Земляные работы по устройству котлована
В промышленном и гражданском строительстве возведение объектов любого назначения начинается с земляных работ, под которыми понимается совокупность процессов по разработке, перемещению и укладке грунта для получения земляного сооружения или вертикальной планировки площадки. Земляные работы относятся к наиболее тяжёлым и трудоёмким видам работ, поэтому они должны проектироваться и осуществляться с использованием принципов комплексной механизации и применением рациональной технологии и организации строительного производства.
Способы выполнения земляных работ и типы привлекаемых средств механизации определяются прежде всего грунтовыми, климатическими и сезонными факторами. При возведении зданий и сооружений на железнодорожном транспорте к этим факторам добавляются первопроходческий и рассредоточенный характер строительства, необходимость ведения работ в стеснённых условиях, отсутствие постоянных источников энергоснабжения, удалённость ремонтной базы, сложности, возникающие из–за перебазирования строительной техники и пр.
Разнообразие условий производства земляных работ, с одной стороны, и многочисленность возможных способов и средств для их выполнения с другой, требуют от проектировщика – технолога знаний и навыков по отысканию оптимальных решений в конкретных производственных условиях. Подготовка специалистов такого уровня базируется на изучении дисциплин организационно – технологического цикла и выполнении курсовых и дипломных проектов, нацеленных на качественную инженерную подготовку строительного производства.
1. Определение объёмов работ и распределение земляных масс
1.1 Подготовка исходных данных для расчётов на ЭВМ
Из известных методов подсчёта объёмов земляных масс при вертикальной планировке площадок в курсовом проекте принимается метод квадратных призм. Этот метод получил широкое распространение, так как требует меньшего количества вычислительных операций и при спокойном рельефе местности обеспечивает достаточную для практических целей точность расчётов.
Для планировки площадок используется метод планировки с нулевым балансом. Она является наиболее экономичной, так как весь грунт, срезаемый в возвышенной части площадки, используется для подсыпки низменной её части.
При методе квадратных призм средняя красная отметка планировки Y0, обеспечивающая равенство объёмов выемки и насыпи, рассчитывается с точностью до 0,01 м на основании чёрных отметок по формуле
Y0 = (ΣX1 + 2ΣX2 + 3ΣX3 + 4ΣX4)/4n
где ΣX1 – сумма чёрных отметок вершин квадратов, к которым примыкает один угол квадрата; 2ΣX2, 3ΣX3, 4ΣX4- суммы чёрных отметок вершин квадратов, к которым примыкает соответственно 2, 3 и 4 угла; n – число квадратов, на которые разбита площадка.
Y0=(51,48+53,00+53,12+54,60+2(52,34+52,59+52,85+53,19+52,00+50,10+52,00+52,60+52,71+54,00+54,62+56,65+55,03+53,70)+4(54,50+53,96+53,32+52,57+50,97+53,46+55,16+56,37+57,28+55,40+53,51+52,53))=53,7135
1.2 Подсчёт красных и рабочих отметок планировки
Красные (проектные) отметки планировки Yij вершин квадратов при одностороннем уклоне определяются по формуле
Yij = Y0 ± i l
где Y0 – средняя красная отметка, i – величина уклона площадки, l – расстояние от оси поворота плоскости планировки до вершины, отметка которой рассчитывается.
Рабочие отметки Zij представляют собой разность между красными и чёрными отметками
Zij = Yij – Xij
Полученные рабочие отметки со знаком «плюс» соответствуют насыпи, а со знаком «минус» - выемке.
1.3 Нанесение нулевой линии.
Нулевая линия – это линия, разграничивающая выемку и насыпь на площадке. Она пройдёт через точки поверхности земли, рабочие отметки которых равны нулю. Так как нулевая линия представляет собой след от пересечения рельефа площадки наклонной плоскостью планировки, то она может пересекаться с горизонталями, но должна иметь общее с ними направление.
1.4 Определение объёмов работ по планировке площадки
Общие объемы земляных масс при вертикальной планировке площадки подсчитываются раздельно по выемке и насыпи путем суммирования частных объемов в пределах квадратов. При спокойном рельефе строительной площадки частные объемы V выемки и насыпи определяются по формуле многогранной призмы
V = F Zср.
где F - площадь сечения призмы, м2; Zср. - средняя рабочая отметка вершин,м
Если квадрат не пересекается нулевой линией, то все четыре рабочих отметки его вершин имеют одинаковый знак и в его пределах будет только выемка или только насыпь. Массив грунта в таком квадрате представляет собой четырехгранную призму, объем которой
V = a2 (Z1 + Z2 + Z3 + Z4)/4
где а – длина стороны квадрата, м; Z1,Z2, Z3, Z4 – рабочие отметки его вершин, м.
Объём грунта в квадрате, пересекаемом нулевой линией, будет состоять из выемки и насыпи. При этом встречается два типа таких переходных(смешанных) квадратов:
а) квадраты, рассекаемые нулевой линией на две трапеции
б) квадраты, рассекаемые нулевой линией на треугольник и пятиугольник
Для первого типа переходного квадрата длины отрезков сторон, пересекаемых нулевой линией,
с = a Z1/ (Z1 + Z4); d = a – c; e = a Z2/(Z2 + Z3); f = a – e
Объём грунта в пределах трапеций:
V1 = a (c + e) (Z1 +Z2)/ 8; V2 = a (d + f) (Z3 + Z4)/ 8
Для второго типа переходного квадрата длины отрезков сторон рассчитываются по формулам:
с = a Z1 / (Z1 + Z2);
d = a Z1 / (Z1 + Z4)
Объёмы грунта в пределах треугольника:
V1 = с d Z1 / 6,
а в пределах пятиугольника
V1 = (a2 – c d / 2) (Z2+ Z3+Z4) / 5
Кроме основных объёмов земляных работ подсчитываются дополнительные объёмы в откосах по контуру площадки. Если обе рабочие отметки квадрата, к которому примыкает откос, одного знака, то дополнительный объём грунта определяется по формуле трёхгранной призмы(рис.3)
V = m a (Z12 + Z22) / 4
где m – показатель крутизны откоса(для выемки m = 1,25, для насыпи m = 1,5); a – длина стороны квадрата, м; Z1, Z2 – рабочие отметки, м.
В случае, если рабочие отметки разного знака, т.е. сторона пересекается нулевой линией, то в откосе будет и выемка и насыпь.
Объём земляных масс, представляющий собой трёхгранную пирамиду(рис.4), определится как:
V = m b Z12 / 6,
где b – длина отрезка стороны квадрата, м, рассчитанная по формулам
После определения основных и дополнительных объёмов грунта составляется итоговая ведомость земляных масс.
Полученные по геометрическим очертаниям фигур частные объёмы называются геометрическими. Они отражают объём грунта по выемке в плотном (естественном) состоянии, а по насыпи – в состоянии остаточного разрыхления. Поэтому для определения баланса земляных масс на площадке объём насыпи приводится к твёрдому телу Vн по формуле
Vн = Vн.г. / (1 + ч /100)
где Vн.г. – геометрический объём насыпи, м3, ч – процент остаточного разрыхления.
1.5 Распределение земляных масс
Под распределением земляных масс понимается определение направлений, количества и расстояний перемещения грунта из квадратов выемки в квадраты насыпи. От этих факторов зависят объём грузовой работы и величина технико-экономических показателей производства планировочных работ.
В строительной практике наибольшее распространение получило логическое распределение земляных масс методом шахматного баланса по принципу «перемещение частных объёмов выемки в квадраты насыпи по кратчайшему расстоянию».
Заполнение ведомости начинается с занесения в заглавную колонку таблицы номеров квадратов выемки и соответствующих объёмов грунта в них. В заглавную строку таблицы записываются номера квадратов и объёмы насыпи в плотном теле. Разработку схемы перемещения грунта следует начинать со смешанных квадратов выемки. Установлено, что если в одном квадрате имеется и выемка, и насыпь, та рациональным является перемещение грунта в пределах этого квадрата.
Оставшиеся нераспределёнными объёмы выемки разносятся в свободные квадраты насыпи таким образом, чтобы расстояния перемещения грунта по возможности были минимальными. При этом необходимо следить за тем, чтобы суммарный объём доставляемого в соответствующий квадрат насыпи грунта не превышал его потребности.
Если на площадке итоговый объём выемки больше итогового объёма насыпи в плотном теле, то излишки грунта записываются в колонку «отвал», если наоборот, то недостающий для отсыпки всей насыпи объём грунта – в строку «резерв».
Так как излишки грунта в области выемки целесообразно разрабатывать вместе с котлованом одноковшовым экскаватором, требующим достаточно большой для заполнения ковша высоты забоя, то объём излишнего грунта следует оставлять в квадрате выемки с максимальными рабочими отметками.