их объемы, в правой части - насыпи и их объемы.

При составлении баланса грунтовых масс должны быть учтены работы, связанные с удалением непригодных грунтов, подготовкой оснований, обратные засыпки и дополнительные перемещения грунта, а также переуплотнение грунта в профильных насыпях, запасы на осадку и потери грунта при перемещении. Объемы выемок надо определять с учетом всех перечисленных факторов Сумма объемов всех выемок должна быть равна сумме объемов всех насыпей.

Таблица 15.

4. Способы производства земляных работ

Все известные приемы выполнения земляных работ принято делить на четыре способа: механический, гидравлический, взрывной, ручной (табл. 16). Кроме того, широко распространены комбинированные приемы с различным сочетанием перечисленных способов. Способ производства работ механическими средствами предусматривает применение для разработки, транспорта и укладки грунта машин и механизмов.

Способ гидромеханизации заключается в том, что грунт разрабатывается, транспортируется и укладывается с помощью воды, которая на месте разработки превращает грунт в гидросмесь, движущуюся по законам гидравлики; на месте укладки создаются условия для выпадения частиц грунта в осадок и сброса осветленной воды.

Взрывной способ заключается в том, что с помощью разных механических средств устраивают предварительные выработки небольшого объема для закладки зарядов взрывчатых веществ. Энергия взрыва используется для разработки грунта в выемках и отбрасывания его за пределы выемки.

Выбор того или иного способа производства работ зависит от многих факторов: физических свойств грунтов, размеров и форм выемок и насыпей, мощности средств механизации, наличия или отсутствия воды или трудности ее подвода на место работ, стоимости единицы объема работ, трудоемкости, объемов работ, (в том числе на единицу длины выемки или насыпи), энергоемкости на единицу объема работ, наличия или отсутствия источников энергии, сроков производства работ.

При возможности использования всех способов производства работ требуется экономическое сравнение.

В условиях гидромелиоративного строительства большую часть объемов земляных работ выполняют с помощью механических средств (машин).

16. Характеристика основных способов производства земляных работ в гидромелиоративном строительстве (по В. Н. Шафранскому).

Так как многие виды работ в гидромелиоративном строительстве по условиям их производства не отличаются от подобных работ при строительстве сооружений иного назначения (например, дорог, объектов промышленного и гражданского строительства, карьеров строительных материалов и др.), то для их выполнения применяют общестроительные машины. Однако в гидромелиоративном строительстве имеются специфические виды работ (нарезка каналов мелкой сети, устройство трубчатого дренажа, очистка каналов от наносов и растительности, устройство противофильтрационных одежд и др.), требующие применения специальных мелиоративных машин.

При производстве земляных работ выполняют три основных строительных процесса: разработку, транспортировку и укладку грунта. Кроме того, проводят подготовительные работы на площади будущего сооружения или полосы по трассе канала (валка и сводка леса, корчевка пней, срезка кустарника, рыхление тяжелых грунтов, уборка камней).

Ведущий процесс при земляных работах - разработка грунта, выполняемая в основном землеройными и землеройно-транспортными машинами Применение того или иного типа машин определяется видом грунтов, их состоянием и размерами земляных сооружений. Относительные объемы земляных работ, выполняемые в водном хозяйстве разными машинами, характеризуются такими цифрами (в %):

Следует иметь в виду неравномерность использования перечисленных машин по мелиоративным зонам. Так, в зоне осушительных мелиорации почти не применяют скреперы и значительно шире используют специализированные многоковшовые экскаваторы.

В последние годы уменьшается удельный вес работ, выполняемых одноковшовыми экскаваторами, вследствие использования более экономичных землеройно-транспортных машин и специализированных машин непрерывного действия. Такая тенденция сохранится и в будущем.

Земляные работы выполняют с перемещением механизмов или только их рабочих органов - ковшей. Различают продольный способ разработки грунта, когда механизм или рабочий орган движется вдоль оси сооружения, и поперечный - при их перемещении под прямым или близким к нему углом к оси сооружения.

§ 15. Производство земляных работ в зимнее время

Специфика земляных работ зимой.

Выполнение земляных работ зимой связано с трудностями, обусловленными главным образом изменением свойств грунтов при замерзании в них свободной воды. Резко возрастет прочность грунтов на сжатие и сопротивление их резанию и копанию. С понижением температуры и увеличением начальной влажности трудность их разработки резко возрастает.

Кроме того, при низких температурах и ветре снижается трудоспособность рабочих, усложняются условия эксплуатации строительных машин, увеличивается их износ, появляются дополнительные операции (расчистка от снега, рыхление и уборка мерзлого грунта). Все это приводит к снижению производительности труда и удорожанию работ.

Увеличение трудоемкости и стоимости работ находится в прямой зависимости от глубины промерзания грунта и длительности морозного периода.

С учетом этих показателей вся территория СССР поделена на 10 температурных зон (табл. 48).

Глубина промерзания грунта в большой степени зависит от вида грунтов, их влажности, длительности мо­розного периода (рис. 60, в).

Глубину промерзания грунта получают по данным метеостанций, а при их отсутствии вычисляют приближенно по формуле А. Н. Будникова (или других авторов):

, где

λ- коэффициент теплопроводности грунта, Вт /(м ^○ С).

Т- средняя из среднемесячных температур воздуха в зимний период;

n- число дней с отрицательной температурой;

С- коэффициент уменьшения глубины промерзания при снежном покрове;

Разработанные в мерзлом состоянии грунты имеют большую пористость, что характеризуется коэффициентами разрыхления К_p= 1,35...1,5. Так как мерзлые грунты при укладке обычно не уплотняют, необходимо предусматривать значительный запас на осадку насыпей отсыпаемых из мерзлых грунтов.

В связи со значительным увеличением   трудоемкости и стоимости для производства земляных работ зимой следует выбирать объекты с такими условиями, при которых в меньшей степени будет сказываться влияние изменения свойств грунтов. К ним относят объекты с сухими сыпучими, скальными, торфянистыми труднопроходимыми летом грунтами, места с меньшей глубиной промерзания при большом снежном покрове и травянистой растительностью, сосредоточенные выемки с глубиной разработки, значительно превышающей глубину промерзания грунта.

Успешное выполнение земляных работ в зимнее время обеспечивается правильной проектной и соответствующей организационно-технической подготовкой. Для этого должны быть собраны и оценены климатические условия района. Их можно наглядно оформить в виде сводных графиков.

Разработка мерзлых грунтов. В настоящее время применяют многочисленные приемы разработки грунта зимой (рис. 62). Все их можно разделить на четыре группы: предохранение от промерзания, рыхление, непосредственная разработка, отогрев мерзлых грунтов.

При производстве работ на больших площадях наиболее эффективно выполнять подготовительные работы с осени для уменьшения глубины промерзания грунта путем увеличения его пористости, утепления, внесения химических веществ, образующих растворы с низкой температурой замерзания (чаще всего поваренная соль).

Рыхление на глубину 25...30 см проводят рыхлителями, плугами, а перелопачивание и буртование на глубину промерзаемого слоя - землеройными машинами.

Необходимую толщину защитного утепляющего слоя можно найти на основании теплотехнических расчетов с учетом свойств используемых материалов. Приближенно толщину защитного слоя утеплителя можно вычислить по формуле

 ,где

Н_м - ожидаемая глубина промерзания грунта без утеплителя и снежного покрова, см;

h_c - толщина снежного покрова, см;

r₁ - коэффициент сравнительной температуропроводности для снега (3-рыхлого; 2 - слежавшегося; 1,5 - подтаявшего);

r ₂ - коэффициент уменьшения промерзания грунта под слоем теплозащитного материала (табл. 50);

r ₃ - коэффициент ухудшения теплоизоляционных свойств утеплителя за счет уплотнения (~1,3).

Для теплозащиты грунта в районах с устойчивыми отрицательными температурами возможно применять пенолед, намораживая с осени искусственно приготовленную пену. Слой пенольда толщиной 0,5 м уменьшает глубину промерзания грунта на 1 м. При неустойчивых отрицательных температурах и достаточном экономическом обосновании можно использовать синтетические утеплители типа пенополистирола.

Замерзание грунта можно предотвратить внесением в грунт с осени поваренной соли или других солей, образующих при растворении в грунтовых водах незамерзающие растворы.

Рис. 63. Способы уменьшения глубины промерзания, рыхления и разработки мерзлого грунта:

а -рыхление и утепление грунта над выемкой с осени;

б - перелопачивание грунта в пределах глубины промерзания;

в, г, д - рыхление мерзлого грунта механическим способом;

е - клинья для рыхления грунта ударным способом;

ж - сбрасываемые грузы для дробления грунта;

з, и, к - рыхление грунта взрывным способом;

л, м - дисковый и баровый рабочие органы для нарезки щелей;

к, о - приемы уборки блоков мерзлого грунта после нарезки щелей.

Необходимая концентрация раствора зависит от температуры промерзающего грунта. Расход поваренной соли на 1 м³ грунта колеблется для III температурной зоны от 3...4,5 кг для песчаных до 5...9,5 кг для глинистых грунтов, в зависимости от сроков выполне­ния работ (в начале или в конце зимы).

Мерзлые грунты рыхлят либо механическими средствами, либо взрывным способом. При малой глубине промерзания грунт рыхлят с помощью тракторных прицепных и навесных рыхлителей (рис. 63, в) на глубину от 0,7 м.

При большей глубине промерзания рыхление ведут сколом клиньями или дроблением ударом (рис. 63, г, д, ё, ж), а также взрывным способом с применением шпуров (при Н_м<2 м), горизонтальных рукавов (при Н_м=2…3 м), минных камер (при Н_м>3 м) только с зубьями из специальной и линейных щелевых зарядов. Легкими одноковшовыми экскаваторами разрабатывают грунт при глубине промерзания до 0,25 м, крупными - до 0,4 м, а многоковшовыми траншейными -только с зубьями из специальной стали.

При блочном способе разработки грунта мерзлый слой с помощью щелерезных машин (баровых, дисковых) разрезают на мелкие (до 0,6 м) или крупные (до 2 м) блоки и удаляют их за пределы разрабатываемой площади (рис. 63,л, м, н, о). Дальнейшую разработку ведут обычными способами, не допуская замерзания грунта.

Рис. 64 Способы оттаивания мерзлого грунта:

а, б-с поверхности огневым способом с использованием твердого и жидкого топлива;

в- поверхностными электродами;

е- глубинными стержневыми электродами;

ж- конец глубинного электрода в зоне не мерзлого грунта;

з, и- глубинные трубчатые электронагреватели (тены);

к- циркуляционная паровая или водяная игла;

л- перфорированная паровая игла для подогрева грунта острым паром.

51. Технико-экономические показатели способов разработки мерзлых грунтов II...III групп (по данным Ю. К- Тарновского)

Наиболее дорогой из всех способов разработки мерзлых грунтов - оттаивание (рис. 64). Общий расход тепла кДж/м³ для доведения грунта до заданной температуры складывается в общем виде из следующих элементов;

, где

q₁ - расход тепла на нагрев минеральных частиц грунта;

q₂ - расход тепла на нагрев льда в грунте до 0°С;

q₃- расход тепла на плавление льда;

q₄ - расход тепла на нагрев незамерзшей воды до конечной температуры;

q₅ - теплопотери с поверхности отогреваемого грунта.

В качестве источников тепла применяют открытый огонь, электроэнергию и теплоносители - пар, горячую воду.

При глубине промерзания до 0,7... 0,8 м для оттаивания грунта тепло подводят с поверхности, а при большей глубине источники тепла вводят в грунт (радиальные способы отогрева) для уменьшения потерь тепла при рассеивании.

Огневой способ применяют только для поверхностного отогрева. Топливо следует сжигать под металлически ми коробами, так как при открытом горении тепло рассеивается в окружающее пространство. Расход топлива для отогрева 1 м³ грунта огневым спосо­бом сравнительно велик: дров - 0,15 м³, угля-30...60 кг, торфа-120... 140 кг, керосина, сжигаемого через форсунки-15...20 кг.

Для поверхностного электропрогрева на поверхность грунта укладывают стержни-электроды длиной до 3 м и присоединяют к клеммам источника электроэнергии. При сетевом напряжении 220 В расстояние между электродами 40...50 см, а при 380 В-70... 80 см. Сверху электроды засыпают слоем опилок (15...20 см), смоченных токопроводящим раствором (соли NaCl, СаС1₂ и др.), так как мерзлый грунт ток не проводит. С поверхности грунт можно отогревать также электротепляками со спиралями (рис. 64, г) и трубчатыми регистрами, по которым циркулирует горячая вода или пар (рис. 64,5).

Отогрев грунта происходит быстрее при радиальном глубинном прогреве вертикальными электродами, тепло-электронагревательными элементами со спиралями и паровыми иглами (циркуляционными или с выпуском «острого» пара в толщу грунта) (рис. 64, е... л). Выбор способа оттаивания определяется имеющимися техническими средствами и экономическими показателями (табл. 51).

Отогрев грунта разными способами можно применять при сравнительно небольших по площади выемках и вблизи стационарных источников энергии.

Для оттаивания промерзших неводонасыщенных грунтов можно использовать концентрированные незамерзающие растворы солей, разливаемые на расчищенных и выровненных площадках, огороженных валиками.

Раствор поваренной соли NaCl плотностью 1,15...1,17 г/см³ замерзает при температуре -16...-21 °С. При расходе 30...50 л/м² такого раствора грунт за 8...12 сут оттаивает на глубину около 1 м.

Укладка грунта в насыпи. Земляные профильные насыпи и обратные засыпки разрешается возводить в зимнее время только из талых грунтов и на расчищенное талое основание. Объем мерзлых комьев для напорных сооружений не должен превышать 10 % общего объема укладываемого грунта. Допускаемое в некоторых случаях превышение этой нормы должно быть обосновано теплотехническим расчетом, доказывающим, что мерзлые комья перейдут в талое состояние за счет запаса тепла в талой части грунта.

Приемы уплотнения грунта в насыпях зимой не отличаются от летних. Грунт на месте укладки зимой не до увлажняют во избежание образования льда.

При необходимости сухие грунты увлажняют с осени в карьерах с таким расчетом, чтобы их влажность была несколько ниже оптимальной для талого грунта и не превышала:

 ,где

ω_p — влажность грунта, соответствующая пределу раскатывания;

П — число пластичности.

Размер мерзлых комьев не должен превышать 0,3...0,5 толщины укладываемого слоя грунта.

Разработанный талый грунт необходимо доставить, уложить в тело насы­пи и перекрыть следующим слоем до начала его смерзания.

Для того чтобы продлить время до начала смерзания грунта, его поливают раствором поваренной соли или покрывают пленочными материалами.

В насыпях безнапорных дамб и дорожных насыпях допустимый объем мерзлого грунта может быть повышен до 20 %, а в насыпях, которые будут эксплуатироваться после полной осадки грунта, - до 50 %.

Машины и транспортные средства для меньшего намерзания грунта на них смазывают битумными и другими растворами.

§ 16. Контроль качества земляных работ

Качество земляных работ следует контролировать непосредственно в процессе их выполнения, после окончания работ на объекте или на участке крупного объекта, при приемке работ от исполнителей. Контроль проводится так же при сдаче законченных объектов Государственной приемной комиссии. Общие требования, которым должны удовлетворять выполненные работы, изложены в соответствующих главах части 3 СНиП. В развитии общих требований СНиП разработаны ведомственные, а в некоторых случаях и местные инструкции по производству и приемке работ.

В ходе выполнения и при сдаче земляных работ контролируют:

положение выполненных выемок и насыпей в пространстве (плановое и высотное);

геометрические размеры земляных сооружений и ровность поверхностей;

свойства грунтов, используемых для возведения насыпных сооружений и залегающих в основании сооружений;

качество укладки грунтов в профильные насыпи (плотины, дамбы, дороги) и обратные засыпки (пазухи сооружений, траншеи).

Заданное в пространстве положение выемок и насыпей обеспечивается правильной геодезической разбивкой, выполняемой перед началом работ в соответствии с проектным положением сооружения.

До начала земляных работ геодезическими методами проводят привязку и разбивку осей выемок и насыпей. Положение границ выемки и насыпей по отношению к осевым линиям обычно находят более простыми измерениями на местности. Аналогичным способом проверяют плановое расположение сооружений после их возведения. Отметки верха профильных насыпей, глубину выемок проверяют контрольной нивелировкой с привязкой ходов к постоянным реперам. При возведении и контроле профильных насыпей, отметки верха которых твердо заданы, следует учитывать запас на осадку грунта в теле насыпи, а на сжимаемых грунтах - и на осадку основания. Для сооружений, возводимых на лессовых грунтах, необходимо учитывать ожидаемую по прогнозу их просадку.

Для получения заданной крутизны откосов выемок и насыпей обычно используют шаблоны и откосомеры разных конструкций.

При контроле размеров и положения сооружений следует проверять: плановое расположение земляных сооружений и их размеры; отметки бровок и дна выемок; отметки верха насыпей с учетом запаса на осадку; отметки спланированных поверхностей; уклоны откосов выемок и насыпей; расположение и оформление резервов, карьеров берм, бровок и других элементов земляных сооружений; обеспечение стока поверхностных вод без застоя в понижениях, перегороженных насыпями, приканальными дамбами, кавальерами, отвалами.

Обеспечить в натуре точные проектные размеры земляных сооружений часто невозможно из-за несоответствия им габаритов рабочих органов и параметров машин, а также из-за технологических особенностей способов разработки (при гидромеханизации, взрывных работах), В связи с этим СНиП и ведомственными нормами предусмотрены предельные отклонения заданных размеров и отметок. Они установлены с учетом условий эксплуатации сооружений, их размеров, способов выполнения.

Вместе с этой лекцией читают "Функции конфликта".

Оценку свойств грунтов в основаниях сооружений, в карьерах и резервах проводят для установления соответствия их ранее принятым при проектировании сооружений. Для этого определяют вид грунта, его плотность, влажность, пластичность, а для сооружений I______ II классов капитальности -и другие показатели: механический состав, коэффициент сдвига, фильтрационные свойства.

На те части сооружений и объектов, которые не могут быть показаны принимающим комиссиям, оформляют акты на скрытые работы. Необходимая степень уплотнения грунта в таких насыпях задается средней плотностью уплотненного грунта в сухом состоянии и обычно указана в проекте сооружения.

Для оценки плотности грунта на строительстве применяют следующие методы: режущего кольца, шурфиков, пенетрации, радиометрический (изучаются в курсе «Грунтоведение»),

Контрольные пробы отбирают от каждых 100...200 м³ уложенных грунтов, не содержащих крупных включений, и от каждых 200...400 м³ грунтов с включениями крупных фракций.

Влажность грунта обычно определяют стандартным термостатно - весовым способом, выдерживая бюксы с пробами (5...7г) в сушильном шкафу при 100...105°С в течение 4...6 ч до постоянной массы.

Для ускоренного определения влажности в условиях строительства допускается применение метода обжига грунта. Влажность при этом вычисляют так же, как и при стандартном методе, но пробы грунта высушивают в фарфоровых чашечках путем выжигания в них спирта, которым после взвешивания заливают влажный грунт. Массу сухого грунта определяют через 1...2 мин после выгорания спирта. Этот метод значительно сокращает время определения влажности (15...20 мин на 10 проб), но погрешность в определениях достигает ±1 %. Метод обжига нельзя применять для грунтов с большим содержанием органических остатков (более 5 %).