Обеспечение устойчивости земляных сооружений. Способы крепления их откосов

Виды и назначение земляных сооружений. Основные свойства грунтов

Тема 4. Земляные работы

Строительство сетей и сооружений систем водоснабжения и водоотведения связано с необходимостью выполнения больших объ­емов земляных работ.

Земляными называются работы по разработке грунта в выемках, его транспортированию (перемещению) и укладке в насыпи. Выемки и насыпи представляют собой земляные сооружения (рис. 4.1), которые в зави­симости от их назначения и срока эксплуатации могут быть постоянными и временными. Постоянные земляные сооружения - плотины, дамбы, каналы, водохранилища, шламонакопители и т.п. - предназначены для длительной эксплуатации. Временные земляные сооружения устраивают как необходи­мый элемент для последующих строительно-монтажных работ. К ним отно­сятся котлованы и траншеи. Котлованами называются выемки, ширина ко­торых мало отличается от длины, а траншеями - выемки, имеющие малые размеры поперечного сечения и большую длину.

К земляным сооружениям относятся также резервы и кавальеры. Резервы - это выемки, из которых берут грунт для устройства насыпи, а ка­вальеры - это насыпи, образуемые при отсыпке ненужного грунта, напри­мер для временного его хранения, используемого затем вновь для засыпки траншей или пазух котлованов.

Поскольку земляные сооружения устраиваются в грунтах или из грунтов, при проектировании работ необходимо учитывать их основные свойства: плотность, влажность, во­допроницаемость, пористость, угол естественного откоса и внутреннего трения; механические свойства - прочность, деформативность, твердость, пластичность, сопротивляемость сдвигу, размываемость, разрыхляемость, уплотняемость и др.

В зависимости от трудности разработки все грунты разделены на группы (см. СНБ раздел 8), что следует учитывать при выборе и определении производительности механизмов и рабочих.

Обеспечение устойчивости земляных сооружений является важ­нейшими требованием, предъявляемым к ним. Чтобы ее обеспечить, земля­ные сооружения возводят с откосами необходимой крутизны. Крутизна

Рис. 4.1 – Виды земляных сооружений: а, б – траншеи с вертикальными стенками и с откосами; в – дамба; г – плотина; д – канал в насыпи; е – котлован под фундамент; ж – система котлованов под фундаменты колонн сооружения; з – котлован под сооружение; и - подземные выработки (для штольни, трубы, канализационного коллектора, тоннеля); к – площадка; л – выемка для опускного колодца; м – буровая скважина; н – полувыемка-полунасыпь; о – подводная траншея; 1 – дно (траншеи, канала, котлована, опускного колодца); 2 – боковая стенка траншеи; 3 – боковой откос (канала, дорожной выемки, котлована, насыпи, плотины, дамбы); 4 – бровка; 5 – берма; 6 – подошва; 7 – водоотводной кювет

откоса выемки или насыпи зависит главным образом от угла естествен­ного откоса грунта. Ее принимают в зависимости от глубины выемки или высоты насыпи, свойств грунта, их влажности, характера сооружения (по­стоянные или временные) и других факторов. Наибольшая допусти­мая крутизна откосов котлованов и траншей глубиной до 5 м, отры­ваемых в нескальных грунтах выше уровня грунтовых вод или в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, устанавливается СНиП III - 4 - 80*. При напластовании различных видов грунтов (кроме растительно­го) крутизну откоса для всех пластов назначают по более слабому грунту (с меньшей крутизной).

Для отрывки выемок глубиной более 5 м крутизна откоса устанав­ливается по расчету исходя из значений угла внутреннего трения (φ) и удель­ного сцепления грунта (с) с учетом нагрузки на берме откоса.. Однако при отрывке выемок в стесненных условиях городской застройки или на территории промышленных предприятий иногда приходится их выполнять с вертикальными стенками.

Для предотвращения обрушения вертикальных стенок необходимо устраивать их временное крепление. При этом необходимо иметь в виду, что без креплений вертикальных стенок траншей и котлованов, расположенных выше УГВ, допускается при глубине их не более, м:

в песчаных и крупнообломочных грунтах 1

в супесях 1,25

в суглинках и глинах (кроме очень прочных) 1,5

в очень прочных суглинках и глинах 2

Крепление вертикальных стенок обязательно при устройстве вы­емок в стесненных производственных условиях, отрывке глубоких котлова­нов и в сильно водонасыщенных грунтах.

Способы и конструкции креплений вертикальных стенок кот­лованов и траншей зависят от их глубины и размеров, физических и гид­рогеологических свойств грунтов, наличия динамических нагрузок у краев выемки (от машин и механизмов) и принятых способов последующих работ (монтажа строительных конструкций, труб и т.п.). Котлованы с вертикальными стенкамим выполняются в соответствии с Пособием П17-02 к СНБ 5.01.01-99. Проектирование и устройство подпорных стен и креплений котлованов.

В зависимости от конструктивного решения различают крепления следующих типов: распорные, консольные, консольно-распорные, консольноанкерные, подкосные (рис. 4.2).

Рис. 4.2 – Крепление вертикальных стен выемок:

а - схемы типов конструктивных решений креплений стенок траншеи и котлованов I - распорное, II - консольное, III - консольно-распорное, IV - консольно-анкерное, V - подкосное; 1 - щиты, 2 - стойки (сваи), 3 - анкеры, 4 - распорки, 5 - подкосы, 6 - упоры; б - инвентарное распорное крепление: 1 - металлические стойки, 2 - уголок, 3 - заострение, 4 - щиты, 5 - распорки телескопической конструкции, 6 - болт; в - консольный тип: 1 - стойки, 2 - щиты или пластины; г - консольно-распорный тип крепления: 1 - двутавровые балки, 2 - поддерживающие стальные уголки, 3 - деревянные распорки, 4 - доски ограждающего элемента крепления (забирка); д - консольно-анкерный тип: 1 - стойки, 2 - забирка, 3 - свая-анкер, 4 - засыпка, 5 - тяжи; е - шпунтовое ограждение с внутренним анкерным креплением: 1 - шпунтовая стенка, 2 - балки, 3 - тяги, 4 - анкера

По характеру конструктивного исполнения и степени оборачивае­мости крепление может быть инвентарным и стационарным (из отдельных элементов), сплошным или с прозорами.

Шпунтовые ограждения стен являются разновидностью консоль­ных ограждений и устраиваются при глубоких котлованах, большом боко­вом давлении грунта, сложных гидрогеологических условиях. Шпунтовые ограждения представляют собой сплошные стенки из предварительно по­груженных в грунт стальных или деревянных шпунтин с замковыми соеди­нениями. Существует три варианта исполнения шпунтовых ограждений: консольное, распорное и анкерное (рис. 4.2,е).

Подкосные крепления используются для крепления стен котлована и состоят из забирки, стойки, подкоса, лежня и упорного якоря. Крепления такого типа затрудняют работы в котловане и поэтому применяются редко.