Указания по разбивке земляных сооружений

Разбивка сооружений состоит в установлении и закреплении их положения на местности. Приемы разработки и способы закрепления на местности очертаний сооружений разнообразны и зависят от вида земляного сооружения, способа производства работ и др.

Разбивку котлованов начинают с выноса и закрепления на местности (в соответствии с проектом) створными знаками основных рабочих осей, в качестве которых обычно принимают главные оси здания 1-1 и II-II (рис.1). После этого вокруг будущего котлована на расстоянии 2...3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливают обноску, которая состоит из забитых в грунт металлических стоек или вкопанных деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Доска должна быть толщиной не меньше 40 мм, иметь обрезную грань, обращенную кверху, и опираться не менее чем на три вкопанных столбика, высота которых должна быть достаточной для свободного прохода людей под обноской. Для пропуска транспорта в обноске должны быть разрывы. При значительном уклоне местности обноску делают с уступами.

На обноску переносят основные разбивочные оси и, начиная от них, размечают все остальные оси здания. Все оси закрепляют на обноске гвоздями или пропилами и нумеруют. Размеры котлована' поверху, понизу и другие характерные его точки отмечают колышками или вехами. Обноску используют только в начальный период строительства, так как в процессе производства работ она быстро выходит из строя. Поэтому после возведения подземной части здания основные разбивочные оси переносят на его цоколь.

Для линейно-протяженных сооружений (например, для коллектора) устраивают только поперечные обноски, которые располагают на прямых участках через 50 м, на закруглениях - через 20м;

Обноску устраивают также на всех пикетах и точках перелома профиля. Применяют также инвентарные металлические обноски, элементы которых выполнены из труб, уголков и т. п. Прямоугольность и габарит зданий определяют обязательно с помощью геодезических методов


Рис 1. Схема разбивки котлованов и траншей

а - схема разбивки котлованов; б - элементы обноски; в - схема разбивки траншей; 1-1 и II-II - главные оси здания; III-III -оси стен здания; 1 - обноска; 2 - доска; 3 - стойка


Рис.2. Схема открытого водоотлива

а - из котлована; б - из траншеи; 1 - зумпф; 2 - ус


Рис.3. Схема размещения иглофильтровых установок

а - для котлована; б - для траншеи; в - схема работы клапанов фильтрующего звена при погружении в грунт и в процессе откачки воды; 1 - насосы; 2 - кольцевой отсасывающий коллектор; 3 - депрессионная кривая; 4 - фильтрующее звено; 5 - фильтрационная сетка; 6 - наружная труба; 7 - внутренняя труба; 8 - кольцевой клапан; 9 - гнездо кольцевого клапана; 10 - шаровой клапан; 11 - ограничитель

Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод

Выемки от поверхностных вод защищают путем устройства водоперехватывающих нагорных и водоотводящих канав или системы дренажей. Продольный уклон лотков или канав назначают в зависимости от рельефа местности и принимают равным не менее 0,003. На размеры лотков или канав и на методы их укрепления влияют приток воды и скорость течения.

Водоотлив применяют при незначительном притоке воды в выемки. Осушение выемки открытым водоотливом заключается в том, что 'при разработке котлована в водоносном грунте подошве выемки придают небольшой уклон (рис.2) к устраиваему в самой пониженной части приямку (зумпфу), из которого воду откачивают насосами поршневым, диафрагмовым или центробежным, и отводят по лоткам или водоотводным канавам от выемки. Затем разработку котлована ведут наклонными слоями с заглубленным зумпфом.

При разработке траншей зумпф устраивают в специальном отсеке траншеи, называемом усом.

Открытый водоотлив используют в глинистых и песчаных пылеватых грунтах с коэффициентом фильтрации менее 1 м/сут. Применение его ограничено из-за того, что в выемке практически всегда присутствует вода, усложняющая производство работ и нарушающая устойчивость грунтового массива.

Искусственное понижение уровня грунтовых вод является более совершенным, но и более сложным методом борьбы с их притоком в выемку. Понижение уровня грунтовых вод обеспечивают путем непрерывной откачки из специальных скважин, оканчивающихся ниже дна выемки.

В грунтах с высоким коэффициентом фильтрации (более 2 м/сут) можно понизить уровень грунтовых вод: легкими иглофильтровыми установками; эжекторными иглофильтрами; водопонижающими скважинами, оборудованными глубинными насосами; скважинами, сбрасывающими воду в нижележащие поглощающие слои или в специальные выработки, и др.

Иглофильтровые установки состоят из ряда стальных труб, погружаемых в грунт по периметру котлована или вдоль траншеи. К нижней части трубы присоединено звено для фильтра, состоящее из наружной перфорированной и внутренней глухой труб.

Наружная труба внизу имеет наконечник с шаровым и кольцевым клапанами (рис.3). На поверхности земли иглофильтры присоединяют водосборным коллектором к насосной установке (обеспеченной резервными насосами). При работе насосов уровень воды в иглофильтрах понижается, и из-за дренирующих свойств грунта он понижается и в окружающих грунтовых слоях, образуя новую границу уровня грунтовых вод, называемую депрессионной кривой. Иглофильтры погружают в грунт через буровые скважины или 'путем нагнетания в трубу иглофильтра воды под давлением до 0,3 МПа (гидравлическое погружение). Поступая к наконечнику, вода опускает шаровой клапан, а кольцевой клапан, отжимаемый при этом кверху, закрывает зазор между внутренней и наружной трубами. Выходя из наконечника под давлением, струя воды размывает грунт, обеспечивает погружение иглофильтра. Когда вода всасывается, из грунта через фильтровое звено, клапаны занимают обратное положение: шаровой клапан за счет разрежения поднимается, а кольцевой опускается, открывая воде, профильтровавшейся в зазор между обеими трубами фильтрового звена, путь в открытый снизу конец внутренней трубы.

Применение иглофильтровых установок наиболее эффективно в чистых песках и песчано-гравелистых грунтах. Наибольшее понижение уровня грунтовых вод, достигаемое в средних условиях одним ярусом иглофильтров, составляет около 5 м. При большей глубине понижения применяют двухъярусные установки.

Эжекторные иглофильтровые установки (рис.4) и глубинные насосы используют при разработке больших выемок и при необходимости понижения уровня грунтовых вод на глубину 20 и 30 м (при одноярусном понижении). Фильтровое звено эжекторного иглофильтра устроено по принципу легкого иглофильтра, а надфильтровое звено состоит из наружной и внутренней трубы с эжекторной насадкой. Рабочую воду под давлением 750...800 кПа подают в кольцевое пространство между внутренней и наружной трубами, и через эжекторную насадку она устремляется вверх по внутренней трубе. В результате резкого изменения скорости движения рабочей воды в насадке создается разрежение и тем самым обеспечивается подсос грунтовой воды. Грунтовая вода смешивается с рабочей и направляется в циркуляционный бак. Из циркуляционного бака избыток воды (за счет поступления грунтовой), откачивается низконапорным насосом или сливается самотеком.

В эжекторной иглофильтровой установке вакуум создается в глубине иглофильтра, что обеспечивает более интенсивный отсос, воды и имеет исключительно важное значение при осушении грунтов с незначительной фильтрационной способностью. Один ярус иглофильтров позволяет уменьшить размеры котлована или траншеи, а, следовательно, и объем земляных работ.

Для расширения области применения иглофильтровых установок в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут используется явление электроосмоса. В этом случае наряду с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5...1 м от иглофильтров в сторону котлована погружают стальные трубы или стержни (рис.5б). Иглофильтры подключают к отрицательному, а трубы или стержни - к положительному полюсу источника постоянного тока. Напряженность электрического поля 0,5...1 В/см, а плотность тока 1 А/м. Под действием электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, освобождается и перемещается в сторону иглофильтров. За счет движения этой воды коэффициент фильтрации грунта увеличивается в 5…25 раз.

Для понижения уровня грунтовых вод на глубину более 20 м применяют водопонижающие скважины. Скважины устраивают в обсадных трубах диаметром до 400 мм и оборудуют фильтрами. Воду из скважин откачивают высоконапорными насосами.


Рис 4. Схема эжекторной установки

а - эжекторная установка; б - схема действия иглофильтра; 1 - эжекторный иглофильтр; 2 - напорный коллектор; 3 - центробежный насос; 4 - циркуляционный бак; 5 - сливной коллектор; 6 - низконапорный насос; 7 - внутренняя труба; 8 - наружная труба; 9 - рабочая вода; 10 - эжекторная насадка; 11 - грунтовая вода; 12 - фильтровое звено


Рис.5. Схема водопонижения с использованием электроосмоса

1- иглофильтр; 2 - сборный коллектор;3 - стальная труба


Рис.6. Схемы временного крепления выемок

а - шпунтовым ограждением; б - щитами с опорными стойками; в - распорными рамами; г - инвентарная трубчатая распорная рама; 1 - анкерная свая; 2 - оттяжка: 3 - маячная таая (опорная стойка); 4 - направляющая; 5 - шпунтовое ограждение; 6 - щиты; 7 - стойка распорной рамы; 8 - распорка; 9 - наружная труба; 10 - внутренняя труба; 11 - поворотная муфта; 12 - опорная часть распорки

Временное крепление стенок-выемок

При разработке выемок в водонасыщенных грунтах или в стесненных условиях, когда при этом невозможно обеспечить требуемое заложение откосов, вертикальные стенки закрепляют специальными временными крепями. Временная крепь может быть выполнена в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками, щитов с распорными рамами и других конструкций.

Шпунтовое ограждение (рис.6а) - наиболее дорогой из существующих способов. Чаще всего применяют при разработке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий и сооружений. Шпунт забивают до разработки выемки, чем обеспечивают устойчивое и естественное состояние грунта за ее пределами.

Стенки котлованов и траншей, разрабатываемых в грунтах естественной влажности, целесообразно крепить деревянными щитами (рис.6б) с опорными стойками (сваями). Опорные стойки крепят с помощью металлических оттяжек или деревянных схваток к анкерным сваям, забиваемым за пределами призмы обрушения. Щитовое крепление с опорными стойками устраивают в процессе или после разработки выемки в зависимости от степени подвижности грунта.

Когда можно установить поперечные распорки, стенки крепят деревянными щитами с распорными рамами (рис.6в). Наиболее эффективны инвентарные распорные рамы из трубчатых стоек и распорок из-за их малой массы, легкого монтажа и демонтажа (рис.6г). Металлические трубчатые стойки по высоте имеют отверстия для крепления распорок. Распорка телескопического типа состоит из наружной и внутренней труб, поворотной муфты и опорных частей. В зависимости от ширины траншеи, расстояние между стойками устанавливают выдвижением внутренней трубы из наружной и фиксируют болтом, вставляемым в отверстия труб. Щиты к стенкам выемки прижимают поворотом муфты с винтовой нарезкой.

Необходимость и способ крепления стенок выемок устанавливают в проекте производства работ. Во всех случаях временная крепь должна легко собираться и разбираться, быть прочной, воспринимать давление грунта и возможные дополнительные нагрузки от складируемых материалов и машин без значительных деформаций, не стеснять рабочее место и обеспечивать безопасное производство работ.

Искусственное закрепление грунтов

Совокупность воздействий, в результате которых повышается прочность грунта, он становится неразмываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым, представляет собой искусственное закрепление грунтов.

Закрепляют грунты для создания вокруг разрабатываемых выемок водонепроницаемых завес и повышения несущей способности грунтовых оснований. В зависимости от физико-механических свойств грунта, его состояния, требуемой степени и назначения закрепления существуют следующие способы искусственного закрепления грунтов: замораживание, цементация, битумизация, химический, электрохимический и др.

Замораживание грунтов применяют в сильноводонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок. Для этого по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенные между собой трубопроводом, по которому нагнетают специальную жидкость-рассол (растворы солей с низкой температурой замерзания), охлажденный холодильной установкой до -20...-25°С (рис.7).

Охлаждающие иглы состоят из наружных труб, закрытых и заостренных снизу, и внутренних, вставленных в них коаксиально и открытых снизу. Рассол поступает во внутреннюю трубу, а в нижней части колонки переходит в наружную трубу, по которой поднимается вверх, после чего направляется к следующей колонке. Окружающий грунт замерзает концентрическими цилиндрами с постепенно увеличивающимися диаметрами. Эти цилиндры смерзаются в сплошную стенку мерзлого грунта, которая выполняет функцию ограждения временной выемки.

Способ загораживания имеет следующие недостатки: временное сохранение эффекта (на период действия замораживающей установки), длительный процесс естественного оттаивания, повышение влажности грунта за счет миграции воды из теплых слоев грунта к охлажденным (под действием градиента температур) и др. Однако технология замораживания и технические средства для ее выполнения достаточно отработаны, и поэтому, несмотря на указанные недостатки, этот способ широко используют.

Цементация и битумизация заключаются в инъецировании, соответственно, цементного раствора или разогретых битумов в пористые грунты с высоким коэффициентом фильтрации, а также в трещиноватые скальные породы.

Химическим способом закрепляют песчаные и лессовые грунты нагнетанием в них через инъекторы химических растворов.


Рис.7. Схема искусственного замораживания грунтов

1 - охлаждающая колонка; 2 - замораживающая труба; 3 - питающая труба; 4 - патрубок для подсоединения к холодильной установке; 5 - замороженный грунт


Рис.8. Схема установки для химического закрепления грунтов

а - установка; б - инъектор;1 - распределительный напорный коллектор; 2 - насос; 3 - емкость для раствора; 4 - инъектор; 5 - массив закрепленного грунта; 6 - слабый грунт; 7 - прочный подстилающий грунт; 8 - наголовник; 9 - глухие звенья; 10 - перфорированное звено (с отверстиями диаметром 1...3 мм); 11 - наконечник

Химический способ может быть двух- и однорастворный. Двухрастворное закрепление состоит в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия,а затем хлористого кальция. Растворы вступают в реакцию и образуют гель кремниевой кислоты, который обволакивает зерна грунта и, твердея, связывает их в монолит. Этот способ применяют в достаточно хорошо дренирующих грунтах (коэффициент фильтрации 2...80 м/сут). При этом прочность грунта достигает 1,5... 3 МПа.

Однорастворное закрепление (смесь силиката натрия и отвердителя) используют для слабодренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность закрепленного грунта 0,3... 0,6 МПа.

Раствор при химическом закреплении нагнетают специальными трубами-инъекторами, погружаемыми раздельно или пакетами по 5 шт. Расстояния между инъекторами принимают в зависимости от вязкости раствора и типа грунта, уточняют экспериментально.

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Заключается он в пропуске через грунт постоянного электрического тока с напряженностью поля 0,5... 1В/см и плотностью тока 1...5 А/м2. При этом глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом и служащую инъектором, растворы химических добавок, увеличивающие проводимость тока (силикат натрия, хлористый кальций, хлористое железо и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

<<< назад