Наибольшая крутизна откосов траншей и котлованов. Обеспечение устойчивости земляных сооружений. Способы крепления их откосов

Основными элементами открытой разработки карьера, котлована или траншеи без крепления являются: сторона - l ; высота уступа - H ; форма уступа; угол откоса - а ; крутизна (рис. 7.1).Обрушение откоса происходит чаще всего по линии АС, расположенной под углом Θ к горизонту. Объем АВС называют призмой обрушения.Призма обрушения удерживается в равновесии силами трения, приложенными в плоскости сдвига. Перед разработкой траншей и котлованов необходимо заранее определить крутизну откосов, обеспечив безопасность вроведения работ, с учетом глубины траншеи или котлована и выбрать способ формирования откосов. Рытье котлованов и траншей с откосами без креплений в нескальных грунтах выше уровня грунтовых вод (с учетом капиллярного поднятия) или в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижени допускается с соблюдением нормативной глубины выемки и крутизны откосов.

Перед открытием котлованов и траншей без откосов, не зависимо от вида грунта, расчетным путем необходимо определить их максимально безопасную глубину, что обеспечивает устойчивость вертикальных стенок. Методика расчета безопасной глубины котлованов и траншей без откосов такова:

1. Рассчитывают критическую высоту вертикальной стенки котлована (траншеи) по формуле:

где Н - критическая высота вертикальной стенки, м; С - сила сцепления почвы, т/м2; γ - объемный вес грунта т/м3; φ - угол в нутреннего трения

2. Определяют предельную глубину котлована или траншеи с вертикальной стенкой, вводят коэффициент запаса, принимаемый равный 1,25:

Н пр. = Н к /1,25,

где Н пр - предельная высота вертикальной стенки, м.

Глубина разработки котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений устанавливается в соответствии с ДБН А.3.2.2-2009 и составляет не более 1 м в насыпных, песчаных, крупнообломочных грунтах; 1,25 м, в супесях, 1,5 м в глинах. При проектировании котлованов и траншей глубиной более 5м необходимо произвести расчет устойчивости откосов. Согласно ДБН А.3.2.2-2009, перемещение, установка и работа машин вблизи выемок с незакрепленными откосами разрешается только за пределами призмы обрушения на расстоянии, установленной проектом производства работ. При отсутствии решений в ППР наименьшее расстояние до ближайших опор машин выбирается по табл. 4.4. При глубине выемки менее 5 м наименьшее допустимое расстояние от верхнего строения пути (конца шпалы, гусеницы, колеса) до основанию откоса определяется по приближенной оценке заднего края призмы обрушения с использованием формулы:

l н = 1,2ah + 1,

где h - глубина выемки, м, а - коэффициент заложения откоса, который принимается по данным табл. 5.2.

Характеристики ґрунта

Обеспечение устойчивости земляных сооружений.

Обеспечение устойчивости земляных сооружений является важнейшим требо-

ванием, предъявляемым к ним. Чтобы еѐ обеспечить, земляные сооружения возводят с откосами необходимой крутизны. Крутизна откоса выемки или насыпи зависит главным образом от угла естественного откоса грунта. Еѐ принимают в зависимости от глубины выемки или высоты насыпи, свойств грунта, их влажности, характера сооружений (посто-

янные или временные) и других факторов. Наибольшая допустимая крутизна откосов

котлованов и траншей глубиной до 5 м, отрываемых в нескальных грунтах выше уровня грунтовых вод (УГВ) или в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, регламентируемого СНиП (табл. 1).

Таблица 1. Наибольшая крутизна откосов.

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 () и удельного сцепления грунта (С) с учѐтом нагрузки на берме откоса. Ориентировочно крутизну откоса таких выемок в не переувлажнѐнных грунтах для средних значений () и (С) можно принимать по таблице 2. При необходимости отрывки выемок ниже УГВ, где будут обводнѐнные грунты, крутизну и откосов принимают по таблице 3.

Технология строительных процессов. Лекция 5.3

Таблица 2. Расчетная максимально допустимая крутизна откосов.

Таблица 3. Допустимая крутизна откоса в обводненных грунтах.

Однако не всегда имеется возможность отрывки котлована или траншей с наклонными откосами необходимой крутизны, чтобы обеспечить их устойчивость. Такое, в частности, может быть при отрывке выемок в стеснѐнных условиях городской застройки и тогда приходится их отрывать с вертикальными откосами. Для предотвращения обрушения вертикальных стенок необходимо устраивать их временное крепление. При этом следует иметь в виду, что без креплений вертикальных стенок траншей и котлованов, расположенных выше УГВ, допускается при глубине их не более: в песчаных и крупнообломочных грунтах – 1 м; в супесях – 1,25 м; в суглинках и глинах (кроме очень прочных) – 1,5 м; в очень прочных суглинках и глинах - 2 м.

Способы и конструкции креплений вертикальных стенок котлованов и тран-

шей зависят от их глубины и размеров, физических и гидрогеологических свойств грунтов, наличия динамических нагрузок у краѐв выемки (от машин и механизмов) и принятых способов последующих работ (монтажа строительных конструкций, труб и т.п.).

В зависимости от конструктивного решения различают крепления следующих типов: распорные, консольные, консольно-распорные, консольно-анкерные, подкосные (рис. 1а). Тип крепления выбирают в зависимости от назначения и размеров выемки, свойств грунтов, величины притока грунтовых вод и условий производства работ.

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

Распорные крепления наиболее распространены. Они применяются для траншей глубинойдо 3 м и состоят из щитов (сплошных или с прозорами), стоек (или прогонов), раздвижных винтовых распорок или рам. На рис. 1б приведѐн инвентарный вариант исполнения крепления. Такое крепление состоит из деревянных щитов 2 х 0,5 м, вертикаль-

но соединѐнных брусьев 80 х 150 мм, металлических стоек из труб диаметром 70 мм с отверстиями для крепления разжимных телескопических распорок. Крепление стен производят сразу же после отрывки траншеи.

Рисунок 1. Крепление вертикальных стен выемок: а - схемы типов конструктивных решений креплений стенок траншей 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 и пластины; г - консольно-распорный тип крепления: 1 - двутавровые балки; 2 - поддерживающие стальные уголки; 3 - деревянные распорки; 4 - доски ограждающего элемента крепления (забирка); д - консольноанкерный 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 - анкеры.

Консольные (рис. 1в) и консольно-распорные (рис. 1г) крепления используются при глубинах отрывки 3 м в слабых водонасыщенных грунтах. Конструктивными элементами креплений этого типа являются: металлические стойки-сваи, сплошная забирка из досок и распорки между стойками.

Консольно-анкерные крепления (рис. 1д) в отличие от консольных имеют анкеры, состоящие из якорей и тяжей к стойкам. Якоря обычно устанавливают от бровки на расстоянии не менее 1,5 h (где h - глубина выемки), а их количество определяют по расчѐту.

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. 1е).

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.

→ Земляные работы

Обеспечение устойчивости земляных сооружений

Устойчивостью земляных сооружений называется их способность сохранять проектную форму и размеры и обусловливается равновесием масс под действием внешних и внутренних сил. Устойчивость зависит от угла естественного откоса грунта, который образуется плоскостью откоса с горизонтальной плоскостью поверхности грунта. Величина угла естественного откоса определяется опытным путем.

Крутизна откосов насыпи или выемки характеризуется отношением высоты откоса Н к его заложению или тангенсом угла наклона откоса к горизонту
(рис. 3. 1).

Наибольшая крутизна откосов зависит от высоты насыпи или глубины выемки, характеристики грунтов (угла внутреннего трения, сцепления, влажности) и условии производства работ (рис. 3.2),

Рис. 3.1. Элементы откоса
о -насыпи; б – выемки; Я-высота откоса; 1-проекция откоса на горизонтальную плоскость; а -крутизна откоса

Рис. 3.2. Поперечные профили земляного полотна

Рис. 3.3. Принципиальные схемы типов креплений
а - консольного; б - анкерного; в - консольно-распорного; г - распорного; д - подносного; е - подвесного; 1 - щиты (доски); 2 -стойки (сваи); 3 - анкеры; 4 - распорки; 5 - подкосы; 6 - упоры (якоря); 7 -опора; 8 - кольцо

Способы крепления откосов временных выемок. При ведении земляных работ на территории действующих предприятий в стесненных условиях или при наличии грунтовых вод, плывунов и при других сложных гидрогеологических условиях необходимо производить крепление траншей и котлованов. Необходимость креплений устанавливается проектом; устройство креплений вертикальных стенок траншей и котлованов требует значительных затрат ручного труда, поэтому крепление производят только в том случае, когда это экономически целесообразно или когда не представляется возможным устройство откосов.

Рис. 3.4. Шарнирно-винтовые крепления

В зависимости от вида грунта, ширины и глубины выемок и сроков службы применяются различные типы креплений. Для узких траншей глубиной 2-4 м в сухих грунтах применяются горизонтально-рамное крепление, состоящее из стоек, горизонтальных досок или дощатых (сплошных и несплошных) щитов и распорок, прижимающих доски или щиты к стенкам траншеи. Распорки устанавливают по длине траншеи на расстоянии 1,5-1,7 м одна от другой и по высоте через 0,6- 0,7 м.

В тех случаях, когда исключается возможность установки распорок (при разработке широких котлованов) , применяют анкерные или подкосные крепления.

Для устройства анкерных креплений вдоль стенок котлована забивают стойки на глубину 0,5-1 м, сверху оттягивают их анкерными тягами в виде двух пластин, прикрепленных к наклонно забитой свае, а за стойками устанавливают щиты или дощатую стенку.

Подкосные крепления состоят из дощатых щитов, устанавливаемых вдоль откосов стоек, которые удерживаются подкосами, и упоров, забиваемых у основания подкосов.

Консольно-распорные крепления характеризуются тем, что стойки (сваи) удерживаются главным образом путем защемления нижней их части, забитой в дно выемки. Наиболее широко применяется крепление из деревянного или стального шпунта. При безраспорном креплении стойки располагаются через определенный шаг, а в шпунтовом их забивают без интервала. В качестве шпунта могут быть использованы стальные профили.

При анкерном креплении стойки в верхней части кроме защемления закрепляются еще и анкерами. В отличие от анкерного крепления при консольно-рас-порном защемлении стойки крепят вверху распорками.

Подвесные крепления имеют горизонтальные элементы, выполняющие роль упорных прогонов, которые подвешивают к опорной раме, укладываемой на поверхности выемки.

Этот вид крепления наиболее часто применяется для крепления шурфов прямоугольного сечения глубиной до 2-5 м в зависимости от назначения.

В сыпучих и неустойчивых грунтах ставят распорные или срубовые крепления из пластин и брусьев (рис. Ш.З).

В вязких грунтах и при сильном притоке воды забивают ограждающие шпунтовые стенки из досок или брусьев, укрепляемые распорками. На поверхности земли по размерам колодца укладывают деревянную брусчатую раму, а затем с наружных сторон брусьев рамы, вплотную к ним, забивают доски длиной 1,5-2 м с некоторым наклоном и под защитой забитых досок роют котлован. После заглубления на 1 - 1,5 м на дне колодца устанавливают вторую такую же раму и забивают-второй ряд досок.

В таком же порядке работу продолжают до достижения необходимой глубины.

Крепление вертикальных стенок траншей глубиной до 3 м должно быть, как правило, инвентарным (рис. Ш.4). Щиты обычно устанавливают вертикально и распирают их инвентарными металлическими распорками. В связных грунтах естественной влажности устанавливаются щиты с прорезями, а в грунтах с повышенной влажностью применяются сплошные щиты.

Необходимость крепления вертикальных стенок траншей и котлованов или разработка их с откосами обосновывается проектом в зависимости от глубины, состояния грунтовых вод и других местных условий.

Нормы предусматривают разработку в определенных случаях траншей и котлованов с вертикальными стенками без крепления при отсутствии грунтовых вод, в грунтах естественной влажности. Глубина выемки без крепления не должна превышать: в песчаных и гравелистых грунтах- 1 м, в супесях- 1,25; в суглинках и глинах- 1,5 м; в особо плотных нескальных грунтах-2 м.

Разработка траншей с вертикальными стенками роторными и траншейными экскаваторами в связных грунтах (суглинках, глинах) допускается без крепления на глубину не более 3 м.

Работы по сооружению фундаментов, прокладыванию инженерных сетей и т. п. в траншеях с вертикальными стенками без креплений следует вести немедленно вслед за выемкой грунта во избежание, его осыпания или оползания.

При рытье в указанных условиях более глубоких траншей и котлованов без креплений необходимо устраивать откосы, крутизну которых определяют по СНиП.

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.

Главная » Фундамент » Наибольшая крутизна откосов траншей и котлованов. Обеспечение устойчивости земляных сооружений. Способы крепления их откосов