Переработка грунта для возведения подземной части зданий (стр. 1 из 7)

Переработка грунта для возведения подземной части зданий

Общие положения

Производство строительно-монтажных работ, в том числе возведение подземной части зданий и сооружений, сопряжено с выполнением значительных объемов земляных работ. Их объем ежегодно увеличивается.

Земляные работы относятся к наиболее трудоемким и тяжелым строительным работам, выполняемым в сложных условиях, зависящих от природно-климатических факторов, характеристик грунта, имеющейся застройки и т.д. Поэтому одной из задач, стоящих перед проектировщиками, технологами, строителями, является разработка и реализация технологий, способствующих сокращению объемов земляных работ. Конкретно это выражается в совершенствовании конструкций земляных сооружений на основе оптимизации конструктивных решений подземных частей зданий и сооружений; рациональном использовании рельефа местности; применении свайных фундаментов; технологии "стена в грунте"; исключении перевалок грунта; бестраншейной прокладке коммуникаций; повышении строительных качеств грунта (трамбование, укрепление и т.п.). Этим целям служит и развитие средств механизации земляных работ на ближайший период: переход на гидравлическое управление, создание широкого ряда типоразмеров машин и их сменного рабочего оборудования, позволяющих в конкретных условиях обеспечить заданную геометрию земляного сооружения, автоматизация землеройно-транспортных машин в целом или их отдельных рабочих процессов, в том числе учета фактически выполненного объема работ и др.

Вместе с тем необходимо учитывать и факторы, которые ведут к увеличению объемов земляных работ; снятие растительного слоя проведение рекультивации земель, расширение строительства объектов, имеющих экологическое назначение. Сложность и трудоемкость производства земляных работ может возрастать в условиях реконструкции подземных частей зданий и сооружений.

Основными элементами комплексно-механизированного технологического процесса производства земляных работ являются:

конструкция земляного сооружения, его геометрические размеры, конфигурация, пространственная форма, назначение;

состав технологического процесса по созданию земляного сооружения, количество, последовательность и содержание операций, связанных с переработкой грунта;

комплект машин, способных реализовать сформированный технологический процесс, их технические, технологические и экономические параметры;

совокупность условий производства земляных работ, обусловливаемых реальным месторасположением строительного объекта;

фактор времени, связанный с заданной или возможной продолжительностью выполнения земляных работ на объекте.

Земляные сооружения

Грунт представляет собой естественную среду, в которой размещается подземная часть зданий и сооружений. Переработка грунта является одним из основных технологических процессов при их устройстве.

В ходе производства земляных работ создается земляное сооружение, которое является частью конструкции подземной части здания или подземного сооружения. Земляным сооружением называется инженерное сооружение, устраиваемое из грунта в грунтовом массиве или возводимое на поверхности земли.

Земляные сооружения классифицируются по следующим признакам: отношению к поверхности земли, функциональному назначению, сроку службы, геометрическим параметрам, пространственной форме.

По отношению к поверхности земли их можно разделить на выемки, насыпи и подземные выработки. Выемкой называют земляное сооружение, создаваемое в грунтовом массиве ниже поверхности земли; насыпь - земляное сооружение, возводимое из грунта выше поверхности земли; подземные выработки - земляные сооружения, возводимые на определенной глубине и закрытые с поверхности земли.

По функциональному назначению земляные сооружения подразделяются на котлованы, траншеи, ямы, скважины, отвалы, плотины, дамбы, дорожные полотна, каналы, планировочные площади, тоннели, выработки. Наиболее характерные типы земляных сооружений и их элементы представлены на рис.1.

Рис.1. Профили земляных сооружений

1 - поверхность земли; 2 - котлован с откосами; 3 - котлован с вертикальными стенками; 4 - траншея с вертикальными стенками; 5 - траншея с откосами; 6, 7 - канал; 8 - яма; 9 - дорожное полотно; 10 - отвал; 11 - плотина (дамба); 12 - скважина; 13 - подземная часть здания; 14 - обратная засыпка пазух; 15 - подземная выработка; 16 - тоннель

В зависимости от срока службы земляные сооружения делят на постоянные и временные. Постоянные - предназначены для эксплуатации в течение длительного времени. К ним относятся: планировочные площади и территории, земляные полотна рельсовых и безрельсовых дорог, каналы различного назначения, плотины, дамбы и др.

Временные земляные сооружения устраивают для развертывания и выполнения последующих строительно-монтажных работ. К их числу относятся подземные выработки, котлованы, траншеи, ямы, скважины, временные отвалы грунта и др.

Геометрические параметры земляного сооружения - длина, ширина, глубина (высота), диаметр для сооружений круглого поперечного сечения - отражают основные размеры подземной части и служат для определения объема разрабатываемого грунта. От этих параметров зависит выбор состава технологического процесса и комплекта землеройной техники. Одним из параметров, оказывающим наибольшее влияние на технологию производства земляных работ, является вертикальный параметр земляного сооружения - глубина для выемки, высота для насыпи, диаметр для сооружений круглого поперечного сечения.

Исследования показывают, что в промышленном строительстве земляные сооружения, имеющие глубину до 5 м, занимают в общем объеме до 80% и лишь около 2% земляных сооружений имеют глубину свыше 10 м. Проектная глубина зависит от региона строительства. Может быть предложена следующая градация земляных сооружений по глубине: мелкие до 2 м, средние до 5 м, глубокие до 10 м, очень глубокие свыше 10 м.

Земляное сооружение может состоять из нескольких частей в зависимости от размеров и объемов. На рис.2 показано четыре типа пространственной формы земляного сооружения. Простая (куб, параллелепипед, усеченный обелиск, цилиндр и др.), простая составная форма, когда земляное сооружение представляет собой набор простых, имеющих или не имеющих общих участков примыкания; вертикально-составная форма, представляющая собой земляное сооружение, состоящее из нескольких простых в вертикальном направлении; сложная составная форма, представляющая собой комбинацию двух последних типов пространственных форм земляного сооружения.

Рис.2. Типы пространственной формы земляных сооружений

а - простая: б - простая составная; в - вертикальная составная; г - сложная составная; 1,2,3,4 - части земляного сооружения; сплошная линия - части имеют общие участки примыкания; пунктирная линия - части не имеют общих участков примыкания

Анализ земляных сооружений показывает, что на долю простой пространственной формы приходится до 50%. второй тип -30%, третий -15% и к сложно-составной форме можно отнести около 5% земляных сооружений.

Введение понятия пространственной формы приводит к созданию некоторой объемной модели земляного сооружения, использование которой повышает обоснованность решений по формированию состава комплексного технологического процесса (КТП) и механизированного комплекса.

Для формализованного описания пространственной формы можно использовать графы (см. рис.2). Вершина графа представляет собой какую-либо часть земляного сооружения, а ребра 1-2, 2-3, 3-4 показывают взаимосвязь этих частей в его общей конструкции. Формализацию такого вида целесообразно применять, когда организационно-технологические расчеты, связанные с подготовкой производства земляных работ на объекте, могут быть решены с использованием ЭВМ.

Комплексный технологический процесс

Производство земляных работ на объекте, создание земляного сооружения для размещения в нем подземной части здания или сооружения связано с переработкой грунта, который в полном объеме или частично разрабатывается, перемещается, укладывается, планируется, уплотняется. Выполнение всего необходимого набора работ происходит в результате осуществления комплексного технологического процесса. Этот процесс состоит из нескольких простых операций, выполняемых в определенной технологической последовательности, определяемой пространственной формой земляного сооружения, условиями производства работ, техническими и технологическими параметрами используемых землеройных и землеройно-транспортных машин.

Простые операции (процессы) могут быть распределены по трем группам: подготовительные, основные и вспомогательные.

К основным процессам относятся: разработка грунта в земляных сооружениях типа "выемка"; укладка грунта в "насыпи", бурение скважин, погрузка грунта, перемещение грунта в пределах строительной площадки; транспортировка грунта за пределы объекта и завоз грунта на объект; послойное разравнивание и уплотнение грунта; планировка грунта; рыхление мерзлого или трудноразрабатываемого грунта; отделка поверхности земляного сооружения; обратная засыпка выемок или пазух.

В состав подготовительных процессов входит: понижение уровня грунтовых вод, устройство противофильтрационных завес и экранов, укрепление грунтов, разбивка земляных сооружений.

К группе вспомогательных процессов относятся: подготовка забоя, содержание и ремонт землевозных дорог, временное крепление стенок и откосов земляного сооружения, бурение шпуров, нарезание щелей для производства взрывных работ, срезка недоборов грунта, устройство съездов и въездов, увлажнение грунта, укладка текстильных материалов, контроль качества работ.