Технология стр. пр.. Головное издательство издательского объединения
Скачать 18.72 Mb.
|
Глава 3 ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ § 1. Состав работ В состав работ по возведению земляных сооружений входят подготовительные, вспомогательные и основные работы (процессы). К подготовительным относят работы по очистке территории, сносу зданий и сооружений и т. п. (см. раздел II), снятию растительного слоя грунта, отводу поверхностных вод и геодезической разбивке земляных сооружений. К вспомогательным относят работы по водоотливу и водопОнижению, искусственному закреплению грунтов и ограждению выемок от грунтовых и поверхностных вод, устройству крепления котлованов и траншей. Основными работами в комплексном процессе по возведению земляных со- оружений являются рыхление, разработка и транспортирование грунта, отсыпка его и уплотнение, подчистка дна котлованов и траншей, отделка откосов насыпей. § 2. Снятие растительного слоя Согласно законодательству Союза ССР об охране земельных ресурсов, строительные организации при подготовке территорий к строительству обязаны снимать плодородный слой почвы с целью его дальнейшего использования для благоустройства площадей. Затраты на производство этих работ относят на стоимость объектов строительства. Бульдозером срезают и перемещают грунт, укладывая его в промежуточные валики, которые затем окучиваются для погрузки в самосвалы экскаватором или тракторным погрузчиком. Грейдером грунт срезается и сдвигается в сторону; при каждой проходке грунт увеличивается в объеме и перемещается дальше, образуя продольный валик грунта, который затем окучивается бульдозером. Скреперами растительный слой грунта после выемки перемещают во временные отвалы или же отвозят и укладывают слоем необходимой толщины на площадях, подлежащих озеленению или рекультивации. § 3. Водоотлив и водопонижение В водоносных грунтах выемки разрабатывают при условии устройства водоотлива или искусственного понижения уровня грунтовых вод. Открытый водоотлив осуществляется в плотных, хорошо дренирующих грунтах, путем откачки воды диафрагмовы-ми, поршневыми или центробежными насосами непосредственно из выемки в процессе разработки грунта ниже уровня грунтовых вод, а также после достижения проектного уровня для беспрепятственного выполнения последующих работ (устройство фундаментов, прокладка труб и т. д.). Для сбора воды дну котлована или траншеи придают небольшой уклон в сторону водосборных приямков (зумпфов), устраиваемых в пределах выемки или вне ее. Стенки приямков крепят шпун- том или деревянными ящиками без дна размером 1x1 м; на дно приямков насыпают фильтрующий материал (щебень или гравий). При необходимости дополнительно по контуру дна котлованов устраивают открытые водоподво-дящие канавы, выполняющие роль дренажа, которые засыпают гравием. Открытый водоотлив является наиболее простым и экономичным способом водопонижения, но имеет ограниченное применение вследствие того, что в выемке практически почти всегда присутствует вода, усложняющая производство работ и способствующая нарушению естественной структуры основания. Поэтому во многих случаях приходится прибегать к искусственному понижению уровня грунтовых вод. Для этой цели применяют легкие иглофиль-тровые установки, позволяющие при одноярусном расположении понизить уровень грунтовых вод на 4...5 м, а при двухъярусном — на 7...9 м; установки с вакуумным водопонижением; эжек-торные иглофильтры, обеспечивающие понижение зеркала грунтовых вод на 16...20 м и трубчатые колодцы с глубинными насосами, откачивающие воду с еще больших глубин. Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) применяются преимущественно для осушения песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 1,5...2 м/сут. В комплект ЛИУ входят иглофильтры (до 100 шт.), водосборный коллектор диаметром 150 мм и для обеспечения бесперебойной работы установки — два центробежных насоса, Рис. Ш.З. Понижение уровня грунтовых вод легкими иглофильтровыми установками: а — котлован с иглофильтрами, установленными на один ярус; б — установка иглофильтров в два яруса; в — гидравлическое погружение иглофильтра; г — фильтровое звено и схема работы клапанов при гидравлическом погружении иглофильтра; д — то же, при откачке воды; 1 — центробежный насос; 2 — задвижка; 3 — коллектор; 4 — иглофильтры; 5 — подводящий трубопровод; 6 — насос; 7 — напорный рукав; 8 — хомут для ручного регулирования; 9 — приямок; 10 — всасывающий коллектор; 11 — фильтровая сетка; 12 — защитная сетка; 13 — стальная спиральная обмотка; 14 — наружная труба с отверстиями; 15 — внутренняя труба; 16 — кольцевой клапан; /7— шаровой клапан; 18 — стопорный болт; 19 — наконечник; 20 — кривая депрессии при откачке воды из первого яруса; 21 — то же, при откачке из второго яруса один из которых резервный (рис. Ш.З, а). Иглофильтр представляет собой трубу диаметром 38 мм, длиной до 8,5 м, к нижнему концу которой присоединено фильтровое звено (рис. III. 3, г), состоящее из двух труб: внутренней, являющейся продолжением общей трубы диаметром 38 мм, и наружной, диаметром 60 мм с равномерно распределенными отверстиями для пропуска воды. Наружная труба по спирали обмотана проволокой диаметром 3 мм и покрыта фильтровой и защитной сетками. Фильтровое звено заканчивается наконечником, внутри которого размещены шаровой и кольцевой клапаны. Иглофильтры чаще всего погружают .в грунт гидравлическим способом (рис.ІІІ.З, в). Вода, нагнетаемая по внутренней трубе под давлением до 0,3 МПа, отталкивает шаровой клапан (кольцевой клапан в это же время поднимается и закрывает зазор между наружной и внутренней трубами) и, выйдя из наконечника, размывает грунт вокруг иглофильтра, вынося его частицы на поверхность (рис. ІІІ.З, г). При покачивании и поворотах иглофильтр легко погружается под действием собственного веса. В более плотных грунтах, слабо отдающих воду (с коэффициентом фильтрации менее 1,5 м/сут), иглофильтры устанавливают в предварительно пробуренные скважины; для улучшения притока воды в скважину вокруг иглофильтра подсыпают песчано-гравийную смесь. При откачке воды (рис. ІІІ.З, д) под влиянием вакуума шаровой клапан всплывает, а кольцевой опускается, открывая путь грунтовой воде, которая поступает через фильтрационную сетку и отверстия в наружной трубе в иглофильтр и далее в коллектор. Иглофильтры устанавливают по периметру осушаемого котлована (рис. III. 3, а) на расстоянии 0,5 м от бровки откоса. Если нужно понизить уровень грунтовых вод более чем на 4 м, иглофильтры монтируют в два яруса (рис. ІІІ.З, б). Узкие траншеи глубиной до 4,5 м осушают одним рядом иглофильтров, более широкие — двумя рядами, устанавливаемыми по обеим сторонам траншеи. При поточном ведении работ применяют два комплекта иглофильтров. На одном участке траншеи, осушенном первым комплектом иглофильтров, производят работы по устройству фундаментов (прокладке трубопроводов), в то же время с предыдущего участка, где работы закончены, снимают и переставляют на второй участок второй комплект иглофильтров. Установки с вакуумным водопонижением (УВВ) целесообразно применять при коэффициенте фильтрации от 1 до 0,01 м/сут. Сущность вакуумного водопонижения заключается в том, что в отличие от водопонижения легкой иглофильтровой установкой, где центробежный насос создает в грунте положительное избыточное давление (рис. III.4, а), в фильтровом звене вакуумного иглофильтра и в окружающем грунте создается и непрерывно поддерживается вакуум (рис. III.4, б), способствующий более интенсивному снижению зеркала грунтовых вод. Водовоздушная смесь поступает в иглофильтр и откачивается вакуум-насосом. Ввиду того что воздуха в грунте недостаточно, для нормальной работы насоса через трубку, проходящую внутри иглофильтра, к наконечнику дополнительно подается атмосферный воз-ДУХ. В глинистых водонасыщенных грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут, где обычная иглофильтровая установка малоэффективна, применяют способ, основанный на явлении электроосмоса, т. е. перемещения воды в грунте под влиянием пропускаемого через него постоянного тока. Дополнительно к иглофильтровой установке со стороны котлована параллельно ряду иглофильтров погружают трубы диаметром 38 мм или стержни из арматурной стали, которые подключаются в цепь к положительному полюсу мотор-генератора с напряжением 30...60 В. Иглофильтры подсоединяются к его отрицательному полюсу. Под действием электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, перемещается в сторону иглофильтров. В результате увеличивается водоотдача глинистого грунта, поскольку извлекается не только гравитационная, но и капиллярная вода. Эжекторные иглофильтр о в ы е установки (ЭИУ) применяют для понижения уровня грунтовых вод с коэффициентом фильтрации от 1 до 40 м/сут с глубины до 20 м (рис. Ш.4, г). Эжекторный иглофильтр (рис. III.4, д) состоит из колонны над-фильтровых труб, фильтрового звена, колонны внутренних труб, к нижнему концу которых прикреплено эжекторное устройство — диффузор с насадком. Эжекторный иглофильтр монтируют в определенной последовательности. Сначала гидравлическим способом (как и легкие иглофильтры) в грунт погружают ранее собранную колонну наруж- ных труб с фильтровым звеном. В погруженную до проектной отметки наружную трубу опускают колонну внутренних труб с эжекторным устройством, после чего иглофильтр подключают к трубопроводам системы. При работе установки в кольцевое пространство между наружной и внутренней колоннами труб иглофильтра под давлением 0.6...1 МПа подают «рабочую» воду, которая устремляется в насадск. У выхода из насадка, в результате резкого возрастания скорости движения рабочей воды, создается разрежение, под действием которого через свободные прорези (окна) засасывается грунтовая вода, прошедшая предварительно через гофрированный фильтр. Оба потока воды смешиваются и Рис. III.4. Схемы иглофильтровых установок с вакуумным водопонижением, электроосушением грунта и эжекторным водоподъемом: о — водопонижение иглофильтровыми установками; б — вакуумное водопонижение; в — иглофильтровая установка с электроосушением; г — водопонижение с помощью эжекторных иглофильтровых установок; д — схема эжекторного иглофильтра; / —■ фильтровое звено; 2 — зеркало грунтовых вод после понижения иглофильтрами; 3 — центробежный насос; 4 — эпюра давления при понижении легкими иглофильтрами; 5 — то же, при вакуумном водопоиижении; 6 — вакуум-насос; 7 — стальная труба (днод); 8 — иглофильтр (катод); 9 — зеркало грунтовых вод после электроосушения; 10 — низконапорный насос; 11 — водоотводный коллектор; 12 — иглофильтровая труба; 13 — внутренняя труба с эжекторным устройством; 14 — диффузор; 15 — насадок; 16 — фильтровая оболочка из гофрированной стальной оцинкованной ленты с разуплотненным швом; 17 — окно для поступления грунтовой воды; 18 — шаровой клапан; 19 — водоупор поступают в диффузор; затем вода по внутренней трубе и коллектору направляется в водосборный бак, из которого избыток ее откачивается низконапорным насосом, а остальная используется снова как рабочая вода для питания иглофильтров. В слабофильтрующих грунтах эжек-торные иглофильтры монтируют в заранее пробуренных скважинах под защитой обсадных труб. Монтаж осуществляют над пробуренной скважиной. Сначала собирают и опускают наружную колонну труб, затем внутреннюю с эжек-торным устройством. Поддерживая иглофильтр в сборе на весу, засыпают пространство между наружной колонной труб и обсадной трубой на 2...3 м пес-чано-гравийной смесью и, соответственно, на такую же высоту поднимают обсадную трубу. В верхней части скважины устраивают глиняный тампон. Трубчатые колодцы с глубинными насосами применяют для понижения грунтовых вод более чем на 20 м, а также при коэффициенте фильтрации более 40 м/сут в случае большой толщины водоносного слоя и длительных сроках откачки. По периметру будущей выемки пробуривают скважины, в которые погружают трубчатые колодцы (обсадные трубы) диаметром 200... ...400 мм с устройством песчано-гравий-ной подушки высотой 0,2...0,3 м. В каждом колодце устанавливают погружной насос, опускаемый вместе с двигателем в скважину ниже уровня воды. Применяются также артезианские насосы (АТН-8, АТН-10 и др.) с длинным валом и электродвигателем, расположенным над устьем скважины. § 4. Искусственное ограждение выемок от грунтовых вод При устройстве выемок в водоносных слоях работы можно вести под защитой водонепроницаемой ледяной стенки из замороженного грунта или при помощи тиксотропных противофильтра-ционных экранов. Искусственное замораживание грунтов применяют при проходке шахтных стволов, тоннелей метрополитенов и других сооружений, возводимых в тяжелых гидро- геологических условиях, создавая вокруг них временные водонепроницаемые ледяные стенки (рис. II 1.5, а). Для этого по периметру выемки погружают колонки, состоящие из наружных замораживающих и внутренних питающих труб, соединенных трубопроводом, по которому нагнетается специальная жидкость — рассол (раствор хлорида кальция и других солей, имеющих низкую температуру замерзания), охлажденный холодильной установкой до минус 2О...45°С. В результате циркуляции раствора вокруг колонок образуются ледяные столбы замороженного грунта, которые, постепенно увеличиваясь в диаметре, соединяются между собой в сплошную стену. Раствор, поглотив часть тепла из грунта, возвращается в холодильную установку, где под действием аммиака или углекислоты охлаждается и затем вновь поступает в систему труб. Температуру раствора принимают на 1О...15°С ниже требуемой температуры грунта. Тиксотропные проти-вофильтрационные экраны (диафрагмы) устраивают, используя свойство тиксотропной суспензии в состоянии покоя затвердевать и снова превращаться в жидкость при перемешивании. Суспензию приготовляют из бентонитовой глины, способной абсорбировать, т. е. поглощать, воду в количестве до 7 раз большем собственной массы, а после водонасыщения загустевать, приобретая гидрофобные (водоотталкивающие) качества. ' Для устройства тонких (0,15...0,25 м) противофильтрационных экранов применяют машины, в основу которых положены принципы действия: ударный, режущий и водовоздушный. С помощью машин ударного действия (копров) вплотную друг к другу забивают ряд стальных шпунтин-инъекторов двутаврового сечения (рис. II 1.5, б). Затем первую погруженную шпунтину извлекают гидравлическим экстрактором, а оставшуюся в грунте полость постепенно заполняют тиксотропной суспензией, которую нагнетают под давлением до 6 МПа через трубу, приваренную к двутавру. Извлеченную шпунтину переставляют на новое место вплотную к установленному ряду и вновь погружают. Процесс повторяют по фронту будущей выемки до полного ограждения ее водонепроницаемым экраном. Щели для последующего заполнения суспензией можно нарезать машинами с режущим рабочим органом (баром), конструкция которых аналогична кон- струкции машин для разработки мерзлых грунтов (рис. II 1.5, в). Для нарезания щелей можно также применять установку, в которой в качестве режущего органа использован канат (рис. III.5, д). По периметру пробуривают скважины, в которые опускают штанги, оборудованные сверху грузами, а внизу блоками, через которые протягивают канат. Канат, приводимый в движение от натяжных станций, распиливает массив грунта. Способ устройства противофильтра-ционных экранов с использованием во-довоздушной струи заключается в следующем: в пробуренную скважину опускают подвешенную к крану специаль-- ную гидромониторную установку (рис. III.5, г),-с помощью которой размывают и вытесняют грунт на поверхность суспензией, поступающей под давлением из инъекторной головки. Рис. 111.5. Искусственное ограждение выемок от грунтовых вод: а — схема замораживания грунта; б — устройство тиксотропного противофильтрационного экрана с применением шпунтин-инъекторов; в — то же, баровых машин; г — то же, с помощью водовоздушной струи; д — то же, методом «резания канатом»; / — замораживающие колонки; 2 — столбы смерзшегося грунта; 3 — котлован; 4 — наружная труба; 5 — внутренняя труба; 6 — ограждение из смерзшегося грунта; 7 — противофильтраци-онный экран; 5 — трубы для подачи суспензии, приваренные к шпунтинам; 9 — шпунтина, извлекаемая из грунта; 10 — то же, погружаемая; // — трактор; 12 — рабочий орган с барами; 13 — вытесненный на поверхность грунт; 14 — штанга; 15 — направляющая; 16 — инъекторная головка; 17 — мониторная головка; 18 — скважины; 19 — стальной канат; 20 •— груз § 5. Устройство креплений Необходимость крепления стенок котлованов и траншей определяется и регламентируется СНиПами и зависит от гидрогеологических условий (вида и влажности грунта, наличия грунтовых вод), а также глубины выемки. Вертикальные стенки без крепления допускаются в грунтах естественной влажности с ненарушенной структурой при отсутствии грунтовых вод: при глубине выемок в песчаных и крупнообломочных грунтах не более 1 м, в супесях — 1,25 м, в суглинках и глинах — 1,5 м, в особо плотных грунтах — 2 м. На глубину не более 3 м разрешается рытье траншей многоковшовыми экскаваторами в связных плотных грунтах без крепления для укладки трубопроводов плетями. Но в местах спуска рабочих в траншею для стыковки плетей и выполнения других работ следует устраивать местные откосы или креп-, ления. Во избежание осыпания или оползания грунта вслед за отрывкой котлованов или траншей рекомендуется возводить фундаменты, укладывать трубы и т. п. При необходимости создания более глубоких выемок с вертикальными стенками, а также при наличии грунтовых вод для обеспечения устойчивости стен устраивают временные крепления. Тип крепления определяется проектом производства работ в зависимости от размеров выемки, свойств грунта, потока грунтовых вод и конкретных условий выполнения процессов. Крепление стенок котлованов классифицируют по способу их работы как несущих конструкций. Подносное крепление (рис. III.6, а) устанавливается внутри котлована. Подкосы затрудняют производство последующих работ в котловане, и поэтому применение этого крепления ограничено. Горизонтальную забирку устраивают из досок толщиной 5 см с прозорами на ширину доски при связных грунтах естественной влажности и глубине котлована до 3 м. При большей глубине забирку делают сплошной. В грунтах сыпучих и повышенной влажности, независимо от глубины котлована, про-зоров не оставляют. Анкерное крепление (рис. II 1.6, б) — это конструкция, состоящая из забир-ки, стоек, деревянных и металлических тяг и свай, расположенных вне котлована на расстоянии S>fc/tg (111.37) где h— глубина котлована, м; <р — угол естественного откоса, град. Чтобы анкерные тяги не мешали передвижению людей, их нужно располагать несколько ниже поверхности грунта. Консольное (шпунтовое) крепление представляет собой шпунтовую стенку, жестко защемленную грунтом. Такие крепления устраивают из металлического и, реже, из деревянного шпунта; чаще всего их применяют для ограждения неглубоких котлованов в водона-сыщенных грунтах, когда не может быть произведено искусственное понижение уровня грунтовых вод. Металлический шпунт (рис. III.6, в), поставляемый промышленностью по установленному сортаменту (плоский, Z-образный, корытного типа «Ларсен»), обладает большой несущей способностью и может многократно использоваться в любых грунтовых условиях, а также при разработке грунта на значительную глубину. Распорное крепление воспринимает все действующие нагрузки через распорки, а щиты крепления и шпунтовые стенки выполняют только ограждающие функции. Распорки могут устанавливаться в один или несколько рядов по высоте сечения. Рис. III.6. Крепление стенок котлованов и траншей: 1 — подносное; б — анкерное; в — шпунтовое; г — распорное, горизонтальное с прозорами; д — то же, вер-■нкальное сплошное; е — консольно-распорное с расстрелами; ж — инвентарное системы ЦНИИОМТП; / — «бирка из досок; 2 — стойка; 3 — бобышка; 4 — подкос; 5 — свая; 6 — анкерная тяга; 7 — засыпка; 8 — распорка; 9 — металлическая свая; to— пояс-обвязка; 11 — расстрел; 12 — доска затяжки; 13 — откос кот-вана; 14 — кронштейн; 15 — накладки; 16 — клинья; П — слой набрызг-бетона; 18 — прогоны; 19 — сборно-раздвижная рама; 20 — инвентарные щиты ограждения; 21 — связь жесткости По способу устройства забирки различают крепление горизонтальное — сплошное или с прозорами (рис. III.6, г) — и вертикальное (рис. III.6, д). Распорные крепления преимущественно деревянные; в качестве ограждающих элементов используют инвентарные щиты. При глубине котлована более 2,5 м вместо щитов может устраиваться деревянная шпунтовая стенка, которую для лучшей устойчивости заглубляют в грунт на 0,5...0,7 м. Распорки, как и подкосы, затрудняют производство последующих работ в котловане. Консольно-распорное крепление (рис. II 1.6, е) представляет собой сочетание двух видов крепления. Нагрузки от давления грунта, складированных материалов у бровки котлована и другие воспринимаются не только распорками, но и ограждающими элементами крепления. В качестве последних используют деревянный или металлический шпунт, а также двутавровые балки, между которыми закладывают доски ограждения. Такие крепления применяют обычно для узких и неглубоких котлованов. Для широких и глубоких котлованов используют крепление с телескопическими расстрелами (рис. II 1.6, е). Металлические сваи из двутавровых балок № 40...60 забивают вдоль бровок будущего котлована с шагом а = 0,5... ...1,5 ми более, заглубляя их ниже подошвы будущего подземного сооружения на #g = 3...5 м (рис. III.6, е). По мере разработки грунта стены котлована между сваями закрепляют деревянной дощатой затяжкой. Доски толщиной 5... ...7 см заводят за полки свай и расклинивают грунтом. При глубине котлована более 3... 4 м сваи дополнительно раскрепляют продольным поясом-обвязкой из двутавровых балок на расстоянии не менее 0,5 м от верха котлована. В пояса упирают поперечные распорки-расстрелы, располагая их через 4...6 м вдоль оси котлована (рис. II 1.6, е). Для передачи нагрузки от свай на расстрелы между каждой сваей и балками обвязки устанавливают стальные клинья. При глубине котлована более 10... ...12 м и значительном боковом давлении грунта расстрелы устанавливают в несколько ярусов. Расстрелы выполняют из труб диаметром 30...40 см или из металла составного профиля: два швеллера или четыре уголка соединяют накладками с помощью сварки. Конструкция расстрелов раздвижная (телескопическая); при этом раскрепляют их с помощью стальных клиньев или специальных гидравлических домкратов. В ряде случаев, консольно-распорное крепление применяют в сочетании с грунтовыми анкерами. В последнее время при устройстве креплений стенок котлованов внедряется метод торкретирования с помощью цемент-пушки или бетон-шприц-машины (см. разд. VII, гл. 7, § 3). Набрызг бетонной смеси производится под высоким давлением; ее частицы при нанесении первого слоя проникают в мягкий грунт, а при нанесении последующих слоев — в неуспевшую еще затвердеть бетонную смесь предыдущего слоя. В ряде случаев по грунту или между соответствующими слоями укладывается арматурная сетка. В результате получают монолитную конструкцию с толщиной слоя около 75 мм. При сооружении глубокого котлована его стенки крепят торкрет-бетоном обычно ярусами. Если толщина торкрет-бетона значительна, его анкерят за пределами котлована. Метод торкретирования не рекомендуется применять в песчаных и сильно обводненных грунтах. Крепление стенок траншей по конструктивным признакам аналогично креплению стенок котлованов. Горизонтальное крепление с прозорами (рис. II 1.6, г) допускается для траншей глубиной до 3 м в связных грунтах естественной влажности при отсутствии или незначительном притоке грунтовых вод. При глубине траншей от 3 до 5 м и тех же условиях выполняют сплошные крепления. В грунтах сыпучих или повышенной влажности, независимо от глубины траншей, применяют сплошное горизонтальное или вертикальное крепление (рис. III. 6, д). При сильном притоке грунтовых вод и опасности выноса частиц грунта устраивают шпунтовые крепления из досок, брусьев или металлических шпунтов (рис. III.6, в). Инвентарные крепления бывают различных конструкций (например, конструкции ЦНИИОМТП, Мосподземстроя, ВНИИГС). Отличительной особенностью их является то, что они состоят из сборно-раздвижных распорных рам и инвентарных щитов ограждения (рис. III. 6, ж). Крепление собирается из отдельных секций. Две распорные рамы (рис. II 1.6, ж) опускаются в траншею. После этого между стенками траншеи и стойками закладывают с обеих сторон инвентарные щиты, затем раздвигают стойки распорных рам вращением до отказа упорных гаек. После установки креплений на распорные рамы для повышения устойчивости накладывают связи жесткости. Инвентарные крепления применяют при разработке землеройными машинами траншей глубиной до 3 м. |