Презентация "§1. Грунты и их строительные свойства" – проект, доклад

Основные положения технологии процесса переработки грунта.

§1. Грунты и их строительные свойства

В строительном производстве грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры и представляющие собой главным образом рыхлые и скальные породы.

Характеристики грунтов

Угол естественного откоса

Трудность разработки

Сцепление Разрыхленность Липкость Влажность Плотность

Плотность - масса 1 м3 грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов - 1,6... 2,1 т/м3, Скальных неразрыхленных грунтов —до 3,3 т/м3. Влажность характеризуют степенью насыщения грунта водой, (Отношение массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта) Более 30% грунты считают мокрыми, При влажности до 5% - сухими. Липкость - способность грунта при определенной влажности прилипать к поверхности различных предметов. (Определяют усилием, необходимым для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин до 0,05 Мпа*)). Большая липкость усложняет выгрузку грунта из ковша машины или кузова, условия работы транспорта и др. *1 Мегапаскаль (Мпа) ≈ 10 атм.

Разрыхляемость - способность грунта увеличиваться в объеме при его разработке (первоначальное разрыхление). При этом его плотность уменьшается. Характеризуется коэффициентом разрыхления Кр. (Отношение объема разрыхленного к объему грунта в естественном состоянии ) Песчаные 1,08...1,17, суглинистые 1,14...1,28 и глинистые 1,24...1,3. Уложенный в насыпь разрыхленный грунт уплотняется (под массой вышележащих слоев грунта или уплотнения транспортом, смачивания дождем и т. д. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки (остаточное разрыхление). Коэффициент остаточного разрыхления фунта Ко.р, Песчаные 1,01...1,025, суглинистые 1,015..1,05, глинистые 1,04..1,09. Сцепление - начальное сопротивление грунта сдвигу. Зависит от вида грунта и его влажности. Сила сцепления для: Песчаных 0,03...0,05 МПа, глинистых - 0,05... 0,3 МПа.

Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоянии предельного равновесия. Углом естественного откоса грунта называется угол, образованный боковой поверхностью свободно отсыпанного грунта и горизонтальной плоскостью. Величина этого угла зависит от влажности и крупности частиц грунта. - Для обеспечения устойчивости земляных сооружений (насыпей, выемок) их возводят с откосами. -Крутизна откосов определяется отношением высоты откоса сооружения к его заложению. В соответствии со СНиП разные грунты имеют разные коэффициенты откосов, определяемые их свойствами. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса.

Удельное сопротивление резанию (трудность разработки) зависит от: -свойств и показателей разрабатываемого грунта, -конструктивного исполнения рабочего органа землеройного или землеройно-транспортного оборудования. С учетом этого в строительном производстве Грунты по трудности разработки классифицируют в группы (ЕНиР2-1-1). Для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяют на 6, Для многоковшовых экскаваторов и скреперов - на 2, Для бульдозеров и грейдеров - на 3 группы. Вручную -на 7 групп.

§2.Подготовительные и вспомогательные процессы разработки грунта

Должны обеспечивать: качественное и безопасное производство работ; В зависимости : - от местных условий, - типа возводимого земляного сооружения. Включают:

2.1.Разбивка земляных сооружений

Устанавливает и закрепляет положение их на местности. Осуществляют с помощью геодезических инструментов и различных измерительных приспособлений. 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 I-I и II-II. После этого вокруг будущего котлована на расстоянии 2...3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливают обноску. Обноска разового использования состоит из забитых в грунт металлических стоек или вкопанных деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Доска должна быть толщиной не менее 40 мм, иметь обрезную грань, обращенную кверху, и опираться не менее чем на три столбика. Более совершенной является инвентарная металлическая обноска. Для пропуска транспортных средств в обноске должны быть разрывы. При значительном уклоне местности обноски 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. На металлической обноске оси закрепляют краской. Размеры котлована поверху, понизу и другие характерные его точки отмечают хорошо видимыми колышками или вехами. 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 20 м. Обноску устраивают также на всех пикетах и точках перелома профиля.

2.2. Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод

При устройстве выемок, расположенных ниже уровня грунтовых вод, необходимо: -осушать водонасыщенный грунт и обеспечивать таким образом возможность его разработки и устройства выемок, В период выполнения в них строительных работ следует: -предотвращать попадание грунтовой воды в котлованы, траншеи и выработки. Эффективным технологический прием - откачка грунтовой воды.

Открытый и закрытый водотолив

На выемках (котлованах и траншеях) уровень грунтовых вод искусственно понижают

Открытый водоотлив

Откачку протекающей воды непосредственно из котлованов или траншей. Приток воды к котловану (дебит) рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод. Грунтовая вода, через откосы и дно котлована => водосборные канавы* => приямки (зумпфы) => насосами. Недостаток. Суффóзия грунта. Вода, протекающая через дно и стенки котлованов, разжижают грунт и выносит из него на поверхность мелкие частицы. (В результате - несущая способность грунта в основаниях может снизиться). Грунтовый водоотлив, исключающий просачивание воды через откосы и дно предпочтительнее. *Водосборные канавы устраивают шириной по дну 0,3...0,6 и глубиной 1...2 м с уклоном 0,01...0,02 в сторону приямков. Приямки в устойчивых грунтах крепят деревянным срубом из бревен (без дна), а в оплывающих - шпунтовой стенкой. **Суффо́зия (от лат. suffosio — подкапывание)

Грунтовый водоотлив

Обеспечивает снижение уровня ГВ ниже дна будущей выемки. Непрерывная откачка воды водопонизительными установками из системы трубчатых колодцев и скважин, расположенных вокруг котлована или вдоль траншеи.

Основные способы

И Г Л О Ф И Л Ь Т Р О В Ы Й

Э Л Е К Т Р О О С М О Т И Ч Е С К И Й

ВАКУУМНЫЙ

1)Иглофильтровый способ

Иглофильтровые установки: - стальные трубы с фильтром внизу, - водосборный коллектор, - самовсасывающий вихревой насос. Погружают в обводненный грунт по периметру котлована. Наиболее эффективен в чистых песках и песчано-гравелистых грунтах. Наибольшее понижение уровня грунтовых вод -5 м. При большей глубине понижения - двухъярусные установки.

Принцип действия

Фильтрующее звено состоит из наружной перфорированной и внутренней глухой трубы. Наружная труба внизу имеет наконечник с шаровым и кольцевым клапанами. На поверхности земли иглофильтры присоединяют водосборным коллектором к насосной установке. При работе насосов уровень воды в иглофильтрах понижается и из-за дренирующих свойств грунта он понижается и в окружающих грунтовых слоях, образуя новую разницу уровня грунтовых вод. 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 и обеспечивает погружение иглофильтра. Когда вода всасывается из грунта через фильтровое звено, клапаны занимают обратное положение.

2)Вакуумный способ

Вакуумные установки используют для понижения уровня грунтовых вод в мелкозернистых грунтах (иглофильтровые установки нецелесообразны). Принцип действия. 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 резервуар, из которого избыток воды (за счет поступления грунтовой) откачивается низконапорным насосом или сливается самотеком.

3)Явление электроо́смоса

Э… - движение жидкости через капилляры или пористые диафрагмы при наложении внешнего электрического поля. Наряду с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5...1 м от иглофильтров в сторону котлована погружают стальные трубы или стержни. Иглофильтры подключают к отрицательному (катод), а трубы или стержни - к положительному полюсу источника постоянного тока (анод). Принцип действия Электроды размещают друг относительно друга в шахматном порядке. Шаг, или расстояние анодов и катодов в своем ряду, одинаков - около 0,75... 1,5 м. Аноды и катоды погружают на одну и ту же глубину. В качестве источника электропитания применяют сварочные агрегаты или передвижные преобразователи. Под действием электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, освобождается и перемещается в сторону иглофильтров. За счет движения воды коэффициент фильтрации грунта увеличивается в 5...25 раз.

2.3. Временное крепление стенок выемок

Водонасыщенный грунт, стесненные условия, невозможность требуемых откосов - закрепляют вертикальные стенки. Шпунт – самый дорогой. Обеспечивает устойчивое состояние грунта за пределами выемки. Забивают до ее разработки. Распорного (горизонтально-рамного) типа - самый простой. Стойки, горизонтальные доски или дощатые (сплошные и нет) щиты, распорки, прижимающие их к стенкам траншеи. При сухих или маловлажных грунтах, траншеи до 4 м. Подкосное крепление - щиты или доски, прижаты к грунту стойками, раскрепленными подкосами и упорами. Ограничено (подкосы и упоры, расположенные в котловане усложняют работу). На широких котлованах. Инвентарные распорные рамы из трубчатых стоек и распорок наиболее эффективны (малая масса, легкий монтаж). Принцип действия. 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 путем выдвижения внутренней трубы из наружной и фиксируют болтом, вставляемым в отверстия труб. Полное прижатие щитов к стенкам выемки осуществляют поворотом муфты с винтовой нарезкой.

2.4. Искусственное закрепление грунтов

В зависимости от: а)физико-механических свойств грунта, б)его состояния, в)требуемой степени и назначения закрепления применяют: В результате: повышается прочность грунта, он становится неразмываемым, а в некоторых случаях - водонепроницаемым

Создают вокруг разрабатываемых выемок водонепроницаемые завесы или повышают несущую способность грунтовых оснований

1)Замораживание грунтов

Применяют в сильно водонасышенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок. Принцип действия По периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенных между собой трубопроводом, по которому нагнетают специальную жидкость - рассол (растворы солей с низкой температурой замерзания), охлажденный холодильной установкой до -20... -25°С. Рассол в холодильной установке охлаждают так называемыми хладоагентами - аммиак, реже углекислота (диоксид углерода). 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 конструкции ограждения временной выемки. Расстояние между колонками зависит от гидрогеологических и температурных условий производства работ, глубины выемки и назначается в среднем от 1,5 до 3 м.

2),3)Цементация и битумизация

Инъецирования цементного раствора или разогретых битумов применяют для пористых грунтов с высоким коэффициентом фильтрации, а также трещиноватых скальных пород. 4)Химический способ - закрепляют песчаные и лёссовые* грунты посредством нагнетания в них через инъекторы** химических растворов. М.б.: 2-х и однорастворный. Принцип действия Двухрастворное закрепление заключается в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия Na2SiO3, а затем хлористого кальция СаСl2. Растворы вступают в реакцию и образуют гель кремниевой кислоты nSiO2 x mH2O, который обволакивает зерна грунта и, твердея, связывает их в монолит. Этот способ применяют в достаточно хорошо дренирующих фунтах (коэффициент фильтрации >2 м/сут). При этом прочность фунта достигает 1,5...3 МПа. Однорастворное закрепление (смесь силиката натрия и отвердителя) применяют для слабодренирующих фунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность закрепленного фунта составляет 0,3... 0,6 МПа. *Залегают на значительной части территории России **Специальные трубы .

5)Термическое закрепление

Для лёссовых грунтов. Реализуется обжигом раскаленными газами, нагнетаемыми через скважину в поры грунта. Газы образуются при сжигании жидкого или газообразного топлива, подаваемого в толщу грунта вместе с воздухом через жаропрочные трубы в заранее пробуренную скважину. 6)Электрический способ Закрепляют влажные глинистые грунты. Эффект электроосмоса. Через грунт пропускают постоянный электрический ток. Глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению. 7)Электрохимический способ Одновременно с током в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом и инъектором, растворы химических добавок, увеличивающие проводимость тока. Интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

§3. Разработка грунта механическим методом

3.1. Землеройные машины - Многоковшовые экскаваторы непрерывного действия В основном для разработки траншей. Рабочий орган - является ковшовая цепь или ковшовый ротор - Одноковшовые экскаваторы - наибольшее применение. С ковшом вместимостью 0,15...2м3, реже до 4 м3.

Машины

Только разрабатывает грунт - землеройная

Разрабатывает и перемещает- землеройно-транспортная

Зона действия экскаватора на данной позиции, называют забоем

1)Экскаватор с прямой лопатой

Для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, преимущественно с погрузкой на транспорт. Выемка грунта осуществляется лобовыми и боковым забоями. Более эффективным является боковой забой. Транспорт подается под погрузку сбоку выработки, чем достигается значительное уменьшение угла поворота стрелы экскаватора

2)Экскаватор с обратной лопатой

используют при разработке грунтов, которые находятся ниже уровня стоянки экскаватора, и преимущественно при рытье небольших котлованов и траншей. Разработку грунта ведут лобовым или боковым забоем с погрузкой грунта в транспортные средства или укладкой в отвал. 3)Экскаватор-драглайн Для рытья глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработки грунта из-под воды и т. п. Их применяют также для отделочных земляных работ при планировке площадей и зачистке откосов. 4)Экскаватор-грейфер Для рытья колодцев, узких глубоких котлованов, траншей и других сооружений, особенно в условиях разработки грунтов ниже уровня грунтовых вод

Экскаватор-драглайн

Экскаватор-грейфер

3.2. Землеройно-транспортные машины

Скреперы При отрывке котлованов и планировке поверхностей применяют: 1)Прицепные (с объемом ковша 3, 7 и 8 м3), 2)Полуприцепные (с объемом ковша 4,5 м3) 3)Самоходные (с объемом ковша 8, 15 и 25 м3) скреперы. 1)и2) при транспортировке грунта на 1000 м, 3) - до 3000 м. Траектории движения скреперов (вид сооружения, взаимное расположение мест разработки и укладки грунта, местные условия): эллиптическая, спиральную, «восьмеркой», зигзагообразная, челночно-поперечная и челночно-продольная.

Скрепер Бульдозер

Бульдозеры

Разрабатывают грунт в неглубоких и протяженных выемках и резервах для перемещения его в насыпи обычно на расстояние до 100 м . Применяют также для: -окучивания грунтов, -обратной засыпки траншей и пазух котлованов, -зачистки дна котлованов после экскаваторных работ, -разравнивания и планировки грунта. В цикл работы бульдозера входят следующие операции: - резание и набор грунта путем снятия стружки под уклон, - перемещение грунта с надвижкой его отвалом бульдозера, разгрузка грунта, и возвратный холостой ход.

3.3. Выполняемые работы

Укладка и уплотнение грунта при: -планировочных работах, -возведении различных насыпей, -обратных засыпках траншей и пазух фундаментов. Гидромеханический метод переработки грунта Технология: разработка грунта в забое, перевод его в полужидкую массу (пульпу), транспортирование и укладка (намыв) пульпы в сооружение или в отвал. Целесообразно при больших объемах, устройство насыпей с мин. осадкой, наличие больших ресурсов воды и электроэнергии. Разработка грунта бурением При исследовании свойств и качества грунтов, определении уровня грунтовых вод, устройстве скважин водоснабжения и водопонижения грунтовых вод, устройстве свайных фундаментов, искусственном закреплении грунтов и т. п.

Разработка грунта взрывом

Взрывным способом в основном рыхлят скальные породы с последующей их разработкой землеройными машинами и скалоуборочными механизмами. Возводят земляные насыпи и перемычки, устраивают выемки для котлованов, дорог и т. п., дробят мерзлые грунты, валуны, валят деревья, корчуют пни, уплотняют грунты и др. Разработка грунта в зимних условиях В зависимости от конкретных местных условий методы: 1) Предохранение грунта от промерзания и последующая разработка обычными методами, 2) Разработкой мерзлого грунта с предварительным рыхлением, 3) Непосредственной разработкой мерзлого грунта, 4) Оттаивание грунта и его разработкой в талом состоянии.

§4. Контроль качества

В общем случае включает: -положение выемок и насыпей в плане и по высоте, - геометрические размеры земляных сооружений, - свойства грунтов, залегающих в основании сооружений, свойства грунтов, используемых для насыпных сооружений, качество укладки грунта в насыпи и обратные засыпки (характеристики уложенных и уплотненных грунтов). Постоянный контроль качества осуществляют линейные инженерно-технические работники. Организуют повседневный операционный контроль, который осуществляют: -производители работ и мастера с привлечением -представителей геодезической службы и -строительной (грунтовой) лаборатории