Объем выемки. Расчет земляных работ
Объем необходимых земляных работ при отрывки траншей и котлованов а также и при планировке территорий производится по формулам объемной геометрии с учетом необходимого «угла естественного откоса» – который откладывается от горизонтали и зависит от свойств и характера грунта:
- для сухих глинистых грунтов он будет ~ 45°,
- для влажных глинистых грунтов ~ 35°;
- для сухих суглинистых грунтов он будет ~ 50°,
- для влажных суглинистых грунтов – 40°;
- для сухих песков он будет ~ 28°,
- для влажных песков ~ 35°.
Можно крутизну откоса задавать с помощью его уклона, т. е. отношения глубины выемки или высоты Насыпи «?» к их заложению «В»: например Н:В = 1: 1 (45°), 1:0,6 (?60°) – 1:0,57735 – (60°) и т. д., где знаменателем отношения является коэффициент естественного откоса Кот = В / Н
Обычные одноковшовые экскаваторы имеют объем. ковша от. ОДбм 3 до 2 м 3 (прямая и обратная лопаты до 1,5 m 3 ; драглайн – до 2 м 3). Самая большая глубина копания у грейфера – до 13 м. Максимальная емкость ковша скреперов составляет – 8 м 3 (для самоходных скреперов), а дальность перевозки – до 5 км. Бульдозеры обычно используются для срезки грунта с его перемещением на расстояние до 100 м.
При подсчете производительности землеройной техники также необходимо учитывать его разрыхляемость с помощью «коэффициента разрыхления» Кр, который зависит от характера грунта (см. выше).
При отсыпке насыпей и засыпке траншей, котлованов и пазух после устройства фундаментов и подвалов следует иметь ввиду, что разрыхленный грунт сразу не уплотняется. Поэтому тут Необходимо учитывать также «коэффициент остаточного разрыхления» Kop (см. выше).
Схемы определения объемов земляных работ
I. При разработке котлована
При отрывке траншеи
Схема разбивки участка на элементарные фигуры
Аксонометрия элементарной фигуры
Подсчет объемов земляных работ по устройству выемок (котлованов, траншей) и насыпей включает определение формы сооружения, разбиение его на простые геометрические тела, определение их объема и суммирования.
Определение объемов котлованов. Уточнив по приведенным выше формулам размеры котлована понизу В к и L к, назначив крутизну откосов m и зная глубину котлована Н, определяют размеры котлована поверху В к в, L к в и затем вычисляют объем грунта, подлежащего разработке при устройстве котлована.
Объем котлована V к прямоугольной формы с откосами (рис. 4.4, а) определяют по формуле опрокинутой пирамиды (призматоида):
где В к и L к - ширина и длина котлована по дну, м; В к в и L к в - то же, поверху; Н - глубина котлована, м.
Объем котлована, имеющего форму многоугольника с откосами (рис. 4.4, б)
(4.13)
где F 1 и F 2 - площади дна и верха котлована, м 2 , F cp - площадь сечения по середине его высоты, м 2 .
Объем круглого в плане котлована с откосами (рис. 4.4, в) определяют по формуле опрокинутого усеченного конуса:
Рис. 4.4 – Схема для определения объемов земляных работ при устройстве котлованов различной формы, траншей и насыпей
а, б, в - котлованы прямоугольные, многоугольные и круглые, г - траншея с откосами, д - насыпь
(4.14)
где R и r - радиусы верхнего и нижнего оснований котлована.
Котлованы для сооружений, состоящих из цилиндрической и конической частей (радиальные отстойники, метантенки и др.), которые обычно возводятся группами, отрывают в два этапа: вначале устраивают общий прямоугольный котлован с размерами В к, L к понизу и В к в, L к в поверху от отметки заложения их цилиндрических частей, а затем делают углубления для конических частей сооружения. Соответственно и объемы земляных работ определяют в два этапа: вначале объем общего прямоугольного котлована по приведенным выше формулам, а затем объем конических углублений с использованием приведенной формулы усеченного конуса.
При расчетах объемов земляных работ следует также учитывать объемы въездных и выездных траншей:
где Н - глубина котлована в местах устройства траншей, м; b - ширина их понизу, принимаемая при одностороннем движении 4,5 м и при двухстороннем - 6 м; m - коэффициент заложения откоса котлована; m" - коэффициент откоса (уклона) въездной траншеи (от 1:10 до 1:15).
Общий объем котлована с учетом въездных и выездных траншей получают суммированием объема котлована для сооружения и объемом въездных траншей.
Из общего объема котлована следует выделить объем работ по срезке растительного слоя, которую обычно производят бульдозером или скрепером, а также объем работ по срезке недобора, который оставляют у дна котлована, разрабатываемого экскаватором, чтобы не нарушить целостность и прочность грунта у основания.
Объем срезки растительного слоя зависит от размеров котлована и толщины срезаемого слоя, принимаемой равной 0,15 – 0,20 м. Также добавляется площадь зоны необходимой для складирования материалов, конструкций и движения строительных машин, принимаемая равной 15 – 20 м вокруг котлована.
Объем работ по зачистке недобора по дну котлована зависит от размеров котлована по низу и величины недобора. Толщину недобора при отрывке котлованов одноковшовыми экскаваторами определяют в зависимости от вида рабочего оборудования экскаватора по табл. 4 СНиП 3.02.01.
Для определения объемов траншей продольный профиль траншеи делят на участки с одинаковыми уклонами, подсчитывают объемы грунта для каждого из них и суммируют.
Объем траншеи с вертикальными стенками
или 
(4.16) (4.17)
где В тр - ширина траншеи; Н 1 и Н 2 - глубина ее в двух крайних поперечных сечениях; F 1 и F 2 - площади этих сечений, L - расстояние между сечениями.
Объем траншеи с откосами (рис. 4.3, д) можно определить по вышеприведенной формуле, при этом площади поперечного сечения
Более точно объем траншеи с откосами можно определить по формуле Винклера
(4.19)
При отрыве траншей экскаваторами у дна их также оставляют необходимый недобор грунта и устраивают приямки, которые в основном разрабатывают вручную.
Объем земляных работ по зачистке дна траншеи определяют по формуле
(4.20)
где В тр - ширина траншеи по дну, м; L - общая длина траншеи, м; h н - толщина недобора.
Несущая способность труб в значительной мере зависит от характера опирания их на основание. Так, например, трубы, уложенные в грунтовое ложе с углом охвата 120°, выдерживают нагрузку на 30 - 40% большую, чем трубы, уложенные на плоское основание. Поэтому на дне траншеи перед укладкой труб целесообразно вручную или механизированным способом устраивать, специальное овальное углубление (ложе) с углом охвата труб до 120°. Объем земляных работ по устройству ложа или выкружки на дне траншеи для укладки труб может быть определен по формуле
где F л - площадь поперечного сечения ложа (выкружки), м 2 ; L - длина траншеи, м.
Площадь сечения ложа (выкружки) можно определить по геометрической формуле площади сегмента
(4.22)
где r - радиус трубопровода, т.е. D/2, м; φ - угол охвата трубы, град.
Объемы насыпей (рис. 4.4, д) можно определить по тем же формулами, что и выемок, учитывая форму насыпи. Потребное количество грунта для возведения насыпи в плотном теле определяют с учетом коэффициента остаточного разрыхления.
После возведения в котловане сооружения пустоты с боков его (пазухи), включая въездные и выездные траншеи, подлежат засыпке грунтом. Объем засыпки пазух котлована определяют разностью общего объема котлована, и объемом заглубленной части сооружения. Если сооружения выступают над поверхностью земли на 0,8 ... 1 м, вокруг них делают обсыпку грунтом (рис 4.5).
Представляем Вам онлайн калькулятор, который осуществляет расчет и определение объёмов земляных работ для котлована.
Все параметры указываем в метрах
X — Ширина котлована.
B — Глубина.
Y — Длина.
Весь процесс включает в себя рытье ямы-котлована для фундамента дома, канализации коттеджа, водоема или бассейна, водоснабжения или дренажа виллы.
Во время подготовки и производства главным этапом является – правильная оценка количества выработанной почвы.
Проектирование и стоимость земляных работ
Полная оценка будет состоять из рытья ямы и вывоза объёма вынимаемого грунта. Рекомендуется тщательно спланировать, куда будет перемещаться плодородные слои почвы, которые можно применять для приусадебного участка. Неплодородную землю, можно использовать для подсыпки фундамента, спланировать сад, огород или просто вывезти за его пределы. Следует заранее найти места, куда будет вывозиться выкопанный или отработанный грунт.
Важно! В процессе рытья, расценка за 1 м³ почвы может увеличиваться с увеличением глубины траншеи. Таким образом, стоимость от поверхности земли вглубь до 1 метра, и глубже зачастую увеличивается в два раза.
Вывоз почвы – зачастую дополнительная статья расходов. Для того, чтобы не было непредвиденных растрат, следует заблаговременно оговорить все этапы и их стоимость с подрядчиком.
Перед монтажом опалубки для заливки фундамента необходимо учесть запас по размеру котлована.
Вызвать технику или выкопать самостоятельно?
Перед тем, как определиться, каким способом рыть яму, рассмотрим достоинства и недостатки каждого метода.
Если процесс будет выполняться ручным способом, то Вы получаете аккуратную и точно подогнанную по размеру яму.
Если объемы земли относительно маленькие и при доступной рабочей силе, то итоговая цена выполняемых вручную работ будет гораздо дешевле, чем при аренде специальной техники или экскаватора. Также данный метод позволяет проще осуществлять контроль геометрии и параметров будущей траншеи под фундамент.
В том случае если планируются выкопать большой объем почвы, то по производительности и в целях сохранения времени будет предпочтительней заказать экскаватор. Но в любом случае, выбор остается за Вами.
Поэтапный процесс
Вначале выполняем разметку под будущий котлован. Лучше всего это сделать при помощи колышек, которые нужно воткнуть по периметру участка, и соединить их тонким цветным шнуром, обозначив место проведения работ. Чтобы проконтролировать геометрию будущей ямы, необходимо будет замерять две диагонали, которые обязательно должны совпадать.
Данный метод не является профессиональным и лучше всего подойдет относительно ровных земельных участков.
Если Вам нужно более точная разметка запланированных земляных работ, то правильней всего использовать следующую методику.
На небольшом расстоянии от котлована нужно будет вкопать деревянные столбики или металлические прутья группами по 2 штуки (обноски). На этих столбиках будут фиксировать доски в горизонтальном положении, на которые натягиваем шнуры. Старайтесь зафиксировать доски относительно друг друга на одном уровне.
При помощи перемещения шнуров, Вы сможете добиться идеальной разметки. Оставшиеся обноски можно применять при установке опалубки под ленточный фундамент.
Если есть лазерный уровень, теодолит, нивелир, то они значительно облегчат Вам работу.
Выполняем контроль геометрии
Чтобы получить точный угол равный 90° используем хитрый метод. Берем треугольник, у которого стороны имеют соотношение 3:4:5 метра с одним углом в 90°. На одной из сторон откладываем от угла 3 метра, а на другой стороне 4 метра, при этом между этими точками расстояние должно быть равным 5 метрам.
Копаем котлован
Если планируется сильно углубиться или же в районе проведения работ находится слабый грунт, то в первую очередь необходимо обеспечить безопасность. Лучше всего делать стенки траншеи с небольшим уклоном, что предотвратит осыпание грунта.
Для контроля дна и стенок можно использовать уровень и рейки достаточной длины.
Технологическое проектирование производства земляных работ начинаем с определения линейных размеров в плане и разрезе необходимого земляного сооружения - котлована или траншеи.
Котлован под фундамент разрабатываем в том случае, если размеры подошвы фундаментов велики, а ширина пролетов более 18 м, т.е. целесообразна сплошная разработка грунта.
Если размеры пролетов более 18 м, то с целью сокращения объемов земляных работ целесообразно разрабатывать траншеи под фундамент.
Котлованы и траншеи разрабатывают с вертикальными или наклонными стенками (откосами), с креплением или без них.
Котлован и траншеи с вертикальными стенками устраивают в грунтах естественной влажности с ненарушенной структурой при отсутствии грунтовых вод и глубине в пределах 1…2 м.
Котлованы и траншеи с откосами разрабатывают при глубине, превышающей допустимые пределы возведения их с вертикальными стенками [СНиП 3.02.01-87] и когда устройство креплений экономически нецелесообразно. Крутизну откосов принимаем по Таблице 1.
Таблица 1. - Значения коэффициентов откосов (СНиП III-4-80 «Техника безопасности в строительстве»)
Линейные размеры котлована устанавливают по сетке колонн и габаритам здания в плане с учетом заданной схемы расположения, глубины заложения и размеров фундаментов под несущие конструкции.
Основные размеры фундамента (Рисунок 5):
а 1 = 2,6 м - размер фундамента у основания по поперечной оси;
а 2 = 3,2 м - размер фундамента у основания по продольной разбивочной оси;
h - общая высота фундамента, м;
h = a + b + c = 0.5+ 0.5 + 2.0 = 3 м
Рисунок 5- Основные размеры фундаментного стакана
Введем обозначение размеров котлована:
b - ширина котлована по низу, м;
a - длина котлована по низу, м;
b 1 - ширина котлована по верху, м;
a 1 - длина котлована по верху, м;
H - глубина котлована, м;
B - ширина здания в плане по крайним разбивочным осям, м;
А - длина здания в плане по крайним разбивочным осям, м.
В соответствии с заданием, получаем:
В = 18+12+24+10 =64 м
А = 12.8 = 96 м
При сплошной выемке грунта ширина котлована по низу определяется по формуле:
b = В + а 2 + 2х,
где х - минимальное расстояние от нижней кромки котлована до нижней грани фундамента, необходимое по условиям организации рабочего места при строительных работах и установке опалубки, м.
Принимаем х = 1 м,
b = 64+3.2 +2.1 = 69.2 м
Длину котлована по низу рассчитывают по формуле:
a = А + а 1 + 2x - 2e
где е = 0,5 м - расстояние от крайней поперечной разбивочной оси здания до оси фундамента (по условиям привязки).
a = 96 + 2,6 + 2. 1 - 2. 0,5 = 99.6 м
где m - показатель выноса откоса, зависящий от характеристики грунта и глубины котлована.
Рисунок 6 - Показатель выноса откоса mн
В соответствии с таблицей 1, для песка получаем m = 1
b 1 = 69.2+2 . 3= 75.2 м
Длина котлована по верху
a 1 = 99.6 + 2. 3 = 105.6 м
Глубина котлована (может быть принята по середине котлована)
где d - превышение (понижение) уровня верха котлована над верхом фундамента, м. Зависит от архитектурно-конструктивного решения подземной части здания (в нашем случае d = 0).
H = 3 + 0 = 3 м
В практике, чтобы не нарушать естественной плотности грунта у основания фундамента, разработка котлована на всю глубину экскаватором, как правило, не допускается. Величина допустимого недобора грунта в основании дается в таблице 2
Рисунок 7- План котлована фундамента
Рисунок 8 - Разрез котлована фундамента А - А
Таблица 2 - Допустимые недоборы грунта в основании при разработке котлованов одноковшовыми экскаваторами
> Определение объемов котлована
Объем котлована, имеющего вынос откоса и площадь по основанию в виде прямоугольника, а поперечное и продольное сечения - трапеции, рассчитывают по формуле :
Объем выемки грунта бульдозером в ходе зачистки дна котлована определяют по формуле:
где Дh б - недобор грунта после экскаваторных работ. Учитывая, что объем котлована достаточно велик, принимаем Дh б =15см.
> Расчет пандуса
Определим объем выемки грунта при устройстве пандуса. Длину пандуса по верху находим по формуле
L п = h. ctg б п =3. 5 = 15 м
где b п - ширина пандуса,
H - глубина котлована;
Конечный объем грунта, подлежащий разработке бульдозером, будет равен
V б =1033.85+135 =1168.85 м 3 (1.12)
> Объем ручной зачистки
Дно котлована в пределах площади основания каждого фундамента дополнительно зачищают вручную. Объем такой зачистки V р определяют по формуле
V р = 1,1 (Уn Ф S Фi) Д h р 10 -2,
где S фi = а 1 ·а 2 = 2,6. 3,2 = 8.32 м 2 - площадь фундамента по основанию;
Дh р = 5 см - глубина ручной зачистки грунта под фундамент;
n ф = 5. 8 = 40 шт - число фундаментов в котловане;
Объем земли, подлежащий выемке экскаватором, определяем по формуле:
> Площадь срезки растительного грунта
Срезка растительного грунта производится бульдозером. Площадь срезки определяется по формуле
S ср = (a 1 +20)·(b 1 +20), мІ
S ср = (105.6 + 20)·(75.2 + 20) = 11957.12 мІ (1.15)
> Уплотнение грунта
Уплотнение грунта катком определяем по формуле:
h- глубина уплотнения, зависит от марки катка.
Несвязные грунты уплотняют катками с глаткими металлическими вальцами слоем до 15 см.
99,6*69,2*0.15 = 1033,85(1.16)
На основании расчетных данных составляем таблицу 3
Таблица 3 - Ведомость объемов работ
Подсчет объемов земляных работ выполняется в процессе проектирования и при производстве работ.
Земляное сооружение - выемку или насыпь - можно представить в виде геометрического тела, объем которого подсчитывается по известным правилам геометрии. Формулы для подсчета характерных земляных сооружений приводятся в справочниках по земляным работам. При обсчете объема земляного сооружения сложной конфигурации прибегают к его членению на простые геометрические фигуры и суммированию их объемов, либо пользуются приближенными методами подсчетов.
В практике промышленного и гражданского строительства приходится главным образом рассчитывать объемы линейно-протяженных сооружений (траншей), котлованов и работ по вертикальной планировке площадок. Для определения объемов каждого вида земляных работ существуют различные методы и расчетные формулы. Целесообразность метода расчета выбирается в каждом конкретном случае с учетом рельефа местности, размеров, конфигурации и других особенностей сооружений, способов производства работ, а также исходя из требуемой точности подсчетов.
При производстве и подсчете объемов работ отметки поверхности имеют следующие наименования:
- красная - проектная отметка, под которую необходимо спланировать площадку или земляное сооружение;
- черная - фактическая отметка поверхности земли до начала производства работ;
- рабочая - это разность между красной отметкой (проектной) и отметкой поверхности земли, рабочие отметки определяют глубину выемки или насыпи.
Основными исходными документами для подсчета объемов земляных работ служат продольные и поперечные профили сооружений, расположение отдельных фундаментов и зданий на плане с горизонталями.
Подсчитывая объемы земляных работ при прорывке траншей и котлованов, необходимо правильно определить их размеры. Подсчет объемов сводится к определению объемов различных геометрических фигур, определяющих форму того или иного земляного сооружения. При этом делается допущение, что объем земли ограничен плоскостями и отдельные неровности действительной поверхности грунта не влияют значительно на расчетный объем.
Объем протяженных земляных сооружений подсчитывается приближенным методом поперечных профилей, основанном на делении сооружения в характерных точках перелома продольного профиля или на пикетах вертикальными плоскостями на призматоиды. По площади поперечных сечений и расстоянию между ними определяются частные объемы каждого призматоида, которые затем суммируются. Для облегчения подсчетов существуют пособия, справочники, таблицы, номограммы.
Объем котлована с прямоугольными основаниями, имеющего откосы со всех четырёх сторон, определяется, например, по преобразованной формуле:
V = (Н/6) (ab + cd + (а + с)(b + d))
где Н - глубина котлована; а и b - соответственно ширина и длина котлована по дну; с и d - то же, поверху.
При производстве подсчетов объемов земляных работ при отрывке траншей и котлованов необходимо правильно определить их размеры в зависимости от условий производства работ. При разработке траншей под ленточные фундаменты ширина дна траншеи принимается равной ширине подошвы фундамента плюс 0,2 м с каждой стороны для устройства песчаной или бетонной подготовки. Если разработка траншеи ведется с креплением, то для его установки необходимо ширину по дну увеличить на 0,1 м при глубине до 2 м и на 0,2 м - при глубине до 3 м. Для устройства шпунтового ограждения уширение составляет уже 0,4 м при глубине до 3 м с добавлением по 0,2 м на каждый метр глубины свыше 3 м. При необходимости устройства вертикальной гидроизоляции фундаментов и стен подвалов для удобства работ необходимо также уширить выемку.
Ширина траншей по дну для укладки трубопроводов определяется в зависимости от размеров труб и способа их укладки.
При разработке грунта землеройными машинами наименьшая ширина траншей по дну должна соответствовать ширине режущей кромки рабочего органа машины плюс 0,15 м в песчаных и супесчаных грунтах, 0,1 м - в глинистых и суглинках.
Рабочая глубина котлована под фундаменты определяется разницей черной и красной отметок. Для учета характера рельефа местности в практических подсчетах достаточно принять усредненную черную отметку, равную средней арифметической нескольких отметок.
С целью предотвращения нарушения естественной структуры грунта при работе экскаватора предусматривается недобор грунта в пределах от 5 до 20 см. Рабочую высоту насыпи протяженного сооружения задают больше проектной величины с учетом последующей осадки грунта.
Исходным документом для подсчета объемов земляных работ при вертикальной планировке является картограмма земляных масс, представляющая собой план участка, на котором рельеф изображен горизонталями, с нанесенной сеткой квадратов и указанием черных, красных и рабочих отметок вершин квадратов, а также с изображением линии нулевых работ. Картограмма составляется при проектировании генерального плана геодезической службой проектно-изыскательской организации, однако перед началом планировочных работ производственникам часто приходится уточнять ее.
Средняя отметка планировки может быть задана в соответствии с потребностями строительства, но чаще всего она определяется из условия нулевого баланса, т. е. равенства земляных масс выемки и насыпи в пределах планируемой площадки.
Подсчет объемов земляных работ при вертикальной планировке на больших площадях может производиться по трехгранным или четырехгранным призмам. Для этого планируемый участок с нанесенными на нем горизонталями разбивают на ряд квадратов, которые затем разделяются диагоналями на прямоугольные треугольники. Сторона квадрата в зависимости от рельефа местности и точности подсчета принимается для пересеченного рельефа 10-50 м, а для спокойного рельефа - до 100 м. В углах каждого квадрата интерполяцией по горизонталям определяются и проставляются черные отметки - отметки от поверхности земли. Рабочие отметки со знаком (+) указывают на необходимость срезки грунта, т. е. на устройство выемки, а отметки со знаком (-) на необходимость устройства насыпи. Треугольники с рабочими отметками одинакового знака называют одноименными, а разных знаков - переходными.
Общий объем земляных работ при планировке площадок определяется как сумма всех частных объемов.
