Укрепление откосов при разработке грунтов

Укрепление грунтов

Обычно при возведении земляных сооружений их боковые стенки устраивают таким образом, чтобы угол откоса был меньше угла естественного откоса. Однако очень часто, особенно в городских условиях, из-за стесненности устроить откосы невозможно. Кроме того, при намокании даже в условиях правильно выполненных откосов верхняя часть выемки может обрушиться. Такие случаи происходят из-за того, что при намокании грунта его угол естественного откоса может резко измениться (например, у глины с 45 до 15°, у суглинка с 50 до 20° и т.д.).

а — схема обрушения верхней части откоса при намокании; б — инвентарные трубчатые распорные рамы; в, г, д — крепления соответственно шпунтовое, консольное, консольно-распорное; е, ж — крепления распорное и подкосное; 1 — анкерная свая; 2 — оттяжка; 3 — маячная свая (опорная стойка); 4 — направляющая свая; 5 — шпунтовое ограждение; 6 — щиты (доски); 7 — стойки распорной рамы; 8 — распорка.

Шпунтовое ограждение является дорогостоящим способом, применяемым 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.

Крепление консольного типа состоит из стоек — свай, заземленных нижней частью в грунте глубже дна выемки. Они служат опорами для щитов или досок, непосредственно воспринимающих давление грунта. Крепление консольного типа целесообразно при глубине выемки до 5 м. В траншеях значительной глубины используют консольно-распорное крепление, отличающееся от консольного тем, что между стойками в верхней их части перпендикулярно оси траншеи устанавливают распорки.

Распорное (рамное) крепление — наиболее простое в исполнении — применяется при устройстве траншей глубиной до 4 м в сухих или маловлажных грунтах. Оно состоит из стоек, горизонтальных досок или щитов и распорок, прижимающих доски или щиты к стенкам траншеи.

При отрывке траншей деревянные или металлические крепления устанавливают экскаватором непосредственно при отрывке выемки. Экскаватор устанавливает блоки и по мере углубления траншеи придавливает ковшом их верхние торцы.

При создании вокруг разрабатываемых выемок постоянных водонепроницаемых завес или в случае повышения несущей способности грунтовых оснований применяют следующие способы искусственного закрепления грунтов: цементацию и битумизацию; химический, термический, электрический, электрохимический, механический и др.

Цементация и битумизация заключается в инъецировании цементного раствора или разогретых битумов. Эти способы применяют для пористых грунтов с высоким коэффициентом фильтрации, а также трещиноватых скальных пород.

Термическое закрепление заключается в обжиге лессовых грунтов раскаленными газами, нагнетаемыми через скважины в их поры. Газы подаются в толщу грунта вместе с воздухом через жаропрочные трубы в пробуренных скважинах.

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ заключается в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5. 1B/см и плотностью 1. 5A/м2. При этом глина осушается, уплотняется и теряет способностью к пучению.

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

Вытрамбовывание котлованов осуществляют с помощью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле крана. Этот способ менее сложен, чем способ грунтовых подушек, поскольку не требует замены грунта основания. Уплотнение котлованов значительных размеров может осуществляться гладкими или кулачковыми катками, трамбующими машинами, виброкатками и виброплитами.

Наши группы в Telegram, Viber. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией в WhatsApp!

Укрепление откосов при разработке траншеи

Задача по креплению откосов траншей является важнейшей в дорожном и загородном строительстве. Существуют разнообразные варианты планировки откосов при разработке траншей для обеспечения надежности конструкции. Для крепления откосов траншеи эксперты рекомендуют купить геосинтетики высокого качества по экономичным ценам в компании GeoSM, специализирующейся на производстве и оптовых продажах этих материалов во всем ассортименте. С помощью нашей продукции можно обустроить наиболее эффективное укрепление откосов при разработке траншеи.

Наши геосинтетические материалы Геофлакс соответствуют существующим в стране стандартам, что даст возможность для получения качественного и надежного покрытия.

Откосы траншеи и их создание

Выбирая способы создания откосов при разработке траншеи, проектировщики руководствуются рельефными, климатическими и гидрогеологическими характеристиками местности. Для строительства откосов траншеи по нормам проектировщики пользуются научно обоснованными параметрами. Откосы траншеи должны обеспечивать безопасность земляных сооружений.

Особенности создания откосов траншеи

Особенности создания откосов траншеи зависят от вероятных неблагоприятных гидрометеорологических воздействий, к примеру, паводков селевого или речного типа. Крутизну откосов траншеи определяют в соответствии с высотой насыпи и механическими свойствами грунта. Наиболее важным фактором, влияющим на выбор методики укрепления конструкции, считается задача по обеспечению устойчивости откосов траншеи.

Варианты укрепления откосов траншеи

Крутизна откосов траншей должна соответствовать ландшафту окружающей среды и соблюдению экологического равновесия. Для укрепления откосов траншей используется несколько вариантов, от применения бетонных плит до так называемых плетневых заборов или посева трав. Наиболее эффективные варианты укрепления откосов траншеи связаны с использованием инновационных геосинтетических материалов.

Материалы для укрепления откосов траншеи

Сегодня для укрепления откосов траншей пользуются бетонными плитами и плетневыми заборами. Но технические задания на обустройства откосов траншей содержат рекомендации по использованию сборно-монолитных конструкций из синтетических материалов. Без использования геосинтетиков не добиться надежности конструкции.

Георешетка Геофлакс для откосов

Способствует существенному уменьшению затрат и укреплению механической фиксации засыпки. Среди достоинств решетки для траншей отметим высокую прочность и устойчивость к деформированию.

Геоматы Геофлакс для откосов

Обеспечивают противоэрозийную защиту и эффективность армирования грунтов. Использование геоматов для траншей способствует восстановлению растительного покрова, и обладают декоративной функцией.

Геосетка Геофлакс для откосов

Служит для уменьшения слоя насыпи и существенной экономии бюджета строительства. Применение геосетки помогает бороться с неравномерностью осадков и температурными изменениями в течение всего эксплуатационного периода.

Геотекстиль Геофлакс для откосов

Необходим для обеспечения надежной защиты откосов от оползней и эрозийных процессов. Использование геотекстиля предполагает тщательное изучение гидрогеологического строения участка.

Расчет угла уклона откосов траншеи

Расчет угла уклона откоса траншеи осуществляется в соответствии со скоростью течения потока и гидрологическим режимом подтопления. В современных условиях требуется существенное повышение качества и увеличение срока эксплуатации откосов. Нам хорошо известно, что для обеспечения надежности котлованов необходимо руководствоваться всеми запросами отрасли, существующими стандартами, требованиями заказчиков.

С материалами GeoSM строительство откосов траншей существенно ускоряется, а срок их эксплуатации возрастает. Применение геосинтетики GeoSM рекомендовано профессионалами.

Крутизна откосов котлованов, траншей и др. выемок по нормам

Крутизна откосов котлованов, траншей и др. выемок приведена в следующих группах нормативных документов:

1. СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87. (обязательный к применению с 01 августа 2020 согласно постановлению Правительства РФ от 04 июля 2020 г. N 985)
2. Правила по охране труда при строительстве, реконструкции и ремонте.Утверждены приказом Минтруда России №883н от 11 декабря 2020 г. (действуют с 01.01.2021)
3. Правила по охране труда в строительстве. Утверждены Приказом Минтруда России N 336н от 1 июня 2015 года (действуют до 01.01.2021)

1. СП 45.13330.2012 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87. (действующий и обязательный до 01 августа 2020 к применению согласно постановлению Правительства РФ от 26 декабря 2014 г. N 1521
2. СНиП 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство» (рекомендательный)

Выделим требований приведенных в данных документах, которые касаются непосредственно величины крутизны откосов.

I группа нормативных документов

Согласно СП 45.13330.2012 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87

6.1.10 Наибольшую крутизну откосов траншей, котлованов и других временных выемок, устраиваемых без крепления в грунтах, находящихся выше уровня подземных вод (с учетом капиллярного поднятия воды по 6.1.11), в том числе в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, следует принимать в соответствии с требованиями, обеспечивающими безопасность труда в строительстве.

При высоте откосов более 5 м в однородных грунтах их крутизну допускается принимать по графикам приложения В. Крутизна откосов должна обеспечивать безопасность труда в строительстве. Крутизна откосов выемок, разрабатываемых в скальных грунтах с применением взрывных работ, должна быть установлена в проекте.

6.1.11 При наличии в период производства работ подземных вод в пределах выемок или вблизи их дна мокрыми следует считать не только грунты, расположенные ниже уровня грунтовых вод, но и грунты, расположенные выше этого уровня на величину капиллярного поднятия, которую следует принимать:

— 0,3 м — для крупных, средней крупности и мелких песков;

— 0,5 м — для пылеватых песков и супесей;

— 1,0 м — для суглинков и глин.

6.1.12 Крутизну откосов подводных и обводненных береговых траншей, а также траншей, разрабатываемых на болотах, следует принимать в соответствии с требованиями СП 86.13330.

6.1.13 В проекте должна быть установлена крутизна откосов грунтовых карьеров, резервов и постоянных отвалов после окончания земляных работ в зависимости от направлений рекультивации и способов закрепления поверхности откосов.

6.1.14 Максимальную глубину выемок с вертикальными незакрепленными стенками следует принимать в соответствии с требованиями, обеспечивающими безопасность труда в строительстве.

6.1.15 Наибольшую высоту вертикальных стенок выемок в мерзлых грунтах, кроме сыпучемерзлых, при среднесуточной температуре воздуха ниже минус 2°С допускается увеличивать на величину глубины промерзания грунта, но не более чем 2 м.

6.1.16 В проекте должна быть установлена необходимость временного крепления вертикальных стенок траншей и котлованов в зависимости от глубины выемки, вида и состояния грунта, гидрогеологических условий, величины и характера временных нагрузок на бровке и других местных условий.

6.1.17 Число и размеры уступов и местных углублений в пределах выемки должны быть минимальными и обеспечивать механизированную зачистку основания и технологичность возведения сооружения. Отношение высоты уступа к его основанию установлено проектом, но должно быть не менее: 1:2 — в глинистых грунтах, 1:3 — в песчаных грунтах.

Согласно новых Правил по охране труда в строительстве (приказ Минтруда России №883н от 11.12.2020 г.) действующих с 01.01.2021

п.129. При производстве работ нахождение работников в выемках с вертикальными стенками без крепления в песчаных, пылевато-глинистых и талых грунтах допускается при расположении этих выемок выше уровня грунтовых вод, при отсутствии в непосредственной близости от них подземных сооружений, а также на глубине не более:

1. в неслежавшихся насыпных и природного сложения песчаных
   грунтах — 1,0 м;
2. в супесях — 1,25 м;
3. в суглинках и глинах — 1,5 м.

Допускается увеличение указанной глубины расположения выемок в мерзлых грунтах, кроме сыпучемерзлых, на величину глубины промерзания грунта, но не более чем на 2 м, при среднесуточной температуре воздуха ниже минус 2°C.

Производство работ, связанных с нахождением работников в котлованах, траншеях и выемках с откосами без креплений в нескальных грунтах выше уровня грунтовых вод (с учетом капиллярного поднятия) или в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, допускается при глубине выемки и крутизне откосов согласно организационно-технологической документации с учетом крутизны откосов в зависимости от вида грунта, предусмотренной приложением № 4 к Правилам. При напластовании различных видов грунта крутизну откосов устанавливают по наименее устойчивому виду грунта от обрушения откоса.

п.130. Крутизна откосов выемок глубиной более 5 м, а также глубиной
менее 5 м при гидрологических условиях и определенных видах грунтов, а также выемок, разработанных в зимнее время, при наступлении оттепели и откосов, подвергающихся увлажнению, должны устанавливаться организационно-технологической документацией на строительное производство.

п.132. Перед допуском работников в выемки глубиной более 1,3 м работником, ответственным за обеспечение безопасного производства работ, должны быть проверены состояние откосов, а также надежность крепления стенок выемки.

Валуны и камни, а также отслоения грунта, обнаруженные на откосах, должны быть удалены.

п.133. Допуск работников в выемки с откосами, подвергшимися увлажнению, допускается после осмотра работником, ответственным за обеспечение безопасного производства работ, откосов и состояния неустойчивого грунта в местах, в которых обнаружены «козырьки» или трещины (отслоения).

п.134. Выемки, разработанные в зимнее время, при наступлении оттепели должны быть осмотрены, а по результатам осмотра должны быть приняты меры к обеспечению устойчивости откосов и креплений.

п.135. Разработка роторными и траншейными экскаваторами в связных грунтах (суглинках и глинах) выемок с вертикальными стенками без крепления допускается на глубину не более 3 м. В местах, в которых требуется пребывание работников, должны устраиваться крепления или разрабатываться откосы.

Приложение № 4

к Правилам по охране труда при строительстве, реконструкции и ремонте, утвержденным приказом Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации

от «__» _________ 20___ г. № ____

Крутизна откосов в зависимости от вида грунта

Крутизна откоса (отношение его высоты к заложению) при глубине выемки, м (не более)

Согласно старых Правил по охране труда в строительстве (приказ Минтруда России от 1.06.15 года N 336н) действующих до 01.01.2021

156. При производстве работ нахождение работников в выемках с вертикальными стенками без крепления в песчаных, пылевато-глинистых и талых грунтах допускается при расположении этих выемок выше уровня грунтовых вод, при отсутствии вблизи них подземных сооружений, а также на глубине не более:

• • • 1) в неслежавшихся насыпных и природного сложения песчаных грунтах — 1,0 м;
    • 2) в супесях — 1,25 м;
    • 3) в суглинках и глинах — 1,5 м.

Допускается увеличение указанной глубины расположения выемок в мерзлых грунтах, кроме сыпучемерзлых, на величину глубины промерзания грунта, но не более чем на 2 м, при среднесуточной температуре воздуха ниже минус 2°С.

157. Производство работ, связанных с нахождением работников в котлованах, траншеях и выемках с откосами без креплений в нескальных грунтах выше уровня грунтовых вод (с учетом капиллярного поднятия) или в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, допускается при глубине выемки и крутизне откосов согласно организационно-технологической документации с учетом крутизны откосов в зависимости от вида грунта, предусмотренной приложением N 4 к Правилам.

158. Крутизна откосов выемок глубиной более 5 м, а также глубиной менее 5 м при гидрологических условиях и определенных видах грунтов, а также выемок, разработанных в зимнее время, при наступлении оттепели и откосов, подвергающихся увлажнению, должны устанавливаться организационно-технологической документацией на строительное производство.

159. При установке креплений верхняя часть их должна выступать над бровкой выемки не менее чем на 15 см.

160. Перед допуском работников в выемки глубиной более 1,3 м работником, ответственным за обеспечение безопасного производства работ, должны быть проверены состояние откосов, а также надежность крепления стенок выемки.

Валуны и камни, а также отслоения грунта, обнаруженные на откосах, должны быть удалены.

161. Допуск работников в выемки с откосами, подвергшимися увлажнению, допускается после тщательного осмотра работником, ответственным за обеспечение безопасного производства работ, откосов и состояния неустойчивого грунта в местах, где обнаружены «козырьки» или трещины (отслоения).

162. Выемки, разработанные в зимнее время, при наступлении оттепели должны быть осмотрены, а по результатам осмотра должны быть приняты меры к обеспечению устойчивости откосов и креплений.

163. Разработка роторными и траншейными экскаваторами в связных грунтах (суглинках и глинах) выемок с вертикальными стенками без крепления допускается на глубину не более 3 м. В местах, где требуется пребывание работников, должны устраиваться крепления или разрабатываться откосы.

При извлечении грунта из выемок с помощью бадей необходимо устраивать защитные навесы-козырьки для защиты работников в выемке.

164. Устанавливать крепления необходимо в направлении сверху вниз по мере разработки выемки на глубину не более 0,5 м.

165. Разрабатывать грунт в выемках «подкопом» не допускается. Извлеченный из выемки грунт необходимо размещать на расстоянии не менее 0,5 м от бровки этой выемки.

Приложение N 4. Крутизна откосов в зависимости от вида грунта

Крутизна откоса (отношение его высоты к заложению) при глубине выемки, м (не более)

Методы укрепления грунтов при строительстве

В ходе реконструкции или строительства зданий и сооружений может возникнуть проблема недостаточно прочного грунта. Слабое грунтовое основание может не выдержать нагрузки от тяжелой постройки, поскольку оно принимает на себя весь вес.

Все грунты можно условно разделить на стабильные и нестабильные. Стабильные грунты представляют собой плотный сухой слой, способный выдержать любые нагрузки от фундамента или дороги. Нестабильный грунт требует осушения и уплотнения до необходимых критериев.

Методы укрепления грунта:

1. Механический.

Механический метод укрепления грунта подразумевает внедрение в основание высокопрочных изделий, таких как сваи или другие материалы (щебень), а также уплотнение с помощью утрамбовки или вибрирования.

2. Укрепление сваями из железобетона.

Смысл такого метода заключается в том, что прочная свая проходит через слой нестабильного грунта и упирается в плотный слой. Таким образом, нагрузка передается вертикально по свае. Она же удерживается за счет трения самого грунта о свою поверхность. Данный метод требует наличия дорогостоящего и громоздкого оборудования и достаточно большой строительной площадки.

Сваи могут быть:

• набивные — забиваются в грунт с предварительным бурением или сразу;
• буронабивные — в осадную трубу заливают жидкий бетон;
• вдавленные — погружаются в грунт машиной-домкратом.

3. Укрепление грунтовыми сваями.

Для создания грунтовых свай бурят отверстие, в которое засыпается смесь из гранулометрического заполнителя разной фракции. Сваи трамбуются послойно и считаются наиболее дешевыми и экологичными по сравнению с обычными железобетонными.

4. Утрамбовка, вибрация или замена грунтовой подушки.

Такие методы используют при небольшой толщине слоя с заданными свойствами. Утрамбовку производят катком (гладким или кулачковым), виброплитами или другим оборудованием с вибрацией. Все пылеватые грунты с песком трамбуют с применением воды. Такой метод наиболее оптимален для строительства дорог, аэродромов и прочих объектов с большой площадью. Если же данный метод по каким-то причинам применить невозможно, то строители извлекают слой слабого грунта и меняют его на прочный.

5. Цементация и инъекции в грунт.

Суть метода сводится к приданию грунту определенных свойств за счет добавления цемента в структуру.

Цементация представляет собой перемешивание грунта с раствором цемента. Для этого применяется шнековый бур с пустой штангой (отверстием по всей длине). Во время работы шнека через отверстие подается цемент, который перемешивается с грунтом. Такой метод недорогой и эффективный, поэтому его часто применяют во влажных грунтах.

6. Струйная цементация.

При струйной цементации раствор подается по трубке под высоким давлением. Таким образом, одновременно пробивается место для «инъекции», а раствор смешивается с грунтом. Для реализации этого способа необходима специфическая строительная техника.

Струйная и механическая цементация подходит для усиленных грунтов, на которых уже построены здания. Для работы в стесненных условиях строители используют компактные установки для цементных инъекций («джет-сваи»), которые можно вводить вертикально и под углом. Все работы происходят в ускоренном темпе и относительно бесшумно.

7. Укрепление плоскости грунта для дорожного полотна.

При обустройстве дороги используют комбинированные способы укрепления грунта под полотно, поскольку на протяжении дорожной линии он обладает разными свойствами. Чаще всего дорожные строители используют механический метод укрепления и утрамбовки поверхности.

8. Смешивание с природными гранулами.

При помощи добавления гранул в грунт можно изменить его свойства. Гранулометрический или другой наполнитель значительно повышает прочность основания. В зависимости от состояния грунта для стабилизации добавляют природные материалы: песок, щебень, глину, гравий и суглинок. Такой метод недорогой и экологичный, поскольку для повышения плотности не нужны химические компоненты. Процесс перемешивания грунта происходит в шнековом бункере.

9. Смешивание с минеральными вяжущими компонентами.

Самый известный способ – это известкование. Оно уменьшает липкость и пластичность глинистого грунта и делает его более устойчивым к размоканию. Но у метода есть существенный недостаток – небольшая морозостойкость. Как правило, известкование грунта используют при подготовке нижнего слоя подушки.

10. Смешивание грунта с органическим вяжущим компонентом.

Этот метод мало отличается от известкования, но здесь в качестве добавки используют смолу, битум, деготь или жидкую эмульсию. Эффект от использования вяжущих компонентов схож с предыдущим методом. Но материалы для такого уплотнения будут стоить существенно дороже. К тому же, они проявляют агрессивное воздействие на окружающую среду. По этой причине данный метод практически не используется. Строители предпочитают недорогие и проверенные способы уплотнения грунта. Иногда для повышения прочности достаточно укрепить участок дороги при помощи обычного мотокультиватора.

11. Осушение грунта

Одним из основных факторов слабого грунта может быть высокая влажность и наличие воды в составе. Если удалить лишнюю влагу, грунтовое основание станет более плотным.

12. Обжиг или термическое укрепление.

Такой метод очень эффективен при работе с глинистым грунтом. В заранее пробуренную скважину погружают перфорированную трубу из огнеупорной стали и в нее подают горячий газ. Лишняя влага полностью испаряется, а сама глина запекается. Особенностью метода можно назвать тот факт, что для разогрева газов используется природное топливо в виде угля или дров.

13. Смешивание грунта с химическим раствором.

Самый простой метод – это силикатирование. Он заключается в добавлении жидкого стекла в грунт с помощью раствора. Раствор нагнетают в заранее пробуренную скважину по трубам, которые потом извлекают. После такой подготовки грунт окаменевает. Но недостатком такого метода является низкая морозоустойчивость, быстрое затвердение материала и достаточно ограниченная область применения. Причем, в зависимости от состава грунта требуется определенный раствор химических реагентов для силикатирования.

14. Электрический метод.

Для укрепления используют электроосмос, в котором движение воды происходит от «плюса» к «минусу». Этот метод подходит для обезвоживания влажного грунта.

15. Электрохимическое укрепление.

Данный метод основан на добавлении в грунт химических растворов в определенных точках. Это энергоемкий процесс, нуждающийся в больших затратах электроэнергии. При хорошем уровне знаний дорожных специалистов электрохимический способ (с применением осмоса) можно использовать для постоянного отведения воды от фундамента.

16. Армирование.

При создании откосов или оформлении берегов при ландшафтном дизайне используется армирование полимерными конструкциями. Армирование одинаково эффективно на ровных или наклонных поверхностях дороги.

17. Георешетка.

Решетка для укрепления грунта представляет собой трехмерную конструкцию из перфорированных лент. Она придает хорошую прочность и удерживает грунт во всех плоскостях. Для этого в соты решетки засыпают мелкий наполнитель или обыкновенный грунт. Для утрамбовки его проливают водой. Толщина армированного слоя грунта обычно колеблется в пределах 10-25 см.

18. Геотекстиль.

Метод используют для многослойной подготовки грунтового основания. Геотекстиль из прочного материала пропускает воду, но не позволяет другим слоям перемешиваться между собой. Таким образом он распределяет нагрузку между слоями.

19. Геосетка.

С помощью геосетки можно растянуть нагрузку на грунтовое основание. Сетку применяют довольно редко в качестве арматуры тонкого слоя и при сочетании с другими материалами.

20. Засев травой.

Метод декоративного укрепления откосов с помощью засева склонов травой очень эффективен при крутизне не более 1 к 1,5 м. При засеве грунт уплотняют механическим способом на не затапливаемых откосах. Выросшая трава хорошо предотвращает процесс эрозии и размывания почвы.

На приусадебных участках часто используют сочетание армированной технологии с засевом травой. С помощью сетки создаются интересные и оригинальные конструкции, в которые утрамбовывается грунт с семенами. Таким образом, можно создать невероятные ландшафтные формы и сохранить природную чистоту грунта.

Как временно закрепить стенки выемок, защитить откосы и уплотнить грунт?

При устройстве котлованов и траншей в стесненных условиях городской застройки, на территории действующих предприятий и в других случаях, когда не представляется возможным разрабатывать выемку с откосами, ее устраивают с вертикальными стенками.

В зависимости от вида и состояния грунта СНиП устанавливает допустимую глубину выемок с вертикальными стенками для песчаных грунтов 1 м и для глинистых до 1,5 м. При большей глубине возникает необходимость временного крепления вертикальных стенок, чтобы избежать их обрушения.

Устройство крепления вертикальных стенок выемок требует значительных трудозатрат и усложняет как разработку грунта, так и выполнение строительно-монтажных работ в траншее или котловане, поэтому устройство выемки с вертикальными стенками, способ и тип крепления должны иметь технико-экономическое обоснование и применяться, когда невозможно выполнить откосы или прокладку подземных коммуникаций другими способами.

Выемки, разрабатываемые в сложных гидрогеологических условиях, крепят сплошным ограждением из деревянного или металлического шпунта, который забивают по периметру выемки до начала разработки грунта.

В зависимости от условий производства работ и назначения выемки применяют различные типы крепления стенок (рис.5). Крепление распорного (горизонтально-рамного) типа наиболее простое в исполнении и применяется, как правило, при устройстве траншей глубиной до 4 м в сухих или незначительной влажности грунтах.

Рис.5. Схемы крепления вертикальных стенок выемок:

а — стоечно-распорное; б — консольное; в — консольно-распорное; г — анкерное; д — подкосное; 1 — щиты (доски); 2 — стойка; 3 — распорка

Крепление консольного типа состоит из стоек — свай, защемленных нижней частью в грунте на 2-3,5 м глубже дна выемки. Они служат опорами для щитов (досок, брусьев), непосредственно воспринимающих давление грунта. Крепление консольного типа целесообразно при глубине выемки до 5 м.

В траншеях значительной глубины используют консольно-распорное крепление, отличающееся от консольного тем, что между стойками перпендикулярно оси траншеи устанавливаются распорки. В результате снижается изгибающий момент, воспринимаемый стойкой.

Для крепления стенок глубоких котлованов и траншей большой ширины, когда установка распорок затруднена, устраивают консольно-анкерное крепление.

При отрывке котлованов может применяться подкосное крепление вертикальных стенок. Оно состоит из щитов или досок, прижатых к грунту стойками, установленными на дно котлована и раскрепленными подкосами и упорами. Использование этого крепления ограниченно, так как подкосы и упоры, расположенные в котловане, мешают производству работ.

Крепление вертикальных стенок траншей глубиной до 3 м следует выполнять из индустриальных конструкций. В практике строительства инженерных коммуникаций используются трубчатые распорные, шарнирно-винтовые, объемные крепления и др. ^ В состав их входят инвентарные деревянные щиты, металлические стойки и телескопические распорки, позволяющие легко изменять габариты крепления в зависимости от размеров траншей. Объемное крепление представляет собой пространственную конструкцию, предварительно полностью собранную и устанавливаемую краном в траншею. Оно может по мере надобности переставляться по фронту работ. Индустриальные конструкции крепления имеют небольшую массу и малую трудоемкость при монтаже и демонтаже.

Тип крепления вертикальных стенок выемок определяется проектом производства работ на основе анализа технико-экономических показателей вариантов. Крепление должно быть индустриальным, надежно обеспечивать безопасность производства работ, не стеснять рабочее место, выполняться с минимальными материалоемкостью и трудозатратами.

Защита откосов постоянных выемок и насыпей от размыва поверхностным стоком атмосферных осадков осуществляется тщательной планировкой поверхности откосов с последующим их укреплением.

Укрепление откосов может производиться сплошной укладкой дерна, или укладкой его в клетку, т.е. пересекающимися полосами, промежутки между ними засыпают растительным грунтом с посевом многолетних трав. В местах концентрации стока (сопряжение насыпи с мостами, путепроводами и т.д.) откосы могут защищаться бетонными или железобетонными плитами и устройством водоотводных лотков.

Необходимость уплотнения грунтов возникает при возведении постоянных земляных сооружений, планировке площадок, обратной засыпке траншей и пазух котлованов, подсыпке под полы промышленных зданий и т.д.

В результате уплотнения грунта увеличиваются его плотность, модуль деформации, сопротивление сдвигу, водонепроницаемость и существенно уменьшаются осадки грунта в процессе эксплуатации сооружений.

Уплотнение грунта производится послойно механизированным способом. Толщина слоя зависит от вида грунта и типа грунтоуплотняющих средств. Наиболее эффективно уплотнять связные грунты укаткой и трамбованием, а несвязные — вибрационным и комбинированным воздействием (виброукаткой, вибротрамбованием и т.д.).

Укатку производят катками с гладкими вальцами, кулачковыми и пневмоколесными катками. Прицепные, полуприцепные и самоходные пневмоколесные катки широко используются для уплотнения различных грунтов слоями небольшой толщины (до 0,6 м).

Для уплотнения трамбованием используют трамбующие плиты, подвешенные к стреле экскаватора, различные трамбующие машины и механические трамбовки. Этим способом уплотняют, как правило, связные грунты. Уплотнение достигается многократными ударами трамбующей плиты или башмака по слою отсыпанного грунта. Трамбующие плиты и машины используют для уплотнения грунта в насыпях при максимальной толщине слоя до 0,8-1,5 м. Механическими трамбовками уплотняют грунт толщиной слоя до 0,5 м в непосредственной близи подземных коммуникаций и конструкций, в труднодоступных местах и стесненных условиях при обратной засыпке пазух, подсыпке под полы и т.д. Самоходные вибротрамбовки могут уплотнять как связные, так и несвязные грунты.

Вибрационным способом целесообразно уплотнять несвязные грунты, в которых вибрация вызывает резкое снижение сил внутреннего трения между частицами грунта.

Для уплотнения грунтов этим способом применяют виброплиты прицепные, самопередвигающиеся и подвесные. Толщина уплотняемого слоя от 0,6 до 2,0 м в зависимости от массы виброплиты, частоты и амплитуды колебаний.

С целью повышения эффективности уплотнения грунтов используют комбинированные воздействия: укатки и вибрации (виброкатки), удара и вибрации (вибротрамбовки) или увлажнения и вибрации для глубинного уплотнения (гидровибрационные установки).

Интенсивность процесса и степень уплотнения грунтов в значительной мере зависят от его влажности. Оптимальная влажность грунта — это влажность, при которой максимальная плотность грунта достигается с наименьшими энергозатратами. Она составляет для несвязных грунтов 8-12% и для связных- 19-23%.

В процессе производства работ контролируют степень уплотнения грунта. Контроль плотности может осуществляться определением объемной массы грунта в пробах, взятых из возводимой насыпи, плотномерами, погруженными в грунт, и другими приборами с использованием радиоизлучений, ультразвука и др.

Искусственное закрепление грунтов

Закрепление грунтов представляет собой совокупность и многообразие существующих методов, в результате применения которых повышаются прочность грунта, он становится неразмываемым, при использовании отдельных методов грунт дополнительно становится водонепроницаемым, повышается его противодействие агрессивным грунтовым водам.

Закрепление грунтов применяют при создании вокруг разрабатываемых выемок водонепроницаемых завес или повышения несущей способности грунтовых оснований. В зависимости от физико-механических свойств грунта и требуемых прочностных характеристик, на значения закрепления и других свойств укрепленного грунта применяют цементацию, силикатизацию, битумизацию, термический, химический, электрохимический и другие способы искусственного закрепления грунта.

Цементация осуществляется для закрепления крупно- и среднезернистых песков и трещиноватых скальных пород и выполняется путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. Инъектор (рис. 5.8) состоит из отдельных звеньев гладких и перфорированных труб длиной 1,5 м и внутренним диаметром 19…38 мм; внизу он имеет острый наконечник, а в верхней части — наголовник, к которому присоединяется шланг для подачи раствора под давлением. На глубину до 15 м инъекторы погружаются забивкой пневматическими молотами вибропогружателями, при больших глубинах погружения предварительно пробуривают скважины, в которые трубы и опускают.

В зависимости от выявленных характеристик закрепляемых грунтов, расчетных прочностных величин грунта через инъекторы подается цементный раствор состава от 1:1 до 1:10 по массе (цемент: вода); оптимальное давление обычно соответствует 1 атм на 1 пог. м трубы инъектора. Радиус закрепления в трещиноватых скальных породах достигает 1,2…1,5 м, в крупнозернистых песках — 0,5…0,75 м, в песках средней крупности — 0,3…0,5 м. Прочность укрепленных грунтов может достигать 3,5 МПа. Нагнетание раствора в скважину прекращают при достижении заданного поглощения или когда при заданном давлении резко снижается расход раствора (за 20 мин в скважину попадает менее 10 л раствора).

Силикатизация (химический способ) — последовательное нагнетание в грунт водного раствора силиката натрия (жидкого стекла) и ускорителя твердения (раствора соли хлора, обычно хлористого кальция). Часто этот способ называют двухрастворным закреплением. Применима силикатизация в песках, плывунах, лессовидных грунтах, она позволяет повысить прочность, водонепроницаемость и общую устойчивость грунта. Метод может применяться как в сухих, так и насыщенных водой грунтах, даже при высоких коэффициентах фильтрации — от 2 до 80 м/сут. В грунт последовательно нагнетают при давлении до 15 атм (1,5 МПа) раствор жидкого стекла и хлористого кальция, которые в результате химической реакции образуют нерастворимое вещество (гель кремниевой кислоты), прочно соединяющее в единый монолит примыкающий естественный грунт.

Как и при цементации, инъекторы изготовляют из стальных цельнотянутых труб с внутренним диаметром 19…38 мм и толщиной стенки не менее 5 мм. Нижняя перфорированная часть инъектора имеет длину 0,5.-1,5 м. Насосы для нагнетания подбирают с расчетом подачи раствора в каждый установленный инъектор от 1 до 5 л/мин.

При мелких пылеватых песках удобнее нагнетать в грунт под давлением до 5 атм (0,5 МПа) раствор фосфорной кислоты и жидкого стекла, в результате реакции также получается нерастворимый гель (кремниевой кислоты и фосфорнокислого натрия).

Однорастворное закрепление из смеси силиката натрия и отверди-теля применяют для слабодренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность закрепленного грунта находится в пределах 0,3…0,6 МПа.

В лессовидные грунты нагнетают при давлении до 5 атм (0,5 МПа) только раствор жидкого стекла, который вступает в реакцию с содержащимися в этих грунтах солями кальция, также в итоге получается нерастворимый гель (кремниевая кислота + гидрат оксида кальция + сернокислый натрий).

Способом силикатизации укрепляли основание Большого театра, Кремлевской стены, этот метод широко используется при проходке шахт и туннелей при строительстве метрополитенов.

Битумизация применяется для закрепления песчаных и сильно трещиноватых грунтов, но что более важно — прекращение через них фильтрации воды. Горячий битум нагнетают в грунт через инъекторы, Установленные в ранее пробуренных скважинах. К инъекторам, обогреваемым электрическим током, горячий битум подается из котлов насосом по трубам при давлении, достигающем 50…80 атм (5…8 МПа). Инъектор состоит из двух труб, внутренняя с отверстиями для выхода битума, опускается в грунт ниже наружной, защитной трубы. Нагнетание битума осуществляется в несколько приемов. После первого нагнетания под давлением 2…3 атм (0,2…0,3 МПа) битуму дают возможность растечься по всем заполняемым полостям и начать затвердевать, уменьшаясь в объеме. Перед последующими нагнетаниями битум в скважине разогревают электронагревателями инъектора. Песчаные грунты можно закреплять холодной битумной эмульсией.

Термическое укрепление грунтов заключается в обжиге лессовидных и пористых суглинистых грунтов раскаленными газами через пробуренные в грунте скважины диаметром 10…20 см. Скважины пробуривают в шахматном порядке на расстоянии друг от друга 2…3 м и на глубину до 15 м, сверху устье скважины «заканчивается бетонным оголовком, в котором размещается форсунка для сжигания топлива. К этой форсунке по самостоятельным шлангам подается топливо и сжатый воздух. Топливо может применяться жидкое (нефть, мазут, соляровое масло) или газообразное (природный или генераторный газ). Сжатый воздух подается под избыточным давлением, превышающим на 0,15…0,5 атм (15…50 кПа) давление в трубопроводе с топливом, благодаря этому избыточное давление позволяет отрывать пламя от форсунки и распространять его на всю глубину скважины.

В процессе обжига в скважине поддерживается температура 600…1100°С. За счет такой высокой температуры происходит процесс расплавления и последующего спекания грунта. Обжиг может продолжаться 5… 10 сут., в результате образуется керамическая свая диаметром 2…3 м. Расход топлива за весь период обжига составляет до 100 кг/пог.м скважины. Прочность грунта в среднем 1,0… 1,2 МПа, но может доходить до 10 МПа.

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ основан на использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5… 1 В/см 2 и плотностью 1…5 А/м 2 . В результате действия тока глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.

Электрохимическое закрепление грунтов. Это способ применяют для глинистых и илистых грунтов. В грунт параллельными рядами через 0,6… 1,0 м забивают металлические стержни или трубы, по которым пропускают постоянный электрический ток напряжением 30… 100 В и силой тока 0,5…7 А на 1 м вертикального сечения закрепляемого грунта

Специфика электрохимического способа заключается в том, что при погружении в грунт чередуют через ряд металлические стержни (аноды) и трубы (катоды), через которые в грунт подается раствор хлористого кальция, силиката натрия, хлорного железа и других химических добавок, увеличивающих проходимость тока, а значит и интенсивность процесса закрепления грунта.

Методы применимы при малых коэффициентах фильтрации грунта — 0,2…2 м/сут. В результате насыщения грунта раствором хлористого кальция и пропускания затем по этому грунту электрического тока в грунте происходят необратимые изменения, в частности они перестают пучиниться, увеличиваются их прочностные характеристики.