Технология и организация строительства объектов природообустройства

1. Технология строительных процессов определяет теоретические основы, методы и способы выполнения строительных процессов, обеспечивающих обработку строительных материалов и полуфабрикатов с качественным изменением их состояния с целью получения конечной продукции (здания, сооружения). Строительные процессы классифицируют в две группы – внеплощадочные и внутриплощадочные (рис. 1):

Строительные процессы последовательно делятся на комплексные процессы, простые рабочие процессы и рабочие операции.

Рабочая операция – технологически неделимый элемент строительного процесса. Ее результатом является изменение не менее одного из свойств или характеристик исходного материала, полуфабриката (например, операция по выпрямлению арматурных стержней). Рабочая операция состоит из рабочих приемов – ее частей, включающих последовательные рабочие движения, объединенных одной целью (например, рабочий прием «укладка арматурного стержня на станок для гнутья» состоит из рабочих движений: движение к стержню; взятие стержня; движение к станку; укладка).

Простые рабочие процессы – совокупность рабочих операций, объединенных в определенной технологической последовательности (например, процесс заготовки арматуры).

Совокупность организационно взаимосвязанных рабочих процессов, в результате которых создается конечная продукция, образует комплексный процесс (например, комплексный процесс возведения ж/б плотины).

Строительные процессы осуществляются на рабочих местах, т.е. в пространстве, в пределах которого перемещаются рабочие, машины и механизмы. Участок работы, выделяемый одному рабочему или звену, называют делянкой, а участок, выделяемый бригаде, – захваткой.

При возведении зданий и сооружений выполняются комплексы работ, объединяемых в 3 группы:

1. Общестроительные работы (земляные, бетонные, монтажные, свайные, отделочные, кровельные и т.д.).

2. Специальные работы (цементация, силикатизация, «стена в грунте» и т.п.).

3. Вспомогательные работы (транспортные и погрузочно-разгрузочные).

2. Материальными элементами строительных процессов являются:

1. Природные и искусственные строительные материалы (пиломатериалы, кирпич, цемент и др.).

2. Полуфабрикаты (бетонная смесь, растворы), приготавливаемые в заводских условиях или на стройплощадке.

3. Детали и изделия, выпускаемые на предприятиях стройиндустрии и пром. оборудование, поставляемое предприятиями различных отраслей хоз-ва. Их соответствие предъявляемым требованиям должно подтверждаться техническими паспортами и соответствующей маркировкой.

Технические средства строительных процессов разделяют на основные, вспомогательные и транспортные.

К основным относят строительные машины (бульдозера, экскаваторы, грейдеры и т.д.), механизмы (не имеющие собственного двигателя тали, лебедки, катки и т.д.), подручные технические средства (лопаты, молотки, пилы и т.п.), подсобные приспособления (зажимы, шаблоны, уровни и т.п.).

Вспомогательные технические средства выполняют роль: технологической оснастки (контейнеры, кассеты, струбцины и т.п.), энергетической оснастки (компрессоры, трансформаторы, кабели и т.п.), эксплуатационной оснастки (подкрановые пути, точильные станки и т.п.) и персональной оснастки (люльки, стремянки, лестницы и. т.п.).

Транспортные технические средства – это автомобили, вагоны, краны, транспортеры и т.п.

3. Разнообразие строительных процессов требует привлечения рабочих различных профессий, специальностей и квалификации. Профессия определяется видом и характером выполняемых строительных процессов (например, плотник или каменщик). Единый тарифно-квалификационный справочник (ЕТКС) работ и профессий в строительстве включает 179 профессий. Рабочий может иметь более узкую специальность по данному виду работ (например, плотник-опалубщик, каменщик по кирпичной кладке). Уровень подготовки рабочего определяется его квалификацией (от 1 разряда до 6 разряда).

Строительные процессы выполняются группами рабочих:

Звено – группа рабочих (обычно 2-5 чел.) одной профессии, но разной квалификации.

Бригада – несколько звеньев рабочих, объединенных для совместного производства одного вида работ. Распространены специализированные и комплексные бригады. Специализированная бригада (до 25-30 чел.) состоит из звеньев рабочих одной профессии, выполняющих работы одного вида. Комплексная бригада (до 40-50 чел.) создается из рабочих разных профессий, связанных единством конечной продукции (например, бригада отделочников – штукатуры, маляры и плиточники, бригада бетонщиков - опалубщики, плотники, арматурщики, бетонщики). Комплексная бригада «конечной продукции» (до 60-70 чел.) создается для проведения работ, предусматривающих выполнение отдельных законченных работ или всего строительства сооружения в целом.

Производительность труда строительных рабочих определяется выработкой и трудоемкостью выполняемых работ. Выработка — количество строительной продукции, выработанной за единицу времени (за час, смену и т. д.); трудоемкость - затраты рабочего времени (чел.-ч, чел.-дн. и т. д.) на единицу строительной продукции (м2 штукатурки, м3 кирпичной кладки и т. д.). Количественно трудоемкость регламентируется техническим нормированием. Техническое нормирование - разработка норм затрат рабочего или машинного времени и расхода материалов на единицу строительной продукции.

Норма выработки (Нвыр.) - количество продукции, которое должен произвести рабочий в единицу времени (м3/см, м2/ч и т.д.).

Норма времени (Нвр) - количество рабочего времени, достаточное для изготовления единицы продукции (чел.-ч, чел.-дн.).

Норма машинного времени (Нмаш) - количество рабочего времени машины, достаточное для изготовления единицы продукции (маш.-ч, маш.-дн.).

Тарифное нормирование - система определения размера заработной платы в зависимости от количества затраченного труда в соответствии с его количеством, качеством и с учетом квалификации исполнителя. В основу положена тарифная сетка, по которой устанавливается размер зарплаты в зависимости от разряда рабочего. Каждому разряду соответствует тарифный коэффициент, показывающий соотношение оплаты труда между разрядами:

Разряды 1 2 3 4 5 6

Коэффициенты 1,0 1,08 1,19 1,34 1,54 1,8

В строительстве применяют несколько систем оплаты труда.

Повременную оплату используют при оплате за фактически отработанное время в соответствии с установленной ставкой или тарифным коэффициентом.

Прямая сдельная оплата предусматривает оплату за фактически выполненный объем работ в соответствии с присвоенными разрядами и трудовым участием. Применение этой системы требует учета выработки рабочих и оформления нарядов. Наряд - это производственное задание на выполнение работ. Наряд является основным документом учета объема выполненных работ и расчета с рабочими.

Аккордная оплата производится на основании заранее подготовленных калькуляций на определенный комплекс работ или на единицу объема.

В строительстве нашел применение расчет с комплексной бригадой за сданный в эксплуатацию объект. Подготавливается наряд-заказ на весь объем строительно-монтажных работ, промежуточные расчеты - авансы оформляются ежемесячно, исходя из объемов выполненных работ. При окончательном расчете дополнительно учитывается: досрочный ввод объекта в эксплуатацию; качество выполненных работ; премирование за снижение себестоимости работ и экономию строительных материалов.

Безнарядная система оплаты - заработная плата начисляется бригадам и звеньям от стоимости выполненных работ.

4. Качество СМР регламентируется требованиями СНиП (часть 3). Контроль качества выполняют визуальным осмотром, натурным измерением линейных размеров, испытаний конструкций разрушающими и неразрушающими методами.

Механический (разрушающий) метод контроля применяют для определения технического состояния конструкций.

Физический (неразрушающий) метод используют для определения основных характеристик физико-механических свойств материалов конструкций. Метод базируется на импульсном и радиационном способах.

Импульсный акустический способ заключается в измерении скорости распространения и рассеивания звука в материале. Импульсный вибрационный способ базируется на замере затухания собственных колебаний.

Радиационный способ основан на определении изменения интенсивности потоков γ-лучей при просвечивании материала.

Обеспечение качества строительно-монтажных работ достигается систематическим контролем - внутренним и внешним. Внутренний контроль - функция административно-технического персонала строительной организации. Внешний контроль выполняют государственные органы и заказчик. Государственные органы - инспекции архитектурно-строительного надзора (ИГАСН) и административно-технические инспекции (АТИ) осуществляют контроль не только за процессом строительства, но и за взаимодействием с окружающей средой (вывоз мусора, обеспечение проездов и др.).

Заказчик осуществляет технический контроль. Контролирующие функции возлагают на специального представителя, который следит за обеспечением качества работ, оформлением надлежащим образом скрытых работ, соблюдением сроков работ, проверяет выполненные объемы.

Авторский надзор осуществляет проектная организация, контролирующая соблюдение строителями проектных решений и качество выполнения строительно-монтажных работ.

Окончательная приемка здания Госкомиссией предусматривает не только визуальную оценку сооружения и всех его помещений, но и наличие всех оформленных актов выполнения работ.

5. Целью технологического проектирования является разработка оптимальных технологических и организационных условий для выполнения строительных процессов, обеспечивающих выпуск строительной продукции в намеченные сроки при минимальном использовании всех видов ресурсов.

Проектированием строительных процессов при возведении зданий и сооружений последовательно предусматриваются:

- разработка технологических вариантов выполнения строительных процессов и принятие наиболее эффективного по технико-экономическим показателям;

- выполнение строительного процесса в пространстве и времени;

- расчет технологической надежности строительного процесса;

- документирование строительного процесса.

При вариантном проектировании первоначально устанавливают номенклатуру и состав строительных процессов, объем работ. Исходными данными являются условия возведения объекта и его конструктивные решения. Для различных вариантов рассчитывают эффективность по основным технико-экономическим показателям: себестоимости, трудоемкости работ и продолжительности выполнения процесса.

Себестоимость работ определяют по формуле

С=(3+М+Э+Тр) Кн,

где 3 — заработная плата рабочих; М — стоимость материалов, изделий и конструкций, включая заготовительно-складские расходы и стоимость доставки на приобъектный склад; Э—затраты на эксплуатацию машин, механизмов и уста­новок; Тр — транспортные расходы; Кн — коэффициент, учитывающий накладные расходы.

Трудоемкость работ в зависимости от их номенклатуры определяется по сборникам действующих производственных норм и расценок (НИР).

Организация строительного процесса в пространстве обеспечивается разделением на участки, захватки и делянки. Участками называют конструктивную часть сооружения, в пределах которого существуют одинаковые производственные условия (например, участок – этаж здания, температурный блок сооружения). Участки делятся на захватки, и далее на делянки.

Число захваток на участке равно:

m = Фр/Фз,

где Фр - общий фронт работ; Фз – фронт работ на захватке. Фронтом работ называют участок объекта, выделяемый бригаде или звену.

Фронт работ на захватке должен быть достаточным для одновременной расстановки всей бригады:

Фз = НФз/N,

где Н – число звеньев (рабочих) в бригаде; Фз – фронт работ звена (делянка); N – число рабочих смен.

Организация строительного процесса во времени осуществляется 3 методами. При последовательном методе все технологические циклы ведутся сначала на первой захватке, затем на второй и т.д. При параллельном методе все технологические циклы осуществляются одновременно на всех захватках. При поточном методе каждый технологический цикл выполняют сначала на первой захватке, затем на второй и т.д.

Технологическая надежность строительного процесса характеризуется коэффициентом готовности, как отношение времени безотказной работы ко времени за весь период наблюдений (для тех. средств – Кг.тс = 0,86-0,92; для мат. элементов – Кг.мэ = 0,8-0,85; для трудовых ресурсов – Кг.тр = 0,78-0,83). Надежность процесса в общем случае равна:

Кг. пр. = Кг.тс× Кг.мэ × Кг.тр.

Документирование строительного процесса осуществляется с помощью технологических карт и карт трудовых процессов. Технологическая карта – основной документ ТСП, входящий в проект производства работ (ППР). ППР определяет наиболее эффективные методы выполнения СМР, и в отличие от проектов организации строительства (ПОС) разрабатывается не проектной, а строительно-монтажной организацией или специализированной организацией типа «Оргтехстрой». Бывают следующие технологические карты:

а) типовые, не привязанные к объекту и местным условиям;

б) типовые, привязанные к объекту, но не привязанные к местным условиям;

в) рабочие, привязанные и к объекту, и к местным условиям.

Технологическая карта состоит из 8 разделов:

- область применения (природно-климатические, гидрогеологические и др. условия);

- организация и технология выполнения строительного процесса (требования подготовительного периода, комплекты машин, состав звеньев и бригад, состав операций, схемы производства работ и т.п.);

- требования к качеству и приемке работ (виды и способы контроля, приборы и оборудование, допуски и т.п.);

- калькуляция затрат труда, времени работы машин, зарплаты;

- график производства работ (как правило, линейный график);

- материально-технические ресурсы;

- техника безопасности;

- технико-экономические показатели (затраты труда и машинного времени, выработка рабочих, зарплата, продолжительность осуществления).

Карту трудовых процессов разрабатывают для указания рациональных приемов труда при выполнении отдельных видов технологических операций.

В ней указывают наиболее рациональный состав рабочего звена, распределение операций между рабочими; приводят режимы труда и отдыха.

Карты трудовых процессов содержат четыре раздела:

- область и эффективность применения карты;

- подготовка и условия выполнения процесса;

- исполнители, предметы и орудия труда;

- технология процесса и организация труда (с обязательным поминутным графиком выполнения трудового процесса).

Лекция № 2: «Инженерная подготовка строительной площадки. Транспортирование, погрузка-разгрузка и складирование строительных грузов»

При инженерной подготовке строительной площадки выполняют комплекс процессов по созданию геодезической разбивочной основы, расчистке и планировке территории, отводе поверхностных и грунтовых вод с территории стройплощадки.

1. Геодезическая разбивка включает в себя:

а) создание опорной геодезической сети, разбивку стройплощадки на квадраты с закреплением вершин реперами, поверочное нивелирование территории;

б) разбивку зданий и сооружений на местности, их привязку к опорной геодезической сети;

в) устройство обноски, закрепление осей сооружений.

Опорную геодезическую разбивочную основу создают в виде:

а) строительной сетки – продольных и поперечных осей, определяющих расположение на местности группы сооружений;

б) красных линий – продольных или поперечных осей, определяющих положение на местности и габариты отдельного сооружения.

в) полигонометрических или теодолитных ходов вдоль трасс и осей линейных сооружений (каналов, трубопроводов и др.);

г) сетей триангуляции с привязкой главных осей крупных ГТС (гидроузлов, плотин, мостов).

Закрепление вершин опорной геодезической сети сетки осуществляется временными (металлические штыри и деревянные колья) и постоянными знаками с плановой точкой (в виде забетонированных обрезков труб, рельсов и т.п. на глубину свыше 1 м. ниже глубины промерзания грунта). Последнее позволяет использовать их в качестве высотных опорных пунктов (строительных реперов). Высотная отметка репера должна быть получена не менее чем от 2 реперов государственной или местной геодезической сети. Подготовка геодезической основы – функция заказчика и она передается подрядной строительной организации за 10 дней до начала работ.

На базе геодезической основы ведут разбивочные работы с выносом и закреплением осевых линий, плановых размеров и высотного положения конструктивных элементов сооружения.

Для обозначения контуров котлованов под сооружения устанавливают на расстоянии 2-3 м. сплошную (по всему периметру) или прерывную (для прохода и проезда) строительную обноску, состоящую из врытых в грунт стоек и прикрепленных к ним на одном уровне досок. Оси сооружений показывают проволокой (причалкой), натянутой на вбитые в доски гвозди. С помощью отвесов, подвещенных к причалкам контролируют отметки дна котлована.

Для линейных сооружений в выемке или насыпи (например, каналов или автодорог) проводят попикетную или в характерных местах рельефа разбивку поперечников. Элементы откосов задают откосниками, высоту насыпи – высотниками с откосниками, глубину выемки - табличками с отметками, расположенными на расстоянии d = b/2 + mh от бровки выемки.

При разбивке тела плотин и дамб контуры насыпи закрепляют деревянными колышками и устанавливают в них откосники. Гребень обозначают высотниками с откосниками. Деревянные шаблоны в последующем извлекаются из тела насыпи (для предотвращения образования пустот из-за гниения дерева). Точность разбивки определяется точностью земляных работ – порядка ±50 мм.

2. В комплекс работ по расчистке территории входят:

а) пересадка или защита ценных зеленых насаждений;

б) расчистка площадки от ненужных деревьев, кустарника, корчевка пней.

Валка деревьев производится с помощью механических и бензомоторных пил, бульдозерами, тракторами с трелевочно-корчевальными лебедками. Предварительно рекомендуется расчистка от кустарника и мелколесья кусторезами и корчевателями-собирателями.

Корчевание пней в диаметре до 50 см. осуществляется теми же тракторами и бульдозерами, а свыше – корчевателями-собирателями и взрывным способом;

в) снятие плодородного слоя почвы (толщиной от 20 до 120 см в зависимости от типа почв) и перемещение в отвалы грунта для хранения и последующей рекультивации. Операция осуществляется бульдозерами, грейдерами и скреперами;

г) снос и разборка строений, осуществляемая общестроительными (бульдозеры, краны, сменное оборудование на одноковшовых экскаваторах в виде гидро-, шар- и клин-молотов и т.п.) и специальными (отбойные молотки, бетоноизмельчители и др.) машинами, механизмами и приспособлениями;

д) отсоединение и перенос инженерных сетей и коммуникаций. Осуществляется по согласованию с эксплуатирующей организацией.

Отвод поверхностных и грунтовых вод включает в себя:

а) устройство нагорных и водоотводных канав, обваловывание;

Устраиваются бульдозерами с поворотным отвалом, грейдерами или экскаваторами на расстоянии не менее 5 м. от постоянной выемки и 3 м. от временной. Поперечное сечение и уклоны расчитываются на максимальный ливневый (или смешанный) расход 10%-ой обеспеченности. Продольный уклон принимают не менее 0,003. Скорости течения не должны при этом превышать: Vнезаиляющая< Vсредняя< Vнеразмывающая. Русло крепится от размыва дёрном, каменной наброской, фашинами;

б) открытый и закрытый дренаж. Применяется для понижения уровня грунтовых вод при их высоком стоянии. Открытый дренаж устраивают в виде канав глубиной 0,5-0,7 м., на дно которых иногда укладывают слой дренирующего материала (песка, щебня, гравия). Закрытый дренаж устраивают пластовый (в виде слоя дренирующего материала) и трубчатый (из уложенных на дно траншеи перфорированных а/ц, пластмассовых труб, трубофильтров из пористого бетона и керамзитостекла и т.п.);

в) планировка поверхности строительной площадки. Предназначается для отвода поверхностных вод непосредственно с территории стройплощадки и производится бульдозерами, грейдерами или скреперами.

3. Строительные грузы классифицируют на девять видов: сыпучие — песок, щебень, гравий, грунты; порошкообразные — цемент, известь, гипс, мел; тестообразные — бетонная смесь, раствор, известковое тесто; жидкие — бензин, керосин, смазочные масла; мелкоштучные — кирпич, бутовый камень, бидоны с краской; штучные — оконные и дверные блоки, железобетонные панели и плиты; длинномерные — колонны, фермы, трубы, лесоматериалы; крупнообъемные — блок-комнаты, крупногабаритные контейнеры; тяжеловесные — железобетонные элементы значительной массы, технологическое оборудование, строительные машины.

Грузы перемещают горизонтальным и вертикальным транспортом. Горизонтальным транспортом грузы перемещают от места их получения до объектов строительства и на самих объектах. Вертикальным транспортом поднимают и опускают конструкции, детали, материалы при погрузочно-разгрузочных работах и в рабочей зоне строящегося объекта.

По отношению к строительной площадке различают внешний, внутрипостроечный и объектный горизонтальный транспорт. С помощью внешнего транспорта перевозят строительные грузы, поступающие на строительную площадку извне. Внутрипостроечный транспорт обеспечивает перемещение грузов по территории строительства, а объектный транспорт — перемещение непосредственно на объекте.

Внешние горизонтальные перевозки осуществляют безрельсовым, рельсовым, водным и воздушным видами транспорта.

В качестве безрельсового используют автомобильный (до 80% перевозок) и тракторный транспорт (в условиях бездорожья).

В качестве рельсового транспорта используют железнодорожный (до 20% перевозок).

Водный транспорт — наиболее дешевый вид транспорта при перевозках на значительные расстояния (до 5% перевозок).

Воздушный транспорт используют для доставки грузов в труднодоступные места с помощью самолетов и монтажа конструкций вертолетами и дирижаблями.

4. В качестве рельсового транспорта в строительстве используют железнодорожный с дорогами нормальной (1524 мм) и узкой колеей (750 мм).

В качестве тяговых средств применяют электровозы, тепловозы и мотовозы. Основными типами средств перемещения являются:

- крытые вагоны, выпускаемые с боковыми люками, дверными проемами и раздвижной крышей;

- полувагоны, с люками в полу, боковых и торцовых стенках, одно- и двухскатный пол и предназначены для перевозки сыпучих строительных материалов, древесины;

- платформы, предназначенные для перевозки различных железобетонных изделий, лесоматериалов, оборудования и др.;

- крытые вагоны-хопперы, служащие для транспортирования цемента, извести и других порошкообразных грузов. В их крыше и полу есть люки для погрузки-разгрузки.

- цистерны, используемые для перевозки цемента, других сыпучих и наливных грузов.;

- вагоны-самосвалы (думпкары), предназначенные для транспортировки щебня, гравия, песка, глины, других сыпучих грузов и вскрышных пород.

Вагоны всех видов выпускают четырехосными, грузоподъемностью 50 . 60 т для нормальной и 20 . 25 т для узкой колеи железных дорог.

Количество грузов (т), которое может быть провезено по дороге в единицу времени, называетсяпровозной способностью. Пропускной способностью называют максимальное число поездов, которое может быть пропущено по данному участку в единицу времени (час, смену, сутки).

Основным видом безрельсового транспорта является автомобильный, преимущества которого значительны при дальности транспортирования грузов до 200 км. Средства автомобильного транспорта классифицируют на две группы: общетранспортного назначения и специализированные автотранспортные средства. К первой группе относятся автомобили бортовые, автомобили - самосвалы и автомобили-тягачи. Специализированные автотранспортные средства предназначены для перевозок одного вида грузов и выполняют дополнительные функции: приготовляют бетонную смесь в пути, предотвращают недопустимые нагрузки на конструкции и т.п. Они представлены значительным числом типов (автобетоновозы, авторастворовозы, автобетоносмесители, плитовозы и балковозы, панелевозы, фермовозы, трубовозы, прицепы-тяжеловозы и т.п.).

В строительстве применяют три основные схемы автотранспортных перевозок —маятниковую, маятниково-челночную и челночно-кольцевую.

При маятниковой схеме используют автомобили или автопоезда с неотцепными звеньями. При работе по маятниковой схеме время цикла составляет:

Тц = Тп + Тг + Тр + Тх,

где Тп, Тг, Тр, Тх - продолжительность соответственно погрузки, пробега с грузом, разгрузки, холостого пробега.

Маятниковая схема эффективна при наличии приобъектных складов или строительстве сооружений из одинаковых конструктивных элементов.

При маятниково-челночной схеме перевозок один тягач работает последовательно с несколькими полуприцепами. Наиболее распространена схема работы тягача с тремя полуприцепами, когда один находится под погрузкой (например, на заводе ЖБИ), другой под разгрузкой на стройплощадке, а третий – в пути.

При работе по этой схеме время цикла составляет:

Тц = Т1 + Тг + Т2 + Тх,

где Т1 и Т2 – время на сцепку-отцепку груженого и свободного полуприцепа на заводе и стройплощадке соответственно.

При челночно-кольцевой схеме перевозок автопоезд, прибыв на объект и отцепив прицеп, уезжает на второй объект, где отцепляет другой прицеп или разгружается. Затем тягач со свободными прицепами направляется на завод или склад за новой партией груза.

Оценка рациональности использования автотранспортного средства осуществляется по величине коэффициента использования машины по грузоподъемности:

Кг = Qф / (Qг·n),

где Qф –масса перевезенного груза; Qг – грузоподъемность машины; n – число рейсов за смену.

5. Для механизации погрузочно-разгрузочных работ используют общестроительные и специальные машины и механизмы.

По принципу работы все они подразделяются на работающие независимо от транспортных средств и являющиеся частью конструкции транспортных средств.

В первую группу входят краны, погрузчики, ленточные конвейеры, механические лопаты, пневматические разгрузчики и др. Ко второй группе относятся автомобили-самосвалы, средства для саморазгрузки и др.

Специальные погрузочно-разгрузочные и обычные краны(кран-балки, мостовые краны, козловые, башенные, стреловые на пневмоколесном и гусеничном ходу, автокраны и др.) работают на погрузке и разгрузке лесоматериалов, щебня, гравия, песка и других сыпучих материалов.

Погрузчики в строительстве используются одноковшовые, автопогрузчики и многоковшовые погрузчики.

Одноковшовые погрузчики оборудованы ковшом для погрузки и выгрузки сыпучих и кусковых материалов, вилочными подхватами, челюстным захватом, бульдозерным отвалом, рыхлителем, обратной лопатой и др. Их используют для выгрузки и перемещения материалов на небольшие расстояния, подачи их к машинам, загрузки приемных устройств бетонных узлов и для различных вспомогательных работ. Многоковшовые погрузчики предназначены для погрузки сыпучих и мелкокусковых материалов в автосамосвалы и другие транспортные средства.Основным рабочим органом автопогрузчиков является телескопический подъемник с вилочным подхватом

Для выгрузки сыпучих материалов из крытых железнодорожных вагонов применяютмеханические лопаты, которые действуют по принципу подтягивания скребковых щитов лебедками.

К саморазгружающимся транспортным средствам относятся автосамосвалы, цементовозы и саморазгружающиеся автомобили, которые имеют устройства для бескрановой саморазгрузки длинномерных конструкций, лесоматериалов и т. п.

Применение контейнеризации и пакетирования дает значительный экономический эффект из-за сокращения затрат труда и лучшей сохранности продукции. Пакетом называют укрупненный груз (грузовое место). Контейнеры применяют универсальные и специализированные (например, для линолеума), а поддоны—ящичные, стоечные и плоские.

Доставленные на стройплощадку материальные элементы складируют на приобъектных складах для создания производственного запаса. Различают запас текущий и страховочный. Страховой запас должен компенсировать неравномерность пополнения текущего запаса. Для определения уровня производственного запаса действуют нормативы, зависящие от типа перевозок, их дальности и вида строительного груза (от 5 до 30 дней).

Приобъектные склады устраивают закрытыми, полузакрытыми (навесы) и открытыми. Для каждого материала отводят зоны складирования, отделяемые друг от друга сквозными проходами по 1 м. Каждый материальный элемент хранится в соответствии со своими правилами:

- кирпич хранят в поддонах и штабелях высотой до 1,6 м. отдельно по сортам и маркам;

- сборные ж/б и бетонные изделия укладывают в штабеля на деревянные подкладки квадратного сечения со стороной 6-8 см. Места укладки должны соответствовать рискам на элементах. Высота штабеля зависит от вида конструкций, обычно не превышает 2-4 ряда и может достигать 2,5 м;

- стальные конструкции укладывают штабелями с перекрестным расположением рядов.Все сборные конструкции необходимо по возможности хранить в их проектном положении.

Лекция № 3: «Технология разработки грунта. Общие положения»

1 Грунты и их строительные свойства

Достоверные геологические и гидрогеологические сведения о грунтах и правильная оценка их строительных свойств позволяют выбрать наиболее рациональные способы производства работ.

Грунт - это сложная трехфазная система, изучением свойств которой занимаются специальные дисциплины: инженерная геология, грунтоведение и механика грунтов.

Верхние слои земли сложены главным образом рыхлыми породами. Часть суши представляет собой выходы на поверхность горных скальных пород.

Все рыхлые грунты в зависимости от минералогического и механического состава делят на несвязные (пески) и связные (глины). Кроме того, имеются грунты, происхождение которых связано с растительностью и деятельностью живых организмов. К ним относятся верхние почвенные слои (растительный грунт) и различные виды торфов.

Твердая фаза нескальных грунтов состоит из отдельных частиц различной величины и минералогического состава. Частицы грунта в зависимости от их размеров имеют различные наименования: валуны > 200 мм, галька – 40 200, гравий - 2. 40, песок - 0,05 2, пыль - 0,005 .0,05, глина <0,005 мм.

В строительной практике рекомендуется классифицировать грунты в зависимости от содержания глинистых частиц.

К скальным относят практически несжимаемые водоустойчивые, сцементированные породы с сопротивлением сжатию в водонасыщенном состоянии более 5 МПа (граниты, базальты, некоторые виды песчаников). К полускальным относят породы, имеющие предел прочности на сжатие в сухом или водонасыщенном состоянии менее 5 МПа (гипсы, конгломераты и др.).

К наиболее важным показателям, определяющим физические свойства грунтов, помимо их механического состава, относятся: плотность, пористость, влажность, внутреннее трение и сцепление.

В соответствии с утвержденными Госстроем СССР рекомендациями (СН 528-80) под плотностью следует понимать отношение массы тела к занимаемому им объему. Применительно к грунтам надо различать:

плотность частиц грунта - отношение массы сухого грунта к объему только твердой его части, исключая объем пор (от 2,35 до 3,3 т/м3, чаще 2,6 .2,7т/м3);

плотность грунта - отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому объему вместе с порами (обычно от 1,5 до 2,0 т/м3);

плотность сухого грунта - отношение массы сухого грунта без массы воды в порах к занимаемому им объему с порами (1,4 .1,8 т/м3).

Глины, суглинки и супеси в зависимости от содержания глинистых частиц могут быть тяжелыми, средними или легкими. Пески в зависимости от крупности частиц бывают крупно-средне или мелкозернистые.

В процессе разработки частицы грунта отделяются друг от друга и вследствие менее плотного прилегания в последующем занимают больший объем. Коэффициент разрыхления Кр определяется как отношение объема грунта в разрыхленном состоянии Vр к объему, который занимал тот же грунт до разрыхления, Vе.

Рыхлый грунт, отсыпанный в сооружение или отвал без искусственного уплотнения, с течением времени самоуплотняется под влиянием силы тяжести, переменного увлажнения, усыхания. Процесс самоуплотнения протекает медленно, длится годами, но все же наблюдается остаточное разрыхление.

Степень увеличения первоначального объема в процессе разработки грунтов зависит от их механического состава и влажности (табл. 9).

Разрыхляемость грунтов учитывают в следующих случаях:

при определении объемов и размеров насыпей, в которые грунт укладывают без уплотнения,

при необходимости найти по объему, занимаемому рыхлым грунтом, объем, который занимал тот же грунт в состоянии естественной плотности,

при определении объема грунта в состоянии его естественной плотности в ковшах землеройных машин

при определении толщины слоя подсыпок (или отметок поверхности) на участках спланированных поверхностей при укладке грунта без искусственного уплотнения

, где

Vн - объем грунта в насыпном состоянии;

Vв - объем грунта в выемке до его разработки в состоянии естественной плотности;

Н - геометрическая толщина слоя подсыпки грунта на планируемой площади;

Нн - необходимая толщина слоя подсыпки в расчете на самоуплотнение грунта;

ν - объем грунта естественной плотности в ковше землеройных машин;

q- геометрическая вместимость ковша землеройных машин;

Кн- коэффициент наполнения ковша грунтом в долях единицы от геометрической емкости ковша;

К/р=1/Кр- величина, обратная коэффициенту разрыхления, или коэффициент приведения грунта к первоначальной плотности, коэффициент влияния разрыхления;

Ко.р- коэффициент остаточного разрыхления грунта.

Допускаемая крутизна откосов земляных сооружений зависит от таких свойств грунта, как внутреннее трение и сцепление между его частицами. Трение и сцепление являются также основными факторами, определяющими трудность разработки и перемеще­ния грунта.

Наиболее энергоемкая и дорогостоящая часть процесса производства земляных работ - разработка грунта.

Показателями, определяющими

трудность разработки грунта землеройными машинами, служат удельное сопротивление грунта резанию и удельное сопротивление грунта копанию. Сопротивление грунта копанию зависит от вида и состояния грунта и от конструктивных особенностей рабочих органов машин.

Сопротивления разрабатываемых грунтов резанию и копанию можно снизить предварительным рыхлением или увлажнением их. Увлажнение следует проводить с таким расчетом, что бы грунт не налипал на рабочие органы и не затруднялось передвижение механизмов по поверхности забоя.

Физические свойства грунтов определяют основное качество их - трудность разработки, которая кладется в основу классификации грунтов в строительном деле.

Категорию скальных и полускальных пород устанавливают в зависимости от продолжительности бурения 1 м шпура определенным буровым инструментом.

В соответствии с действующей в настоящее время классификацией грунтов, принятой Строительными нормами и правилами (СНиП), все грунты разделены на 11 групп.

Рыхлые грунты отнесены к первым трем группам. Их можно разрабатывать землеройными машинами без предварительного рыхления. Все остальные группы от (IV до XI) охватывают полускальные и скальные породы различной твердости, а также твердую карбонную кембрийскую глину, отвердевший лесс, морену с крупными валунами и др.

Единая классификация грунтов является осредненной и далеко не универсальной для всех способов разработки, так как она в основном приспособлена для землеройных машин. В связи с этим для каждого способа разработки в настоящее время имеется своя особая классификация грунтов .

В производственных нормах на механизированные земляные работы (СНиП, ЕНиР, ВНиР) грунты разделены на группы применительно к каждому конкретному виду землеплотности. Наиболее существенную роль играет влажность в случаях уплотнения грунта при укладке его в качественные насыпи.

Грунты, содержащие глинистые частицы, обладают при определенной влажности свойствами пластичных тел.

По числу пластичности грунта можно установить его разновидность в зависимости от содержания глинистых частиц.

Весьма важное свойство грунтов - способность их выдерживать нагрузки от передвигающихся и работающих машин.

Давление на грунт от ходового оборудования землеройных и землеройно-транспортных машин характеризуется следующими значениями (кПа):

Грунты в состоянии обычной естественной влажности обладают довольно хорошей несущей способностью. Однако с увеличением влажности прочность их резко снижается.

Это особенно неблагоприятно в условиях строительства осушительных систем при высоком уровне грунтовых вод, а также в периоды обильного выпадения осадков, таяния снегового покрова, плохой испаряемости при низких температурах, высокой влажности воздуха. При насыщении грунтов водой происходит их размокание, теряется связность, снижается прочность, ухудшается проходимость территории. С этими обстоятельствами надо считаться при выборе типа ходового оборудования машин, устройстве временных подъездных дорог, составлении календарных планов работ.

Нагрузка на грунт ρ от гусеничных машин должна быть несколько меньше несущей способности грунтов ρн. ρ≤(0,6 . 0,8)ρн.

Следует также иметь в виду, что во время работы землеройных машин происходит резкое перераспределение нагрузок между опорными частями ходового оборудования, возникают дополнительные динамические и вибрационные нагрузки. Так, при работе одноковшовых экскаваторов удельные давления на грунт могут в 10 .15 раз превысить средние расчетные давления, указанные в характеристиках машин.

2. Виды земляных сооружений и работ. Баланс грунтовых масс

Все земляные сооружения делят на выемки и насыпи. К выемкам относят сооружения, расположенные ниже поверхности, а к насыпям - сооружения, возводимые отсыпкой грунта выше дневной поверхности Сооружения из грунта, располагаемые частично в выемке, частично в насыпи, относят к полувыемкам, если преобладает выемка, или к полунасыпям, если преобладает насыпь.

В зависимости от назначения выемки делят на профильные (деловые), являющиеся частью строящихся сооружений, и непрофильные (карьеры, резервы), из которых берут грунт для насыпных сооружений. С учетом срока службы земляные сооружения считают постоянными или временными, возводимыми на время производства строительных работ.

Насыпи бывают двух видов: профильные (качественные) и непрофильные. К профильным относят все насыпи, возводимые в соответствии с заданными размерами в плане и по высоте и с уплотнением грунта так, чтобы они имели необходимую плотность, прочность, водонепроницаемость, статическую устойчивость.

В местах складирования не используемого из выемок грунта образуются непрофильные насыпи (отвалы, кавальеры).

К насыпям следует относить и обратные засыпки ранее образованных выемок или естественных ям и понижений. Обратные засыпки можно выполнять с искусственным уплотнением или без уплотнения.

Котлован - это временная профильная выемка для возведения искусственного сооружения ниже естественной или искусственной дневной поверхно­ти.

Траншея - линейно протяженный котлован с вертикальными или наклонными стенками для укладки трубопроводов, дрен, кабелей, ленточных фундаментов.

Карьер - сосредоточенная выемка, в которой открытым способом добывают полезные ископаемые породы, в том числе грунт для насыпных земляных сооружений.

Резерв - линейно протяженная выемка с запасом грунта, который берут для возведения линейно протяженных насыпных сооружений.

Отвал - непрофильная насыпь, место сосредоточенного складирования неиспользуемого или непригодного грунта.

Временный или промежуточный отвал - место для временного склади­рования грунта, используемого в дальнейшем для насыпей и засыпок.

Кавальер - непрофильная линейно протяженная насыпь неиспользуемого грунта вдоль линейной профильной выемки (канала, дороги).

Кювет - линейно протяженная профильная выемка в виде канавы для сбора и отвода воды от линейного сооружения (обычно вдоль дороги).

Крутизна откосов сооружений характеризуется коэффициентами заложения откосов

, где

L- длина горизонтальной проекции откоса;

Н -глубина выемки или высота насыпи;

α- угол наклона поверхности откоса к горизонтальной поверхности.

Крутизна откосов постоянных земляных сооружений задается проектом из условия их устойчивости. В нескальных грунтах т обычно не меньше единицы.

Крутизну откосов временных котлованов и траншей назначают с учетом грунтов и глубины выемок.

При глубине выемок более 5 м крутизну откосов определяют расчетом из условия их устойчивости. В переувлаженных грунтах с высоким уровнем грунтовых вод откосы принимают не круче 1:1.

Для водохозяйственного строительства наиболее характерны следующие земляные сооружения: русла открытых каналов в выемках, полувыемках, полунасыпях и насыпях; траншеи под трубопроводы и горизонтальный дренаж; котлованы под различные сооружения; земляные насыпные плотины и дамбы.

В особый вид работ следует выделить планировочные работы, выполняемые для выравнивания поверхности поля и придания ему заданного уклона. При их выполнении срезают грунт с повышенных мест и отсыпают его в понижении с общим выравниванием поверхности.

Объем земляных работ определяют в соответствии с правилами вычисления объемов геометрических тел. При сложной конфигурации выемок и насыпей их разбивают на более простые части, объемы которых определяют по формулам геометрии. Для определения объемов по многочисленным однообразным объектам (каналам, дамбам, валикам) используют готовые таблицы и вычислительные машины.

Все объемы работ при разработке принято определять по грунту в состоянии естественной плотности. Различают проектные и производственные объемы работ.

Проектные (их называют также геометрические или профильные) объемы вычисляют по геометрическим размерам, предусмотренным проектом сооружения. Для земляных сооружений в выемке и в полувыемке проектный объем определяют по геометрическим размерам выемки, а для сооружений в полунасыпи и насыпи - по геометрическим размерам насыпных частей в соответствии с проектными размерами. Производственные объемы работ соответствуют фактически выполненным с учетом дополнительных объемов, появляющихся при повторных переработках (перекидках) грунта, а также с учетом удаления и замены непригодных грунтов, переуплотнения их в профильных насыпях, необходимого запаса на осадку насыпи и основания сооружения. Обобщение опыта производства работ по строительству каналов показывает, что соотношение между профильными Vпроф и производственными Vпроизв объемами работ определяется соотношением:

Разрабатываемый в выемках грунт подлежит перемещению в насыпи. Наиболее целесообразно грунт из профильных (деловых) выемок перемещать в профильные насыпи, сводя к минимуму непрофильные объемы работ в карьерах и резервах. При больших объемах котлованов карьеры для устройства насыпей могут не понадобиться. Наиболее рационального использования грунта из выемок можно добиться при составлении баланса грунтовых масс.

Баланс грунтовых масс - это проектный документ, отражающий рациональное распределение грунта между выемками и насыпями. Его составляют в виде схем и таблиц (табл. 15) с учетом наилучшего использования грунта из профильных выемок для возведения насыпей при минимальных дальностях перемещения грунта и минимальной общей стоимости земляных работ по объекту

На схемах стрелками показывают направления всех перемещений грунта, выписывают объемы и дальности его возки. В левой части ведомости баланса грунтовых масс выписывают все виды выемок и их объемы, в правой части - насыпи и их объемы.

При составлении баланса грунтовых масс должны быть учтены работы, связанные с удалением непригодных грунтов, подготовкой оснований, обратные засыпки и дополнительные перемещения грунта, а также переуплотнение грунта в профильных насыпях, запасы на осадку и потери грунта при перемещении. Объемы выемок надо определять с учетом всех перечисленных факторов Сумма объемов всех выемок должна быть равна сумме объемов всех насыпей.

Таблица 15.

4. Способы производства земляных работ

Все известные приемы выполнения земляных работ принято делить на четыре способа: механический, гидравлический, взрывной, ручной (табл. 16). Кроме того, широко распространены комбинированные приемы с различным сочетанием перечисленных способов. Способ производства работ механическими средствами предусматривает применение для разработки, транспорта и укладки грунта машин и механизмов.

Способ гидромеханизации заключается в том, что грунт разрабатывается, транспортируется и укладывается с помощью воды, которая на месте разработки превращает грунт в гидросмесь, движущуюся по законам гидравлики; на месте укладки создаются условия для выпадения частиц грунта в осадок и сброса осветленной воды.

Взрывной способ заключается в том, что с помощью разных механических средств устраивают предварительные выработки небольшого объема для закладки зарядов взрывчатых веществ. Энергия взрыва используется для разработки грунта в выемках и отбрасывания его за пределы выемки.

Выбор того или иного способа производства работ зависит от многих факторов: физических свойств грунтов, размеров и форм выемок и насыпей, мощности средств механизации, наличия или отсутствия воды или трудности ее подвода на место работ, стоимости единицы объема работ, трудоемкости, объемов работ, (в том числе на единицу длины выемки или насыпи), энергоемкости на единицу объема работ, наличия или отсутствия источников энергии, сроков производства работ.

При возможности использования всех способов производства работ требуется экономическое сравнение.

В условиях гидромелиоративного строительства большую часть объемов земляных работ выполняют с помощью механических средств (машин).

16. Характеристика основных способов производства земляных работ в гидромелиоративном строительстве (по В. Н. Шафранскому).

Таккак многие виды работ в гидромелиоративном строительстве по условиям их производства не отличаются от подобных работ при строительстве сооружений иного назначения (например, дорог, объектов промышленного и гражданского строительства, карьеров строительных материалов и др.), то для их выполнения применяют общестроительные машины. Однако в гидромелиоративном строительстве имеются специфические виды работ (нарезка каналов мелкой сети, устройство трубчатого дренажа, очистка каналов от наносов и растительности, устройство противофильтрационных одежд и др.), требующие применения специальных мелиоративных машин.

При производстве земляных работ выполняют три основных строительных процесса: разработку, транспортировку и укладку грунта. Кроме того, проводят подготовительные работы на площади будущего сооружения или полосы по трассе канала (валка и сводка леса, корчевка пней, срезка кустарника, рыхление тяжелых грунтов, уборка камней).

Ведущий процесс при земляных работах - разработка грунта, выполняемая в основном землеройными и землеройно-транспортными машинами Применение того или иного типа машин определяется видом грунтов, их состоянием и размерами земляных сооружений. Относительные объемы земляных работ, выполняемые в водном хозяйстве разными машинами, характеризуются такими цифрами (в %):

Следует иметь в виду неравномерность использования перечисленных машин по мелиоративным зонам. Так, в зоне осушительных мелиорации почти не применяют скреперы и значительно шире используют специализированные многоковшовые экскаваторы.

В последние годы уменьшается удельный вес работ, выполняемых одноковшовыми экскаваторами, вследствие использования более экономичных землеройно-транспортных машин и специализированных машин непрерывного действия. Такая тенденция сохранится и в будущем.

Земляные работы выполняют с перемещением механизмов или только их рабочих органов - ковшей. Различают продольный способ разработки грунта, когда механизм или рабочий орган движется вдоль оси сооружения, и поперечный - при их перемещении под прямым или близким к нему углом к оси сооружения.

§ 15. Производство земляных работ в зимнее время

Специфика земляных работ зимой.

Выполнение земляных работ зимой связано с трудностями, обусловленными главным образом изменением свойств грунтов при замерзании в них свободной воды. Резко возрастет прочность грунтов на сжатие и сопротивление их резанию и копанию. С понижением температуры и увеличением начальной влажности трудность их разработки резко возрастает.

Кроме того, при низких температурах и ветре снижается трудоспособность рабочих, усложняются условия эксплуатации строительных машин, увеличивается их износ, появляются дополнительные операции (расчистка от снега, рыхление и уборка мерзлого грунта). Все это приводит к снижению производительности труда и удорожанию работ.

Увеличение трудоемкости и стоимости работ находится в прямой зависимости от глубины промерзания грунта и длительности морозного периода.

С учетом этих показателей вся территория СССР поделена на 10 температурных зон (табл. 48).

Глубина промерзания грунта в большой степени зависит от вида грунтов, их влажности, длительности мо­розного периода (рис. 60, в).

Глубину промерзания грунта получают по данным метеостанций, а при их отсутствии вычисляют приближенно по формуле А. Н. Будникова (или других авторов):

, где

λ- коэффициент теплопроводности грунта, Вт /(м ○ С).

Т- средняя из среднемесячных температур воздуха в зимний период;

n- число дней с отрицательной температурой;

С- коэффициент уменьшения глубины промерзания при снежном покрове;

Разработанные в мерзлом состоянии грунты имеют большую пористость, что характеризуется коэффициентами разрыхления Кp= 1,35 .1,5. Так как мерзлые грунты при укладке обычно не уплотняют, необходимо предусматривать значительный запас на осадку насыпей отсыпаемых из мерзлых грунтов.

В связи со значительным увеличением трудоемкости и стоимости для производства земляных работ зимой следует выбирать объекты с такими условиями, при которых в меньшей степени будет сказываться влияние изменения свойств грунтов. К ним относят объекты с сухими сыпучими, скальными, торфянистыми труднопроходимыми летом грунтами, места с меньшей глубиной промерзания при большом снежном покрове и травянистой растительностью, сосредоточенные выемки с глубиной разработки, значительно превышающей глубину промерзания грунта.

Успешное выполнение земляных работ в зимнее время обеспечивается правильной проектной и соответствующей организационно-технической подготовкой. Для этого должны быть собраны и оценены климатические условия района. Их можно наглядно оформить в виде сводных графиков.

Разработка мерзлых грунтов. В настоящее время применяют многочисленные приемы разработки грунта зимой (рис. 62). Все их можно разделить на четыре группы: предохранение от промерзания, рыхление, непосредственная разработка, отогрев мерзлых грунтов.

При производстве работ на больших площадях наиболее эффективно выполнять подготовительные работы с осени для уменьшения глубины промерзания грунта путем увеличения его пористости, утепления, внесения химических веществ, образующих растворы с низкой температурой замерзания (чаще всего поваренная соль).

Рыхление на глубину 25 .30 см проводят рыхлителями, плугами, а перелопачивание и буртование на глубину промерзаемого слоя - землеройными машинами.

Необходимую толщину защитного утепляющего слоя можно найти на основании теплотехнических расчетов с учетом свойств используемых материалов. Приближенно толщину защитного слоя утеплителя можно вычислить по формуле

,где

Нм - ожидаемая глубина промерзания грунта без утеплителя и снежного покрова, см;

hc - толщина снежного покрова, см;

r1 - коэффициент сравнительной температуропроводности для снега (3-рыхлого; 2 - слежавшегося; 1,5 - подтаявшего);

r 2 - коэффициент уменьшения промерзания грунта под слоем теплозащитного материала (табл. 50);

r 3 - коэффициент ухудшения теплоизоляционных свойств утеплителя за счет уплотнения (~1,3).

Для теплозащиты грунта в районах с устойчивыми отрицательными температурами возможно применять пенолед, намораживая с осени искусственно приготовленную пену. Слой пенольда толщиной 0,5 м уменьшает глубину промерзания грунта на 1 м. При неустойчивых отрицательных температурах и достаточном экономическом обосновании можно использовать синтетические утеплители типа пенополистирола.

Замерзание грунта можно предотвратить внесением в грунт с осени поваренной соли или других солей, образующих при растворении в грунтовых водах незамерзающие растворы.

Рис. 63. Способы уменьшения глубины промерзания, рыхления и разработки мерзлого грунта:

а -рыхление и утепление грунта над выемкой с осени;

б - перелопачивание грунта в пределах глубины промерзания;

в, г, д - рыхление мерзлого грунта механическим способом;

е - клинья для рыхления грунта ударным способом;

ж - сбрасываемые грузы для дробления грунта;

з, и, к - рыхление грунта взрывным способом;

л, м - дисковый и баровый рабочие органы для нарезки щелей;

к, о - приемы уборки блоков мерзлого грунта после нарезки щелей.

Необходимая концентрация раствора зависит от температуры промерзающего грунта. Расход поваренной соли на 1 м3 грунта колеблется для III температурной зоны от 3 .4,5 кг для песчаных до 5 .9,5 кг для глинистых грунтов, в зависимости от сроков выполне­ния работ (в начале или в конце зимы).

Мерзлые грунты рыхлят либо механическими средствами, либо взрывным способом. При малой глубине промерзания грунт рыхлят с помощью тракторных прицепных и навесных рыхлителей (рис. 63, в) на глубину от 0,7 м.

При большей глубине промерзания рыхление ведут сколом клиньями или дроблением ударом (рис. 63, г, д, ё, ж), а также взрывным способом с применением шпуров (при Нм<2 м), горизонтальных рукавов (при Нм=2…3 м), минных камер (при Нм>3 м) только с зубьями из специальной и линейных щелевых зарядов. Легкими одноковшовыми экскаваторами разрабатывают грунт при глубине промерзания до 0,25 м, крупными - до 0,4 м, а многоковшовыми траншейными -только с зубьями из специальной стали.

При блочном способе разработки грунта мерзлый слой с помощью щелерезных машин (баровых, дисковых) разрезают на мелкие (до 0,6 м) или крупные (до 2 м) блоки и удаляют их за пределы разрабатываемой площади (рис. 63,л, м, н, о). Дальнейшую разработку ведут обычными способами, не допуская замерзания грунта.

Рис. 64 Способы оттаивания мерзлого грунта:

а, б-с поверхности огневым способом с использованием твердого и жидкого топлива;

в- поверхностными электродами;

е- глубинными стержневыми электродами;

ж- конец глубинного электрода в зоне не мерзлого грунта;

з, и- глубинные трубчатые электронагреватели (тены);

к- циркуляционная паровая или водяная игла;

л- перфорированная паровая игла для подогрева грунта острым паром.

51. Технико-экономические показатели способов разработки мерзлых грунтов II .III групп (по данным Ю. К- Тарновского)

Наиболее дорогой из всех способов разработки мерзлых грунтов - оттаивание (рис. 64). Общий расход тепла кДж/м3 для доведения грунта до заданной температуры складывается в общем виде из следующих элементов;

, где

q1 - расход тепла на нагрев минеральных частиц грунта;

q2 - расход тепла на нагрев льда в грунте до 0°С;

q3- расход тепла на плавление льда;

q4 - расход тепла на нагрев незамерзшей воды до конечной температуры;

q5 - теплопотери с поверхности отогреваемого грунта.

В качестве источников тепла применяют открытый огонь, электроэнергию и теплоносители - пар, горячую воду.

При глубине промерзания до 0,7 . 0,8 м для оттаивания грунта тепло подводят с поверхности, а при большей глубине источники тепла вводят в грунт (радиальные способы отогрева) для уменьшения потерь тепла при рассеивании.

Огневой способ применяют только для поверхностного отогрева. Топливо следует сжигать под металлически ми коробами, так как при открытом горении тепло рассеивается в окружающее пространство. Расход топлива для отогрева 1 м3 грунта огневым спосо­бом сравнительно велик: дров - 0,15 м3, угля-30 .60 кг, торфа-120 . 140 кг, керосина, сжигаемого через форсунки-15 .20 кг.

Для поверхностного электропрогрева на поверхность грунта укладывают стержни-электроды длиной до 3 м и присоединяют к клеммам источника электроэнергии. При сетевом напряжении 220 В расстояние между электродами 40 .50 см, а при 380 В-70 . 80 см. Сверху электроды засыпают слоем опилок (15 .20 см), смоченных токопроводящим раствором (соли NaCl, СаС12 и др.), так как мерзлый грунт ток не проводит. С поверхности грунт можно отогревать также электротепляками со спиралями (рис. 64, г) и трубчатыми регистрами, по которым циркулирует горячая вода или пар (рис. 64,5).

Отогрев грунта происходит быстрее при радиальном глубинном прогреве вертикальными электродами, тепло-электронагревательными элементами со спиралями и паровыми иглами (циркуляционными или с выпуском «острого» пара в толщу грунта) (рис. 64, е . л). Выбор способа оттаивания определяется имеющимися техническими средствами и экономическими показателями (табл. 51).

Отогрев грунта разными способами можно применять при сравнительно небольших по площади выемках и вблизи стационарных источников энергии.

Для оттаивания промерзших неводонасыщенных грунтов можно использовать концентрированные незамерзающие растворы солей, разливаемые на расчищенных и выровненных площадках, огороженных валиками.

Раствор поваренной соли NaCl плотностью 1,15 .1,17 г/см3 замерзает при температуре -16 .-21 °С. При расходе 30 .50 л/м2 такого раствора грунт за 8 .12 сут оттаивает на глубину около 1 м.

Укладка грунта в насыпи. Земляные профильные насыпи и обратные засыпки разрешается возводить в зимнее время только из талых грунтов и на расчищенное талое основание. Объем мерзлых комьев для напорных сооружений не должен превышать 10 % общего объема укладываемого грунта. Допускаемое в некоторых случаях превышение этой нормы должно быть обосновано теплотехническим расчетом, доказывающим, что мерзлые комья перейдут в талое состояние за счет запаса тепла в талой части грунта.

Приемы уплотнения грунта в насыпях зимой не отличаются от летних. Грунт наместе укладки зимой не до увлажняют во избежание образования льда.

При необходимости сухие грунты увлажняют с осени в карьерах с таким расчетом, чтобы их влажность была несколько ниже оптимальной для талого грунта и не превышала:

,где

ωp — влажность грунта, соответствующая пределу раскатывания;

П — число пластичности.

Размер мерзлых комьев не должен превышать 0,3 .0,5 толщины укладываемого слоя грунта.

Разработанный талый грунт необходимо доставить, уложить в тело насы­пи и перекрыть следующим слоем до начала его смерзания.

Для того чтобы продлить время до начала смерзания грунта, его поливают раствором поваренной соли или покрывают пленочными материалами.

В насыпях безнапорных дамб и дорожных насыпях допустимый объем мерзлого грунта может быть повышен до 20 %, а в насыпях, которые будут эксплуатироваться после полной осадки грунта, - до 50 %.

Машины и транспортные средства для меньшего намерзания грунта на них смазывают битумными и другими растворами.

§ 16. Контроль качества земляных работ

Качество земляных работ следует контролировать непосредственно в процессе их выполнения, после окончания работ на объекте или на участке крупного объекта, при приемке работ от исполнителей. Контроль проводится так же при сдаче законченных объектов Государственной приемной комиссии. Общие требования, которым должны удовлетворять выполненные работы, изложены в соответствующих главах части 3 СНиП. В развитии общих требований СНиП разработаны ведомственные, а в некоторых случаях и местные инструкции по производству и приемке работ.

В ходе выполнения и при сдаче земляных работ контролируют:

положение выполненных выемок и насыпей в пространстве (плановое и высотное);

геометрические размеры земляных сооружений и ровность поверхностей;

свойства грунтов, используемых для возведения насыпных сооружений и залегающих в основании сооружений;

качество укладки грунтов в профильные насыпи (плотины, дамбы, дороги) и обратные засыпки (пазухи сооружений, траншеи).

Заданное в пространстве положение выемок и насыпей обеспечивается правильной геодезической разбивкой, выполняемой перед началом работ в соответствии с проектным положением сооружения.

До начала земляных работ геодезическими методами проводят привязку и разбивку осей выемок и насыпей. Положение границ выемки и насыпей по отношению к осевым линиям обычно находят более простыми измерениями на местности. Аналогичным способом проверяют плановое расположение сооружений после их возведения. Отметки верха профильных насыпей, глубину выемок проверяют контрольной нивелировкой с привязкой ходов к постоянным реперам. При возведении и контроле профильных насыпей, отметки верха которых твердо заданы, следует учитывать запас на осадку грунта в теле насыпи, а на сжимаемых грунтах - и на осадку основания. Для сооружений, возводимых на лессовых грунтах, необходимо учитывать ожидаемую по прогнозу их просадку.

Для получения заданной крутизны откосов выемок и насыпей обычно используют шаблоны и откосомеры разных конструкций.

При контроле размеров и положения сооружений следует проверять: плановое расположение земляных сооружений и их размеры; отметки бровок и дна выемок; отметки верха насыпей с учетом запаса на осадку; отметки спланированных поверхностей; уклоны откосов выемок и насыпей; расположение и оформление резервов, карьеров берм, бровок и других элементов земляных сооружений; обеспечение стока поверхностных вод без застоя в понижениях, перегороженных насыпями, приканальными дамбами, кавальерами, отвалами.

Обеспечить в натуре точные проектные размеры земляных сооружений часто невозможно из-за несоответствия им габаритов рабочих органов и параметров машин, а также из-за технологических особенностей способов разработки (при гидромеханизации, взрывных работах), В связи с этим СНиП и ведомственными нормами предусмотрены предельные отклонения заданных размеров и отметок. Они установлены с учетом условий эксплуатации сооружений, их размеров, способов выполнения.

Оценку свойств грунтов в основаниях сооружений, в карьерах и резервах проводят для установления соответствия их ранее принятым при проектировании сооружений. Для этого определяют вид грунта, его плотность, влажность, пластичность, а для сооружений I II классов капитальности -и другие показатели: механический состав, коэффициент сдвига, фильтрационные свойства.

На те части сооружений и объектов, которые не могут быть показаны принимающим комиссиям, оформляют акты на скрытые работы. Необходимая степень уплотнения грунта в таких насыпях задается средней плотностью уплотненного грунта в сухом состоянии и обычно указана в проекте сооружения.

Для оценки плотности грунта на строительстве применяют следующие методы: режущего кольца, шурфиков, пенетрации, радиометрический (изучаются в курсе «Грунтоведение»),

Контрольные пробы отбирают от каждых 100 .200 м3 уложенных грунтов, не содержащих крупных включений, и от каждых 200 .400 м3 грунтов с включениями крупных фракций.

Влажность грунта обычно определяют стандартным термостатно - весовым способом, выдерживая бюксы с пробами (5 .7г) в сушильном шкафу при 100 .105°С в течение 4 .6 ч до постоянной массы.

Для ускоренного определения влажности в условиях строительства допускается применение метода обжига грунта. Влажность при этом вычисляют так же, как и при стандартном методе, но пробы грунта высушивают в фарфоровых чашечках путем выжигания в них спирта, которым после взвешивания заливают влажный грунт. Массу сухого грунта определяют через 1 .2 мин после выгорания спирта. Этот метод значительно сокращает время определения влажности (15 .20 мин на 10 проб), но погрешность в определениях достигает ±1 %. Метод обжига нельзя применять для грунтов с большим содержанием органических остатков (более 5 %).

Лекция № 4: «Технология механизированной разработки грунта. Разработка грунта экскаваторами»

1. Одноковшовые экскаваторы относятся к машинам циклического действия. В гидротехническом строительстве применяют как универсальные общестроительные экскаваторы серий ЭО и Э (q = 0,15-4 м3), так и более крупные карьерные (серии ЭКГ), вскрышные (серии ЭВГ) и шагающие (серии ЭШ) с ковшами вместимостью q = 4; 6; 8; 10 м3 и более.

Наиболее распространенными видами сменного рабочего оборудования являются «прямая» и «обратная лопаты», драглайн и грейфер.

Область применения одноковшовых экскаваторов

При разработке грунта одноковшовыми экскаваторами работы ведут позиционно. Зона, в которой действует экскаватор на данной позиции, называется забоем. По окончании копания грунта в данном забое экскаватор перемещается на новую позицию.

Процесс разработки грунта в одном цикле включает: резание грунта и заполнение ковша, подъем ковша с грунтом, поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки, выгрузки грунта из ковша, обратный поворот экскаватора в забой, опускание ковша и подача его в исходное положение.

Основные рабочие параметры одноковшовых экскаваторов следующие: радиус резания Rр, радиус выгрузки Rв, высота выгрузки Hв, глубина резания Hр. Значения этих параметров, как правило, зависят от размеров рабочего оборудования, его вида и особенностей.

Радиус резания—это расстояние от оси вращения экскаватора до зубьев ковша при врезании его в грунт.

Радиус выгрузки — расстояние от оси вращения до центра тяжести ковша в момент выгрузки грунта.

Высота выгрузки — расстояние от уровня стояния экскаватора до нижней части ковша в момент выгрузки грунта.

Глубина резания (копания) — наибольшая глубина выемки, которая может быть образована экскаватором с одной стоянки от поверхности разрабатываемого грунта до дна забоя. Для «прямых лопат» вместо глубины резания существует максимально возможная высота копания.

У драглайнов и обратных лопат все параметры зависят от способа разработки грунта.

2. Ковш экскаватора-драглайн навешивается на канатах на удлиненную стрелу кранового типа. Забрасывая ковш в выемку на расстояние, иногда превышающее длину стрелы, ковш заполняют грунтом путем подтягивания по поверхности земли к стреле. Затем ковш поднимают в горизонтальное положение и поворотом машины перемещают к месту разгрузки. Опорожняется ковш при ослаблении натяжения тягового каната.

Применяют следующие основные способы разработки грунта драглайнами:

- лобовую (продольную, торцевую) разработку применяют для нешироких выемок при соблюдении условий:

RВ ≥ А Нр ≥ Н Нв ≥ Нк b ≥ 1,5bк

При продольной разработке оптимальный шаг экскаватора составляет Ш = 1/5 Lстрелы.

- боковую (поперечную) проходку применяют для широких выемок при соблюдении условий:

RР + RВ ≥ А1 Нр ≥ Н Нв ≥ Нк b ≥ 1,5lк

При поперечной разработке оптимальный шаг экскаватора составляет Ш = 1/3 Lстрелы. Экскаватор располагается в пределах полосы Е.

Обратная лопата – это открытый снизу ковш с режущим передним краем, шарнирно соединенный с рукоятью, соединенной в свою очередь со стрелой. По мере протягивания назад ковш заполняется грунтом. При вертикальном положении рукояти ковш подводят к месту выгрузки и разгружают путем подъема с опрокидыванием.

Ковш при наборе и выгрузке грунта движется по криволинейной траектории. Поэтому различают для обратных лопат по два значения рабочих параметров:

- радиус резания на уровне поверхности земли RР и при наибольшей глубине резания RР.п.;

- радиус выгрузки начальный RВ нач и конечный RВ кон;

- наибольшая глубина копания НР.п., зависящая от ширины выемки. При ширине выемки меньше расстояния между гусеницами в свету - большее, и меньшее для широких выемок;

- высота выгрузки начальная Нв. нач. и конечная Нв. кон.

Разработка грунта осуществляется также лобовой или боковой проходкой.

3. Прямая лопата представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем. Ковш шарнирно соединен с рукоятью, которая, в свою очередь, шарнирно соединена со стрелой машины и выдвигается вперед при помощи напорного механизма. Конструкция экскаватора позволяет ему копать ниже уровня своей стоянки не более чем на 10 .20 см, нормативная производительность достигается при высоте забоя не менее высоты напорного вала (1,3-5 м. в зависимости от марки экскаватора и группы грунта).

Разработку грунта экскаватором «прямая лопата» производят лобовым и боковым забоями. Лобовой забой применяют при разработке экскаватором грунта впереди себя и отгрузке его на транспортные средства, которые подаются по дну забоя или сбоку по поверхности земли. При таких услових работы угол поворота экскаватора в цикле достигает 140-1800, что резко снижает его производительность. Лобовой забой применяется редко (например для устройства пандуса в котлован, пионерной проходки).

Ширина забоя поверху может быть:

- до 0,8…1,5 Rр – при узком забое и подаче транспортного средства сзади экскаватора;

- до 1,5 .1,9 Rр - при нормальном забое и подаче транспортных средств с двух сторон от экскаватора;

- до 2,5 Rр - при уширенном забое и движении экскаватора по зигзагу;

- до 3,5 Rр - при уширенном забое с трехступенчатым перемещением.

При узких забоях самосвалы подают под загрузку с одной стороны сзади экскаватора, а при нормальных - с обеих сторон от экскаватора попеременно, что исключает простои экскаватора.

Ширину лобовой прямолинейной проходки В можно определить по формуле:

В = 2

и для зигзагообразной

В = 2+2Rс,

где R0 – оптимальный радиус резания экскаватора; Ш - шаг экскаватора (принимается равным 8…75% длины напорного хода рукояти); Rс – радиус резания на уровне стоянки.

Более эффективным является разработка грунта боковым забоем (при В>2 Rр). По этой схеме транспорт подается под погрузку сбоку выработки, что дает уменьшение угла поворота экскаватора в рабочем цикле до 70-900.

Ширина боковой проходки

В = 2+0,7Rс.

Выемки, глубина которых превышает максимальную высоту забоя для данного экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов

nя = Н/Нр max

4. Конструктивная (теоретическая) производительность (м3/ч) за час чистой работы равна:

Пк = 60∙q∙n’,

где q – геометрическая емкость ковша, м3; n’ – число циклов в единицу времени, мин-1.

Техническая производительность соответствует конкретным условиям работы в забое:

Пт = 60∙q∙Кн∙∙n

где - коэффициент приведения грунта к первоначальной плотности; Кн – коэффициент наполнения ковшей (от Кн = 0,9 для 1 группы грунта до Кн = 0,44 для 5-6 групп); n — число циклов в минуту в конкретных условиях забоя. Определяется по формуле: n = 60/tц, где tц – продолжительность одного цикла, мин.

Эксплуатационной называется средняя фактическая производительность (м3/ч) экскаватора при работе в конкретных условиях с учетом неизбежных простоев

Пэ = Пт·Кв,

где Кв—коэффициент использования рабочего времени машины (отношение времени чистой работы к затраченному).

Нормативная производительность — это объем работ, который должен быть выполнен с помощью машины за единицу времени согласно сборникам производственных норм. Обычно соответствует эксплуатационной производительности. Соотношение между производительностью экскаваторов и затратами машинного времени (по НиР) следующая:

П = ед. изм. по ЕНИР/Нмаш.

Увеличение производительности экскаваторов как и других машин циклического действия может быть достигнуто:

- конструктивными усовершенствованиями;

- технологическими приемами;

- организационными мероприятиями.

Для экскаваторов возможны следующие группы приемов:

1. Увеличение объемов грунта, разрабатываемого и перемещаемого за один цикл (увеличение q∙Кн∙). Достигается путем применения сменных ковшей увеличенной вместимости, очисткой и предотвращением налипания на ковш мокрого грунта, рыхлением плотных грунтов).

2. Увеличение числа циклов в единицу времени (уменьшение tц). Достигается путем совмещения отдельных элементов цикла и уменьшения углов поворота в плане.

3. Более полное использование рабочего и календарного времени (увеличение Кв). Достигается путем предотвращения простоев машины.

5. Многоковшовые экскаваторы — машины непрерывного действия; операции копания, транспортировки и разгрузки грунта они выполняют одновременно и непрерывно. Их используют в грунтах I, II, III групп без включения валунов, пней. Многоковшовые экскаваторы требуют тщательной подготовки (планировки) трассы движения.

Все многоковшовые экскаваторы можно разделить на три группы:

- машины, разрабатывающие выемку проектных размеров за один проход ;

- многопроходные машины, образующие выемку проектных размеров за серию последовательных проходов по одному следу;

- многоковшовые роторные строительные и карьерные экскаваторы, работающие позиционно, с образованием выемок любых размеров при работе в транспортные средства.

Область применения многоковшовых экскаваторов

Эксплуатационную производительность (м3/ч) многоковшовых экскаваторов первой группы можно найти по формуле:

,

где f – площадь поперечного сечения выемки за один проход, м2; Vэ – рабочая скорость передвижения экскаватора, м/мин; Кв – коэффициент использования рабочего времени.

Для многоковшовых экскаваторов второй и третьей групп производительность (м3/ч) находится как:

Пэ = ,

где q – вместимость ковша, л.; Vц – скорость движения цепи или окружная скорость ротора, м/мин; - коэффициент приведения грунта к певоначальной плотности; Кн – коэффициент наполнения ковшей; Кс – коэффициент трудности разработки; а – шаг ковшей, м. (Кн Кс = 0,915 (1 группа грунта); 0,835 (2 группа); 0,72 (3 группа); 0,65 (4 группа)).

Лекция № 5: «Технология механизированной разработки грунта.

Разработка грунта землеройно-транспортными машинами»

1. Основными видами землеройно-транспортных машин являются скреперы и бульдозеры, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.

Скрепер – самая мощная землеройно-транспортная машина. В строительстве применяют прицепные (с объемом ковша 3; 7 и 8 м3), полуприцепные (с объемом ковша 4,5 м3) и самоходные (с объемом ковша 8; 15 и 25 м3) скреперы. Они используются:

- для разработки выемок (крупные котлованы, карьеры, каналы);

- для устройства насыпей (плотины, дамбы);

- для вскрышных работ (срезка растительного инепригодного грунта);

- для планировочных работ.

Принимая скреперы необходимо учитывать:

- грунтовые условия (скреперы плохо работают на сухих сыпучих и тяжелых глинистых грунтах, при наличии включений в виде корней, камней и т.п.);

- влажность грунтов (на влажных и липких грунтах не используются);

- дальность транспортирования грунта (для прицепных скреперов до 400…800 м, для самоходных – до 3000 м)

- уклоны пути (предельные уклоны при подъеме – 0,12…0,15, спуске – 0,25…0,3, поперечные уклоны – 0,08-0,12);

- размеры выемки и насыпи (минимальная ширина 2,5-4,5 м);

- достаточность места для маневрирования (минимальный радиус поворота скрепера 5-10 м);

- объем земляных работ (от 5 тыс. до 100 тыс. м3 на одну машину).

Бульдозер вторая по объемам выполняемых земляных работ землеройно-транспортная машина. В строительстве применяют гусеничные или колесные бульдозеры с неповоротным и поворотным (универсальным) отвалом. Они используются:

- на вскрышных работах;

- при разработке выемок глубиной до 2,5…3,0 м;

- при вертикальной планировке площадей;

- для обратной засыпки пазух котлованов и траншей;

- на профилировании террас, полотна дорог и т.п.

- при разравнивании и перемещении грунта в отвалах после экскаваторной разработки и др.

Принимая бульдозеры необходимо учитывать:

- уклоны пути (предельные уклоны при подъеме – 2,3…3,0, поперечные уклоны – до 0,25);

- дальность транспортирования грунта (от 20…30 м до 150 м при работе бульдозеров тягового класса свыше 25 тс, оборудованных открылками).

2. Полный рабочий цикл работы скрепера состоит из: набора грунта; движения нагруженного скрепера; разгрузки ковша; движения порожнего скрепера назад.

Набор грунта производят при прямолинейном движении скрепера на участке:

Lmin = lн + lскрепера + lтягача.

Длина пути набора грунта скрепером (обычно 15…70 м) находится по формуле:

lн = ,

где q – геометрическая вместимоть ковша, м3; bн – ширина ковша, м.; h – средняя толщина стружки, м; Кн – коэффициент наполнения ковша грунтом; Кр – коэффициент разрыхления грунта; Кп ≈ 1,2 – коэффициент потерь грунта; Кh ≈ 0,7 – коэффициент неравномерности стружки.

Для увеличения толщины стружки, сокращения времени и пути наполнения ковша применяют тракторы-толкачи (один толкач на 2 .6 скреперов).

Скреперы набирают грунт следующими способами:

- тонкой прямой стружкой применяют на любых связных грунтах (рис. 1а);

- клиновой при разработке легких связных грунтов на горизонтальных участках (рис. 1б);

- гребенчатой при разработке сухих суглинистых и глинистых грунтов на горизонтальных участках (рис. 1в);

- клевковой с переменным заглублением ковша скрепера (рис. 1г).

Разгрузка ковша скрепера осуществляется на участке:

lв = ,

где hсл – средняя толщина отсыпки, м.

Разработка выемок скреперами ведется поперечным или продольным способом в зависимости от направления движения скрепера (вдоль или поперек). Применяют следующие схемы движения скреперов:

1. Эллиптическая схема (рис. 2 а) применяется в большинстве случаев при планировочных работах и при возведении насыпей или разработке выемок линейно-протяженных сооружений при высоте или глубине до 2 м, когда не требуется устройства выездов или съездов.

2. Спиральная схема (рис. 2 б) находит применение при возведении широких насыпей из двухсторонних резервов или широких выемок высотой или глубиной до 2,6 м. Так же не требует устройства съездов и выездов.

3. Движение «по восьмерке» (рис. 2 в) применяют при тех же условиях, что и эллиптическую схему. Чередование правых и левых поворотов почти вдвое сокращает время на повороты, повышая на З . 5% производительность скрепера.

4. Схему движения «по зигзагу» (рис. 2 г) используют при возведении насыпей высотой до 6 м из резервов по длине захвата 200 м и более. Позволяет повысить производительность по сравнению с эллиптической схемой на 15%.

5. Челночно-поперечную схему (рис. 2 д) применяют при возведении насыпей высотой менее 1,5 м при работе из двусторонних резервов. По сравнению с эллиптической схемой производительность скрепера выше на 20 . 25%.

6. Челночно-продольную схему движения (рис. 2 е) применяют при возведении насыпей до 5 .6 м, с заложением откосов не круче 1:2, с транспортировкой грунта из двусторонних резервов. При этой схеме холостой пробег сокращается до минимума.

3. Рабочий цикл работы бульдозера состоит из: резания и набора грунта путем снятия стружки; перемещения грунта отвалом бульдозера; отсыпки, распределения и укладки грунта; возврата обычно задним ходом.

Объем грунта (м3) перед отвалом бульдозера составляет:

q = ,

где НО и bО – высота и ширина отвала бульдозера, м; φ – угол естественного откоса насыпного грунта (φ = 30…450); β – угол захвата, град.; Кн – коэффициент наполнения (Кн = 0,6…0,8).

Длина пути набора грунта (обычно 6…10 м) составляет:

lн = ,

где - коэффициент приведения грунта к первоначальной плотности.

Разработка выемок бульдозерами ведется поперечным (рис. 4а)или продольно-поперечным (рис. 4б) способами. При выполнении условий

1. Ввыемки ≤ lн 2. bвыемки ≥ bо + 0,5 м.

применяется продольно-поперечный способ, в противном случае - поперечный.

При перемещении грунта происходит его потеря в боковых валиках. Для предотвращения этого необходимо:

- работа бульдозера по одному следу;

- работа в траншее (перемычки разрабатываются по мере углубления траншеи);

- спаренная работа бульдозеров;

- перемещение двойной или тройной призмы волочения (при этом призму волочения первого прохода оставляют на середине рабочего хода, призму второго прохода доставляют сюда же, и далее бульдозер перемещает двойную призму);

- закрепление по бокам отвала открылков ящечного типа.

4. Грейдеры – прицепные и полуприцепные машины, работающие в сцепе с гусеничными тракторами или колесными тягачами; автогрейдеры - самоходные машины на пневмоходу. Они применяются на:

- планировке площадей, верха и откосов земляных сооружений;

- для разравнивания отсыпанного в насыпь грунта;

- для устройства небольших насыпей (валиков, дамбочек, подушек высотой до 0,5…0,8 м.);

- на профилировании при устройстве дорог, террасс, каналов.

Все виды работ грейдеры выполняют при движении по кольцевой продольной схеме вдоль большой оси выемки или насыпи, причем рабочими обычно являются проходы в прямом и обратном направлении.

Рабочий цикл грейдера при устройстве профильных выемок включает в себя: одновременное резание, перемещение и укладку грунта; разворот и движение обратным (холостым) ходом. Перерывы в резании грунта при разворотах в конце участка позволяет рассматривать грейдеры как машины циклического действия.

Отвал грейдера может располагаться под различными углами захвата и зарезания. Это позволяет вырезать профильные выемки и отсыпать насыпи глубиной до 0,8…0,5 м.

5. Эксплуатационная производительность скрепера подсчитывается как для машины циклического действия:

Пэ = q∙n Кн∙Кв/Кр, м3/ч

где q – вместимость ковша, м3; Кв—коэффициент использования рабочего времени машины; Кр- коэффициент разрыхления грунта; Кн – коэффициент наполнения ковшей (от Кн = 0,5 для сухого рыхлого песка при работе без толкача до Кн = 1,2 для глины при работе с толкачем); n — число циклов в час. Определяется по формуле: n = 3600/tц, где tц – продолжительность одного цикла (сек.), равная:

tц = tн + tг.х. + tв + tх.х. ,

где tн, tг.х., tв, tх.х. - продолжительность набора грунта, груженного хода, выгрузки и холостого хода соответственно.

Каждая из продолжительностей движения скрепера равна:

t = ,

где l – соответствующие длины участков, м; V – скорость движения на соответствующем участке, м/с (набор – 1 км/ч; груженый ход – 3 км/ч; выгрузка – 2 км/ч; порожний ход – 4 км/ч); Кз – коэффициент неравномерности движения.

Эксплуатационная производительность бульдозера подсчитывается как для машины циклического действия:

Пэ = q∙n Кп∙Кi Кв·К, м3/ч

где q – объем грунта в призме волочения, м3; Кп – коэффициент, учитывающий потери грунта в боковых валиках; Кi – коэффициент, учитывающий влияние уклона пути; Кв—коэффициент использования рабочего времени машины; - коэффициент приведения грунта к первоначальной плотности; n — число циклов в час. Определяется по формуле: n = 3600/tц, где продолжительность одного цикла (сек.) равна:

tц = tн + tг.х. + tх.х. + tдоп.,

где tдоп – продолжительность поворотов (10…20 с.), переключений скоростей (5 с.) и подъема-опускания отвала (2с.).

Эксплуатационная производительность грейдеров подсчитывается отдельно:

- при устройстве выемок и насыпей по формуле

Пэ = V·n·Kв, м3/ч

где V = f∙L – объем грунта, разрабатываемый грейдером за один проход, при длине гона L; n – число проходов грейдера, час-1; Кв—коэффициент использования рабочего времени машины; f – площадь поперечного сечения стружки, м2;

- при планировке по формуле

Пэ = , м2/ч

где b – длина отвала грейдера, м; β – угол захвата, град; Кп – коэффициент перекрытия проходов (Кп = 0,8); m – число проходов по одному следу (m = 2…4); V – рабочая скорость при планировании, км/ч.

Для землеройно-транспортных машин возможны следующие группы приемов:

1. Увеличение объемов грунта, разрабатываемого и перемещаемого за один цикл. Для скреперов достигается путем работы с толкачем, набором под уклон, увеличением толщины стружки путем резанья уступами, шахматно-гребенчатым способом. Для бульдозеров достигается путем работы по одному следу, работы в траншее, спаренной работой бульдозеров, перемещением двойной призмы волочения, закреплением по бокам отвала открылков.

2. Увеличение числа циклов в единицу времени. Достигается путем применения рациональных схем движения машин и механизмов, передвижением на высоких скоростях.

3. Более полное использование рабочего и календарного времени. Достигается путем привлечения квалифицированных и дисциплинированных трудовых кадров, работой в 2-3 смены и зимой, своевременным техническим обслуживанием машин.

Лекция № 6: «Технология механизированной переработки грунта. Транспортирование и уплотнение грунта»

1. Транспортировка грунта при строительстве ГТС имеет свои особенности, позволяющие рассматривать этот процесс обособленно. Землеройные машины являются одновременно и транспортными, позволяющими перемещать грунт на следующие расстояния:

- экскаваторами до 20…25 м;

- бульдозерами до 25…150 м;

- скреперами прицепными до 400…800 м;

-скреперами самоходными до 3000 м.

При больших дальностях перемещения используют транспортные средства циклического и непрерывного действия. К транспорту циклического действия относятся рельсовый (железнодорожный) и безрельсовый (автомобильный и тракторный), а к транспорту непрерывного действия – гидравлический, конвейерный (с помощью транспортеров) и подвесной. Транспортные средства подбираются на основе их технико-эксплуатационных показателей (см. таблицу 1).

Таблица 1 - Условия применения средств транспортировки грунта

В качестве автомобильного транспорта в гидротехническом строительстве применяют автомобили-самосвалы грузоподъемностью до 12 т. Рациональное соотношение между вместимостью ковша экскаватора и вместимостью кузова самосвала равно 1:6…1:8 (например, при 1:3 производительность экскаватора падает на 40%).

В качестве тракторного транспорта используются тракторы класса 30…100 кН и прицепы к ним. Несмотря на маленькие скорости перемещения (до 5-7 км/ч) целесообразно его использование в условиях бездорожья и значительных уклонах местности (до i=0,15) при строительстве средних и мелких объектов (строительство земляных плотин III-IV класса на малых и средних реках) и оптимальной дальности перемещения 600-800 м.

Применение железнодорожного транспорта ограничено высокой стоимостью полотна и условиями пути (радиусы закругления 200-300 м – для широкой и 60-100 м для узкой колеи). Поэтому его применяют лишь при строительстве крупных гидроузлов.

Конвейерный транспорт в основном представлен в строительстве ленточными транспортерами. Они бывают переносные и передвижные на колесах, секционные и звеньевые. Грунт перемещается при движении ленты транспортера со скоростью от 1…1,5 м/с (до 2…4 м/с для щебня и гравия). Наибольший размер транспортируемых частиц не должен превышать 1/3 ширины ленты. Угол наклона ленты во избежание обратного ссыпания грунта не должен превышать 22…280.

Подвесным транспортом называют транспортные устройства, состоящие из закрепленных на опорах одного-двух канатов, по которым перемещаются подвесные тележки с грунтом со скоростью 0,8…1,5 м/с. Данный вид транспорта применяется при работе в сложных топографических условиях и требует наличия опыта и знаний у эксплуатационного персонала.

К наиболее редким видам транспорта для перемещения грунта при строительстве ГТС относятся также трубопроводный контейнерный пневмотранспорт и конвейерные поезда. Отсыпка грунта под воду осуществляется также и водным траспортом (в первую очередь, при помощи саморазгружающихся барж).

2. Техническая производительность (м3/ч) автосамосвала или тракторного поезда равна:

Пт = 60·Qоб/Т = 60·Gтр/γе·Т,

где Qоб – объем грунта в кузове, м3; Gтр – грузоподъемность машины, т.; γе – естественная плотность грунта, т/м3; Т – продолжительность одного цикла, мин.

Объем кузова самосвала, исходя из его заполнения 6-8 ковшами, должен быть равен

Qоб = m·q·Kн·К,

q – вместимость ковша экскаватора, м3; m = 6-8 – число ковшей для загрузки, шт.

Продолжительность цикла равна:

Т = t1 + t2 + t3 + t4 + t5,

t1, t2, t3, t4 и t5– время подачи под погрузку (0,5-1 мин), погрузки, груженого хода, разгрузки (1-3 мин) и порожнего хода соответственно, мин.

Продолжительность погрузки при этом равна

t2 = 60· Qоб/Пэкс,

где Пэкс – техническая производительность экскаватора, м3/ч.

Продолжительность груженого и порожнего хода принимают равной:

t3 ≈ t5 = L/Vср.

Число транспортных единиц на экскаватор равно

n = Пэкс/ Пт.

3. Уплотнение грунта с наименьшими затратами энергии достигается при определенной влажности, называемой оптимальной. Ее значение устанавливается по результатам пробного уплотнения грунта и составляет:

- для песчаных грунтов около 7…10%;

- супесчаных 9…15%;

- суглинистых 12…20%;

- глинистых 20…30%.

Грунт до оптимальной влажности доувлажняют в карьерах или непосредственно при укладке автоцистернами и из временных трубопроводов. Оптимальную вложность выдерживают с точностью ±2%.

Уплотнение грунта происходит при неоднократном приложении нагрузок. Число повторных нагрузок (проходов) устанавливается также путем пробного уплотнения. Обычно число проходов катка по одному месту составляет 6…8 раз.

Существуют следующие способы уплотнения грунта:

1. Механическое уплотнение путем: а) укатывания (машинами статического действия); б) трамбования (машинами динамического действия); в) вибрации (машинами вибрационного действия).

2. Уплотнение при отсыпке в воду.

3. Естественное самоуплотнение грунта.

4. К машинам статического действия относятся катки гладкие, кулачковые, пневмошинные и решетчатые.

Условия применения катков

Катки разных типов неравномерно передают нагрузку на грунт и уплотняют его по глубине.

а) б) в)

Графики изменения плотности грунта по глубине уплотнения:

а) для гладкого катка; б) для невмошинного катка; в) для кулачкового катка

Для катков должно соблюдаться условие:

sмакс= (0,8¸0,9)×sр,

где sмакс – максимальное давление на грунт опорной поверхности машины, МПа; sр – разрушающее напряжение, предел прочности грунта, МПа.

Максимальное давление на грунт можно определить по формуле:

- для гладких катков

sмакс =

где qл = Q/B – линейное давление, отнесенное к ширине катка В, кН/см; R – радиус катка, см; Е0 – модуль деформации грунта (Е0 = 10-20 МПа);

- для кулачковых катков

sмакс = Q/(0,5·m∙f),

где Q – сила тяжести катка, кН; m∙- число рядов кулачков по ширине катка; f – опорная площадь кулачка, см2.

- для пневмошинных катков

sмакс = p/(1 – ζ),

где p – давление в шине, МПа; ζ – коэффициент жесткости покрышки (ζ = 0,16-0,6).

Оптимальная толщина слоя уплотнения находится:

- для гладких катков

Н0 = А,

где А – экспериментальный коэффициент; ω и ω0 - влажность грунта естественная и оптимальная соответственно, %;

- для кулачковых катков

Н0 = А;

- для пневмошинных катков

Н0 = 0,65 (L + 0,25b – h1),

где L – длина кулачка, см; b – толщина кулачка, см.

Катки уплотняют поверхности крутизной до 1:5, слоями до 0,5 м, не доезжая до края насыпи 0,5 м и оставляя неуплотненную зону по откосу («бахрому»). Схемы движения обычно продольные кольцевые с разворотом на насыпи или за ее пределамир с перекрытием следов на 0,3 м.

В качестве рабочих органов трамбующих машин применяют трамбующие плиты разных размеров, формы и веса, которые сбрасывают на поверхность грунта с различной высоты. В строительстве используют трамбующие плиты на базе одноковшовых экскаваторов и гусеничных тракторов. Рабочие параметры трамбующих машин (высота сбрасывания – Н, м.; вес плиты – Q, т) устанавливают по величине предельного значения удельного импульса i:

i =

где F – площадь трамбовки, м2.

Трамбование грунта используется не только для уплотнения грунта, но и для вытрамбовывания небольших одиночных котлованов под фундаменты на просадочных грунтах.

Машины вибрационного действия сообщают грунту колебательные движения. Межчастичные связи при этом разрушаются и под действием собственного веса или дополнительной статической нагрузки происходит уплотнение. Степень уплотнения зависит от разнородности частиц и влажности грунта. Разнородные по крупности частицы обладают разной инерцией, что способствует их взаимному перемещению. Вода способствует уменьшению связности и усиливает интенсивность вибрационного воздействия на грунт.

Интенсивность уплотнения повышается с увеличением частоты колебаний (до 50…60 с-1). Поверхностное вибрирование эффективно для уплотнения грунтов с содержанием глинистых частиц до 6 %.

В производственных условиях применяют машины разных типов:

- виброплиты на гусеничных тракторах;

- вибротрамбовки;

- виброкатки;

- глубинные виброуплотнители (Н0 до 10 м).

Относительная стоимость применения различных грунтоуплотняющих машин следующая:

катки прицепные пневмошинные 1,0

кулачковые 0,7

решетчатые 1,2

виброкатки 1,3

катки самоходные пневмошинные 1,2

трамбующие плиты на базе экскаваторов 2,0

тракторов 1,4

виброплиты 1,6

Экономически эффективно уплотнять грунт катками массой 18…20 т.

5. Производительность грунтоуплотняющих машин, работающих в движении вычисляется как для машин непрерывного действия:

ПF =

где V – рабочая скорость, м/ч; В – ширина полосы уплотнения, м; С – перекрытие следов, м; n – число проходов по одному следу.

Производительность экскаватора с трамбующей плитой равна

ПF =

где m – число ударов в минуту; Кпер – коэффициент перекрытия, Кпер=0,8.

Производительность механизмов в единицах объема грунта равна

ПV = ПF·Н0.

Производительность катков зависит от длины гона, которая должна быть не менее 100…200 м.

Лекция № 7: «Технология гидромеханической разработки грунта»

1. Гидромеханизация – это способ производства земляных работ, при котором разработка, транспортировка и укладка грунта осуществляется с помощью воды. Гидромеханизация отличается малой трудоемкостью (в 3-6 раз ниже насыпного способа) и себестоимостью 1 м3 намытого грунта (1,5-2 раза ниже). Это обусловило использование данного способа при строительстве свыше 200 плотин и дамб в странах бывшего СССР. К недостаткам этого способа работ следует отнести потребность в больших объемах воды (q = 5…14 м3 – при гидромониторном способе; q = 6,5…22 м3 – при рефулерном способе) и большую энергоемкость.

При воздействии воды на грунт образуется гидросмесь (пульпа) – механическая смесь воды с частицами грунта. Пульпа существует только в движении. При его прекращении из гидросмеси выпадают частицы грунта, и она превращается в осветленную воду.

Разработка может вестись следующими способами:

1. Потоком воды, движущейся по разрабатываемой поверхности.

2. Всасыванием грунта из-под воды грунтовыми насосами (рефулерный способ).

3. Напорной струей, размывающей грунт (гидромониторный способ).

Гидромеханизацией разрабатывают все грунты, но преимущественно несвязные и малосвязные (используемые для укладки в качественные насыпи). При оценке их строительных свойств учитывают дополнительно средний диаметр частиц грунта , коэффициент неоднородности механического состава (Е = d60% /d10%), гидравлическую крупность частиц ω (скорость оседания частиц в стоячей воде), абразивные свойства.

При рефулерном способе их подразделяют по трудности разработки на 8 групп, а при гидромониторном – на 6 групп. Свойства пульпы характеризуются консистенцией, концентрацией и плотностью.

Консистенция – отношение объема (или плотности) грунта, находящегося в определенном объеме гидросмеси, к объему (или плотности) воды, содержащейся в этом же объеме (в среднем 1:10):

Ко = Т/В или Ко = 1/q,

где Т и В – количество частей грунта и воды в гидросмеси соответственно; q – удельный расход воды (по СНиП 3.02.01-87).

Концентрация – отношение плотности (или объема) грунта к плотности (или объему) гидросмеси:

= Т/(Т+В).

Плотность пульпы (обычно 1,05…1,20 т/м3) находится по формуле:

γп = (γе+q ∙ γ0)/(γе/ γт+q),

где γе – средняя плотность сухого грунта (1,4…1,9 т/м3); γт – плотность частиц грунта (2,55…2,7 т/м3); γ0 – плотность воды (1 т/м3).

Глава 7. ГИДРОМЕХАНИЗАЦИЯ

§ 59. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ

Гидромеханизация представляет собой гидравлический способ производства земляных работ, состоящий в непосредственном использовании энергии водного потока для разработки, транспорта и укладки грунта.

При воздействии воды на грунт образуется гидросмесь - механическая смесь воды с частицами грунта. Гидросмесь существует только в движении. При его прекращении гидросмесь распадается на составляющие ее воду и грунт. Этим свойством гидросмеси пользуются для укладки или, иначе, намыва грунта. Разработка грунта может производиться следующими способами: потоком безнапорной воды, движущейся по разрабатываемой поверхности; путем всасывания грунта из-под воды грунтовыми насосами; напорной струей, размывающей грунт.

Транспорт гидросмеси может быть безнапорным, ocyществляемым по канавам, лоткам и трубам, и напорным, осуществляемым по трубам. При гидравлическом транспорте скорость движения потока гидросмеси должна обеспечивать перемещение частиц грунта во взвешенном состоянии. На месте намыва поток гидросмеси растекается, теряет свою скорость и частицы грунта выпадают. Управление этим процессом позволяет укладывать грунт в требующихся границах и создавать таким путем намывные сооружения. Воду, отдавшую грунт, отводят за пределы сооружения.

§ 60. ОБЛАСТЬ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ

Гидромеханизация широко распространена. Ее применяют в гидротехническом, энергетическом, транспортном, гидромелиоративном и водохозяйственном строительстве, в горном деле, в цветной металлургии и т. д. С помощью гидромеханизации разрабатывают различные выемки и каналы, производят гидравлическую классификацию песчано-гравийных материалов, добывают полезные ископаемые, намывают территории, хвостохранилища, земляные плотины и дамбы и пр.

Возможность применения гидромеханизации зависит от характера грунтов, наличия воды и электроэнергии.

В принципе все грунты поддаются разработке, транспорту и укладке способом гидромеханизации. Но не все грунты, разработанные способом гидромеханизации, можно использовать для качественной укладки. Наиболее приемлемы для разработки и намыва песчаные и гравелисто-песчаные грунты.

Вода является основным средством выполнения земляных работ способом гидромеханизации и поэтому должна быть в достаточном количестве на месте его применения. Количество воды, необходимой для разработки и транспорта 1 м3 грунта, колеблется от 3,5 до 30 м3.

Количество электроэнергии, требующейся для переработки 1м3 грунта, составляет в среднем 3,5-5 кВт-ч.

Гидромеханизация отличается от других способов земляных работ непрерывностью и поточностью технологического процесса, малой металлоемкостью, простотой и экономичностью, причем весь ее технологический процесс может быть автоматизирован. При транспортировке грунта водой не требуется устройство грунтовозных дорог, а гидравлическая укладка грунта не связана с использованием увлажняющих, разравнивающих и уплотняющих механизмов.

По сравнению с насыпным способом возведения земляных сооружений гидромеханизация позволяет сократить сроки строительства и снизить стоимость возводимых сооружений. По данным треста Гидромеханизация Минэнерго СССР, выполнившего за 35 лет своего существования гидромеханизированным способом 2,5 млрд. м3 земляных работ, трудоемкость при возведении намывных сооружений в 3-6 раз ниже, чем при насыпном способе, а себестоимость 1 м3 намытого грунта составляет от 0,27 до 0,42 руб.

Благодаря высокой эффективности гидромеханизации из года в год растут объемы ее работ и расширяется область ее применения. Этот способ позволяет осуществлять крупные народнохозяйственные мероприятия по защите, восстановлению и улучшению окружающей природной среды. С помощью гидромеханизации в СССР возведено более 200 плотин и дамб. Одним только упомянутым выше трестом за 1946-1979 гг. намыто свыше 150 плотин и дамб объемом намыва 800 млн. м3, причем суточная производительность гидромеханизированных работ достигала 310 тыс. м3.

К недостаткам способа следует отнести возможность заболачивания территории и водоисточника при намыве. Но они могут быть устроены с минимальным нарушением естественного состояния природы.

§ 61. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ГРУНТАХ И ГИДРОСМЕСИ

Гидромеханизацией разрабатывают как несвязные так и связные грунты. Суждение о качестве грунтов получают в результате разведки. Разведочные выработку в виде шурфов или скважин, располагаемых в плане по прямоугольной сетке со сторонами от 400 до 25 м и менее, должны проходить всю толщу грунтов, намеченные для разработки.

Гранулометрический состав грунтов выработок устанавливают путем микроагрегатного механического анализа с выделением фракций. При выделении мелкие фракций рекомендуется пользоваться той водой, которая будет применяться при гидромеханизированных работах. По данным анализа строят график гранулометтрического состава в полулогарифмическом масштабе. Для этого по горизонтальной оси графика откладывают диаметры частиц, мм (в логарифмическом масштабе), а по вертикальной оси - содержание фракций мельче данного диаметра, % (в линейном масштабе).

Для расчетов необходимо иметь кривую среднего гранулометрического состава грунтов карьера, средне взвешенный диаметр частиц и степень однородность грунта. Средний гранулометрический состав определяв ют суммированием средневзвешенных гранулометрических составов по выработкам. Средневзвешенный диаметр, мм, находят путем разбивки вертикальной ocи графика на 20 равных интервалов по 5 % и определение в этих интервалах соответствующих им диаметров частиц d1, d2, d3, ., d20:

(7. 1)

Степень однородности грунта характеризуется коэффициентом неоднородности

,где (7.2)

d60 и d10 — диаметры частиц, отвечающие 60 и 10 %-ному содержанию их в грунте, определяемые по кривой графика.

Однородными считают грунты с . Помимо гранулометрического состава определяют плотность грунта, плотность скелета, плотность минеральной части, влажность, коэффициент фильтрации, пределы и число пластичности, а также другие физико-механические характеристики грунта. Кроме того, грунт подвергают петрографо-минералогическому анализу для выяснения формы и прочности слагающих его зерен. При гидравлическом транспорте грунтов, состоящих из зерен угловатой формы, происходит больший износ оборудования и труб, а при намыве они ложатся с меньшей плотностью по сравнению с грунтами, зерна которых окатаны.

Применение гидромеханизации связано с потреблением определенного количества воды, зависящего от способа разработки грунта и его свойств. Количество воды, м3, необходимой для разработки и транспорта 1 м3 грунта, называют удельным расходом воды. В зависимости от способа разработки грунты подразделяют на группы и для каждой из них принимают свой удельный расход воды.

При всасывании грунтов из-под воды их подразделяют на восемь групп (табл. 6 СНиП IV-5-82). В случае разработки грунтов напорной водяной струей их под­разделяют на шесть групп (табл. 5 СНиП IV-5-82).

Степень насыщения гидросмеси грунтом характеризуют консистенцией и концентрацией.

Консистенцией называют отношение плотности или объема грунта, находящегося в определенном объеме гидросмеси, к плотности или объему воды, содержащейся в этом же объеме.

Объемная консистенция

Ко = Т/В; (7.3)

консистенция по массе

,где (7.4)

ρгр - плотность грунта;

Т - количество частей грунта в гидросмеси;

ρв - плотность воды;

В - количество частей воды в гидросмеси

При известном удельном расходе воды q объемная консистенция

,где (7.5)

q -принимают по табл. 5 и 6 СНиП IV-5-82

Концентрация представляет собой отношение плотности или объема грунта к плотности или объему гидросмеси.

Объемная концентрация

(7.6)

Концентрация по массе

, где (7.7)

ρсм- плотность гидросмеси.

Кроме того, необходимо знать гидравлическую крупность частиц грунта ω, представляющую собой скорость равномерного падения твердой частицы в безграничном пространстве покоящейся жидкости, в данном случае воды. Она зависит от размера, плотности и формы частицы, а также от температуры воды.

Гидравлическая крупность может быть определена по графику В. Н. Гончарова и А. А. Саркисян (рис. 7.1)*. Для практических расчетов определяют средневзвешенную гидравлическую крупность.

* Меламут Д. Л. Гидромеханизация в мелиоративном и водохозяй­ственном строительстве — М.: Стройиздат, 1981 **По предложению Б. А. Волнина и И. С. Хоперского

§ 62. РАЗРАБОТКА ГРУНТА

Безнапорный размыв или смыв грунта безнапорной водой. Этот размыв основан на размывающей и влекущей способности потока воды. Его применение возможно в тех случаях, когда имеются условия для смыва грунта под действием стекающего с возвышенных мест потока воды или при увеличении скорости потока воды, протекающего в земляном русле.

Способ применялся в Средней Азии, на строительстве Верхневолжских гидроузлов **, Пальеозерской и Перепадной ГЭС.

Землесосная разработка.Разработка грунта земснарядами наиболее широко применяется в гидротехническом строительстве. Земснарядами называют несамоходные или самоходные суда, специально оборудованные для разработки грунта. Первые применяют на строительстве, а вторые - при дноуглублении. В отличие от дноуглубительных строительные земснаряды не автономны в питании электроэнергией.

На плавучем земснаряде основным агрегатом является грунтовой насос, отличающийся от центробежного насоса тем, что он приспособлен к перекачиванию не чистой воды, а гидросмеси, содержащей отдельные крупные включения размерами до 0,7 диаметра всасывающего патрубка. Остальное оборудование является вспомогательным. При работе грунтового насоса во всасывающей трубе, опущенной под уровень воды, создается разрежение, частицы грунта отрываются от массива и вместе с водой засасываются в грунтовой насос, перекачивающий образовавшуюся гидросмесь к месту укладки грунта. Объем засасываемого грунта зависит от его гранулометрического состава, плотности и связности, формы поперечного сечения устья всасывающей трубы, скорости всасывания, расстояния от устья всасывающей трубы до разрабатываемого грунта и скорости ее перемещения. Излишняя скорость перемещения влечет за собой большой просор грунта. Последний, как правило, не превышает 20 % всего объема разрабатываемого грунта. Эффективность разработки плотных связных грунтов повышается применением рыхлителей различных конструкций (гидравлических, фрезерных, роторных, ковшовых и др.). Обычно земснаряды оборудуют рыхлителями фрезерного типа с ножами. Наиболее эффективны из них фрезы с отвально-направляющими поверхностями отечественной конструкции.

Земснаряды подразделяют на типы и обозначают двумя числами, первое из них соответствует условной производительности по грунту при 10%-ной консистенции гидросмеси, а второе - напору, развиваемому грунтовым насосом, м (150-45; 100-50; 180-60; 350-50 и т. д.), или маркой грунтового насоса, установленного на земснаряде (ГРУ, 20Р-11 и т. д.).

Для разработки обводненных месторождений гравия применяют многочерпаковые земснаряды 300-50 Мч. На таком снаряде типа 300-100 ДШ установлен шлюзовой питатель.

В табл. 7.1 приведена краткая характеристика земснарядов, применяемых в настоящее время*.

* На 1982 г. 222

При разработке грунта земснаряды совершают рабочие перемещения. Под рабочим перемещением снаряда подразумевают его передвижение, обеспечивающее непрерывный контакт фрезы с разрабатываемым грунтом в забое. Рабочие перемещения осуществляют с по мощью тросового, свайно-тросового и бестросово-хоботного устройства. Земснаряды, оборудованные тросовым устройством, совершают рабочие перемещения папильонажным и траншейным способами, а оборудованные свайно-тросовым устройством - веерным способом. В земснарядах с бестросово-хоботным устройством последнее перемещается независимо от корпуса снаряда.

В гидротехническом строительстве наиболее распространено свайно-тросовое рабочее перемещение. Для его осуществления в кормовой части земснаряда в специальных обоймах подвешены две сваи, которые с помощью лебедок могут попеременно подниматься и опус­каться (рис. 7.3). Снаряд поворачивают вокруг одной из свай с помощью тяговых тросов (рис. 7.4). На рис. 7.4 свая 1 опущена в грунт, а свая 2 поднята. Лебедка 4 выбирает, а лебедка 3 травит трос и всасывающая труба описывает своим концом дугу АБ, затем цикл повторяется, всасывающая труба описывает в обратную сторону дугу БВ и т. д. При таком перемещении не достигается полного контакта фрезы с грунтом, так как всасывающая труба на некотором участке подошвы забоя не захватывает грунт, образуя огрехи, объем которых достигает 5 % объема разрабатываемого грунта. Этот недостаток исключается при применении напорно -свайного хода.

В результате рабочего перемещения земснаряда образуется прорезь, ширина которой

, где

R - горизонтальное расстояние от сваи до фрезы при данной глубине разработки, м,

α- угол поворота снаряда вокруг сваи, град (обычно 70—80°).

Землесосная разработка может производиться на дне рек или водоемов, а также в обводненных забоях. При этом забой состоит из подводного и надводного уступов. В руслах рек или водоемах земснаряды могут работать при силе ветра до 4 баллов и волнении до 3 баллов.

Земснаряд при разработке грунта периодически подсоединяется в специальных местах с помощью плавучего трубопровода к береговому магистральному трубопроводу Чтобы плавучий трубопровод не сносило на снаряд, последний работает против течения, скорость которого не должна превышать 0,75 м/с.

Рис 7.4 Схема свайного папильонирования

Участок, разрабатываемый земснарядом, разбивается на карты и блоки. Картой называют площадь, разрабатываемую с одного берегового подсоединения, блоком - площадь, разрабатываемую с одного положения берегового магистрального трубопровода (рис 7.5).

В руслах рек и водоемах земснаряд начинает работу сразу. Но если разрабатываемый участок удален от водоисточника, то выполняют входную прорезь, по которой его подают к месту работ. В случае большого удаления участка отрывают пионерный котлован, в котором монтируют земснаряд, и организуют водоснабжение. При этом применяют снаряды со сборным корпусом, например блочный разборный земснаряд 250-60БР, и при дефиците воды оборотное водоснабжение Когда глубина выемки превышает глубину разработки земснаряда, ее выполняют двумя уступами с понижением уровня воды в выемке при разработке нижнего уступа.

В случае разработки котлованов под бетонные гидротехнические сооружения оставляют защитный слой толщиной 0,5-2,0 м, который дорабатывают сухим способом.

Интенсификация землесосной разработки достигается помимо гидравлического и механического разрыхления применением погружных грунтовых насосов, видоизменяющихся рам разрыхлителей и эжекторным грунтозабором. В последнем случае глубина разработки повышается до 30 м.

Часовню производительность земснарядов по гидро­смеси, м3/ч, определяют по формуле

,где (7.8)

W - объем подлежащего разработке грунта, м3,

n - пористость разрабатываемого грунта, в среднем равная 0,4;

q - удельный расход воды (табл 6 СНиП IV-5 82). м3,

8 - число часов в смене*,

m-число смен в сутки,

t - число рабочих дней в месяце,

с -число месяцев работы

Необходимое число земснарядов

N3G = Qcm*(Qзсrвa), где (7 9)

Qзс - часовая производительность снаряда, м3/ч, принимаемая по табл 7 1,

rв - коэффициент, учитывающий использование земснаряда по времени;

а - коэффициент, учитывающий влияние высоты забоя

Согласно ЕНиР, коэффициент rв зависит от способа намыва грунта и профиля намываемого сооружения изменяется от 0,6 до 0,85. При расчете числа земснарядов следует принимать более низкие значения rв, так как в течение года наблюдается ряд простоев, не учтенных в ЕНиР.

* При работе в три смены обслуживающему персоналу за перера­ботку предоставляются дополнительные выходные дни

Согласно последним также принимается и коэффициент α зависящий от отношения действительной высоты забоя к оптимальной. Если общая высота забоя меньше минимальной, то вводится поправочный коэффициент а=0,85-0,95

Окончательно число земснарядов и их тип устанавливают при проектировании причем необходимо иметь в виду, что чем крупнее земснаряд, тем выше его эффективность.

Гидромониторная разработка. Гидромониторная разработка состоит в размыве грунта напорной струей воды вылетающей из насадки гидромонитора. Разрушение грунта происходит в результате потери частицами сцепления при динамическом воздействии струи воды в момент удара и проникания воды по порам и трещинам в размываемой грунт. Полученная гидросмесь движется самотеком к месту укладки грунта или чаще в зумпф - приемник грунтонасосной установки. Вместимость зумпфа должна обеспечивать непрерывную работу грунтового насоса в течение 1—2 мин.

Гидромониторы, представляющие собой приспособленные для размыва грунта снаряды, подразделяют по способу управления на управляемые вручную и дистанционно и по способу передвижки на снаряды, требующие демонтажа разводящего водовода, по которому к ним подается вода, и передвигаемые в процессе работы с помощью гидравлических домкратов, для чего используются телескопические трубы.

Наиболее распространены гидромониторы марок 1М-250, ГМН-25ОС, ГМД-250, ГМДУ-300 и ГМ-350. Здесь цифрами обозначен диаметр входного патрубка, мм. Исключением является гидромонитор последней марки, Диаметр входного патрубка которого равен 500 мм Максимальная подача гидромониторов изменяется от 1550 до 4500 м3/ч.

Основным элементом гидромонитора является ствол, заканчивающийся насадкой (рис. 7.6), формирующей водяную струю. Насадки сменные и их диаметр определяются условиями размыва грунта. При вылете из насадки струя имеет большую плотность и форму, близкую к цилиндрической. Затем по мере удаления от насадки струя насыщается воздухом, становится менее плотной и принимает конусообразную форму. В зависимости от степени насыщения воздухом три участка струи. Для разрушения грунта наиболее эффективен первый участок и совершенно неэффективен третий участок. Длина участков зависит от диаметра насадки и на пора на вылете из нее.

Полное давление струи на вылете из насадки, Н:

, где (7.10)

- удельный вес воды, Н/м3,

ω-площадь сечения насадки, м2 ;

Н - напор на вылете из насадки, м.

Удельное сопротивление струи

(7.11)

Водоснабжение гидромониторных работ может быть прямое и оборотное. В последнем случае потери воды составляют 20-30 %. Для водоснабжения на реках и водоемах в зависимости от колебания уровня воды в них применяют стационарные или плавучие насосные станции. От них вода по магистральным водоводам подается к месту работ в забои и по разводящим водоводам поступает в гидромониторы.

Разработка струей воды несвязного и связного грунта производится различно. Несвязные грунты обычно легко разрабатываются, и поэтому для их размыва требуется только сосредоточенное воздействие струи воды. Связные грунты размываются труднее и требуют удельных давлений для размыва Последний производится в два приема: вначале уступ подрезается и обрушается путем создания вруба, а затем уже смывается разрыхленный грунт. В обоих случаях с увеличением расхода струи возрастает производительность размыва и улучшаются условия транспортировки гидросмеси.

Для повышения эффективности разработки грунта применяют предварительное его рыхление путем взрывов, насыщение его водой и различные средства механизации в процессе смыва.

По условиям техники безопасности гидромонитор должен находиться в забое на расстоянии от размываемого уступа

Lmin = Hу. (7.12)

По мере разработки грунта гидромонитор передвигается на расстояние:

Lперед=Lmax-Lmin , где (7.13)

Lmax- предельная дальность полета струи, м.

Предельная дальность полета струи может быть приблизительно определена по формуле А. М. Царевского

, где (7.14)

d-диаметр насад, мм;

α- угол наклона струи к горизонту , град

Передвижку гидромонитора осуществляют без остановки размыва, для чего в забое устанавливают резервные гидромониторы. Поскольку обычно применяют звенья труб стандартной длины в 6 м, шаг передвижки гидромонитора кратен шести.

Применяют две схемы размыва грунта гидромониторами: снизу вверх при встречном забое и сверху вниз при попутном забое. При встречном забое, наиболее часто применяемом на практике, гидромонитор устанавливают на подошве забоя или нижней площадке уступа и его струю направляют навстречу потоку гидросмеси. При попутном забое гидромонитор устанавливают на верхней площадке уступа и направление его струи совпадает с направлением потока гидросмеси. Иногда применяют совмещение обоих схем размыва - разработку грунта попутно-встречным забоем.

При гидромониторной разработке используют передвижные грунтонасосные установки. Грунтовой насос может быть смонтирован на металлических салазках или пэне, представляющем собой жесткую платформу. Передвигаются они с помощью трактора или лебедки. Насос может быть смонтирован на понтоне и в этом случае передвигаться на плаву.

Поверхность нижней площадки уступа или подошвы забоя при размыве имеет вид гребенки, в результате чего образуется недомыв грунта Недомыв уменьшается с уменьшением расстояния от зумпфа до размываемого уступа, что происходит при частых передвижках грунтонасосной установки. Чтобы часто не передвигать установку и в то же время уменьшить объем недомыва, удлиняют всасывающую трубу грунтового насоса и применяют инжекторное устройство. Обычно шаг передвижки грунтонасосной установки принимают равным 90-100 м. Кроме того, для уменьшения объема недомыва применяют бульдозеры и экскаваторы, которые подают грунт к месту размыва его гидромониторами.

Производительность гидромониторно-грунтонасосной установки по гидросмеси определяют по формуле (7.8), но с принятием удельного расхода воды по табл 5 СНиП IV-5-82 и /гв, изменяющимся согласно ЕНиР в зависимости от вида установки и способа намыва от 0,7 до 0,95

Расход воды через насадку гидромонитора, м3/с, находят по известной в гидравлике формуле истечения воды из отверстия, которая в результате преобразований с учетом принятия коэффициента расхода |д, = 0,945 имеет вид:

, где (7.15)

d0 - диаметр выходного отверстия насадки, м;

Н- напор на вылете из насадки, м

Подача насосной станции, м3/с,

(7.16)

Число гидромониторов

(7.17)

Производительность гидромониторов и их число должны быть согласованы с производительностью грунтонасосных установок.

Забой может состоять из одного или нескольких уступов, что определяется глубиной выемки. Уступ делят на блоки по числу передвижных гидромониторно - грунтонасосных установок Блоки делят на карты, которые разрабатывают с одной стоянки передвижной грунтонасосной установки.

§ 63. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ ГРУНТА

Гидротранспорт осуществляется путем перемещения частиц грунта потоком воды с турбулентным режимом движения. Такой режим характеризуется наличием взвешивающих вертикальных составляющих средней продольной скорости, равных, по М А Великанову и другим исследователям, 10-20 % этой скорости. Среднюю скорость потока гидросмеси, при которой начинается осаждение частиц, называют критической. При скорости больше критической весь грунт транспортируется во взвешенном состоянии. Когда скорость близка к критической, грунт транспортируется во взвешенном состоянии, но большое количество частиц движется по дну. При скорости меньше критической на дне образуется постоянный слой заиления.

Безнапорный гидротранспорт. Его расчет состоит в определении критической и надежной скорости транспортировки, а также соответствующих им уклонов.

Критическую скорость определяют по формуле:

, где (7.18)

В - коэффициент, принимаемый равным 3,85 для песчано-гравелистых грунтов и 2,86 для крупнокусковых материалов,

Fr =ω2/(gd) - число Фруда (здесь ω - гидравлическая крупность транспортируемых частиц),

ρсм, ρв, ρт - плотность соответственно гидросмеси, воды и твердой составляющей.

Надежная скорость транспортировки

,где (7.19)

Кн =1,1 1,3 - коэффициент надежности

Уклоны iкр и iн , соответствующие скоростям νкр и νH находят по формуле:

, где (7.20)

λ/=λ+δ(mω+nδ-q) - коэффициент гидравлического трения, δ = ρсм/ρв - относительная плотность гидросмеси, m, n, q - постоянные величины, зависящие от режима гидротранспорта*),

R- гидравлический радиус лотка или безнапорной трубы

Напорный гидротранспорт.В этом случае гидросмесь перемещается под напором, заполняя все сечение трубы.

Существует ряд методик расчета напорного гидротранспорта, но все они носят частный характер, так как были созданы для определенных условий гидротранспорта. Наибольшее распространение получила методика, изложенная в специальной инструкции Минэнерго СССР 11-59-72*. Формулы, приведенные е инструкции, применимы для расчета гидротранспорта грунтов с плотностью минеральной части 2,6-2,7 т/м3, средневзвешенной крупностью dср =0,20 .70 мм при ее отношении к диаметру трубопровода D, равном или меньшем 0,15 наибольшей относительной крупности грунта dмакс 0,3 м, и с объемной консистенцией гидросмеси не более 0,3 D.

Для расчета нужно знать:

1) средневзвешенный диаметр частиц грунта dср, мм;

2) удельный расход воды q, м3;

3) тип земснаряда и марку установленного на нем грунтового насоса;

4) диаметры всасывающего, плавучего, магистрального и распределительного трубопроводов, мм;

5) действительные скорости движения гидросмеси во всасывающем νсв, плавучем νпл, магистральном νм и распределительном νрасп трубопроводах, м/с;

6) объемную консистенцию гидросмеси, определяемую по формуле:

,где (7.21)

n - пористость разрабатываемого грунта в долях единицы, которую можно принять равной 0,4;

7) плотность гидросмеси

,где (7.22)

ρт — плотность твердого, кг/м3.

Расчет состоит в определении критических скоростей и потерь напора. Критическую скорость движения гидросмеси, м/с, определяют по формуле:

, где (7.23)

D - диаметр трубопровода, м;

Ко-см. формулу (7 21);

Ψ=- коэффициент транспортабельности грунта, который определяется как средневзвешенное значение в зависимости от гранулометрического состава по табл. 7.2 (здесь ψi -средняя величина для i-й стандартной фракции);

Рi- процентное содержание i-й фракции по массе в составе грунта)

Расход гидросмеси при критической скорости транспортирования:

,где (7.24):

А Инструкция по гидравлическому расчету систем напорного гидро­транспорта грунтов.

Таблица 7.2

Примечание. Если в грунте содержится не более 10 % сравнительно крупных фракций, то при определении dср и ψср наличие их в составе грунта рекомендуется не учитывать

Высоту, м, неподвижного слоя отложения грунта в трубопроводе при Qзc<Qсм.кр определяют по формуле:

(7.25)

Удельные потери напора

,где (7.26)

Iв - удельные потери напора при движении воды с той же скоростью, с которой движется гидросмесь; определяются по известной формуле Дарси-Вейсбаха в зависимости от коэффициента гидравлического трения λв и диаметра трубопровода D, м; ∆I- дополнительные удельные потери напора, обусловленные наличием твердых частиц в потоке гидросмеси.

Для новых стальных трубопроводов

(7.27)

а для шероховатых труб

, где (7.28)

Re = νD/ν (здесь ν - кинематическая вязкость воды, принимаемая равной 1-10-6 м/с при температуре воды 20 °С).

При режиме заиления значения Iв принимают равными удельным потерям напора при движении чистой воды со скоростью νкр.

Дополнительные удельные потери напора

, где (7.29)

Δ- коэффициент, учитывающий влияние относительной крупности частиц грунта dср/D, определяется по табл. 4 инструкции П-59-72; j=d10/d90- коэффициент разнозернистости транспортируемого грунта (здесь d10 и d90 - диаметры частиц грунта, отвечающие 10- и 90 %-ному содержанию их в нем).

Линия трубопровода, по которому гидросмесь подается к месту ее выпуска, т. е. месту намыва грунта, подразделяется на всасывающую и напорную части. Первая представлена всасывающим трубопроводом, который соединяет грунтозаборное устройство земснаряда с установленным на его корпусе грунтовым насосом. Вторая представлена напорным трубопроводом на самом земснаряде, плавучим, магистральным и распределительным трубопроводами. Плавучий трубопровод в свою очередь состоит из отдельно уложенных на поплавках звеньев труб, соединенных между собой шаровыми шарнирами. С магистральным береговым трубопроводом он соединяется специальным береговым подсоединением. Звенья магистрального трубопровода имеют сварные или фланцевые, но чаще быстроразъемные самоуплотняющиеся бандажные соединения, а звенья распределительного трубопровода, укладываемого на месте намыва, -раструбные самоуплотняющиеся соединения (рис. 7.7). Укладывают трубопроводы с уклоном к месту подачи гидросмеси.

При работе земснаряда суммарные потери напора складываются из потерь напора во всасывающей линии hi, в плавучем h2, в магистральном h3, в распределительном h4 трубопроводах и из потерь напора на преодоление геодезического подъема по трассе трубопровода hT.

Суммарные потери напора

, где (7.30)

К- коэффициент запаса, принимаемый равным 1,15

Потери напора во всасывающей линии

, где (7.31)

νвс - скорость движения гидросмеси во всасывающем трубопроводе, м/с,

Dвс и lвс - соответственно диаметр и длина всасывающего трубопровода земснаряда, м.

Потери напора в плавучем трубопроводе, включая напорную часть на земснаряде,

,где (7.32)

- удельные потери напора в плавучем трубопроводе;

- фактическая длина плавучего трубопровода, м;

Β- коэффициент, учитывающий местные сопротивления в плавучем трубопроводе, принимается равным 2;

ζ - коэффициент гидравлических сопротивлений в напорном трубопроводе и арматуре, расположенных на корпусе земснаряда *.

Потери напора в магистральном трубопроводе

,где (7.33)

- удельные потери напора в магистральном трубопроводе;

- длина магистрального трубопровода, м;

Ki - коэффициент, учитывающий местные сопротивления в магистральном трубопроводе, принимается равным 1,1

Потери напора в распределительном трубопроводе

-удельные потери в распределительном трубопроводе;

- длина распределительного трубопровода, м;

К2 - коэффициент, учитывающий местные сопротивления, принимается равным 1,5.

В приведенных формулах учтены потери напора в местных сопротивлениях. Если же их не учитывают, то они могут быть приняты равными 10 % потерь напора на трение.

Величину hг, м, вычисляют по формуле:

,где (7.35)

∆z - разность геодезических отметок оси грунтового насоса и оси трубопровода в месте выпуска гидросмеси, м.

Знак (+) берут в случае подъема трубопровода, знак (-) - в случае понижения.

Так как в характеристике грунтового насоса (Q-Н) напор, развиваемый им, указан при работе на воде, то необходимо пересчитать его на гидросмесь. Пересчет проводят по формуле:

, где (7.36)

Нсм и Нв - напоры при работе нового грунтового насоса соответственно на гидросмеси и воде, Кп- безразмерный коэффициент**. Остальные обозначения ясны из предыдущего.

Шкундин Б. М. Землесосные снаряды — М : Энергия, 1973 : Юфин А. П. Гидромеханизация. — М • Стройиздат, 1974.

Если суммарные потери, определенные по формуле (7.30), превышают напор, развиваемый грунтовым насосом, установленным на земснаряде, вычисленный по формуле (7.36), то необходима установка промежуточных перекачивающих станций. Их число и местоположение определяют исходя из суммарных потерь напора, геодезической разности отметок и напора, который развивает один грунтовой насос.

Для обеспечения нормальной работы последовательно установленных грунтовых насосов необходимо предусматривать напор при входе гидросмеси в следующий грунтовой насос 1,5—2 м.

Лекция № 8: «Технология буро-взрывных работ.»

1 БУРОВЫЕ РАБОТЫ

К буровым работам относится комплекс производственных операции, связанных с бурением шпуром и скважин в грунте при выполнении геологических изысканий, разработке карьеров и котлованов в скальных и мерзлых породах с рыхлением их взрывом, при устройстве противофильтрационных завес и упрочнении оснований гидротехнических сооружений.

Шпур — это цилиндрическая выработка в грунте диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м. К скважинам относятся цилиндрические выработки диаметром более 75 мм.

Эффективность буровых работ зависит от выбора способа разрушения пород и оборудования. Различают механическое, физико-химическое и комбинированное разрушение горных пород при бурении (табл. 4.1).

Таблица 4.

В строительстве наибольшее распространение полу­чили способы механического разрушения пород при бурении. При этом различают ударное разрушение скального массива с последующим скалыванием нарушенной зоны при повороте или вращении бура и силовое резание, при котором под действием осевой нагрузки на рабочий орган и крутящего момента происходит постоянное скалывание породы в забое шпура или скважины. По первому принципу работают пневматические и гидравлические бурильные молотки и станки ударно-вращательного бурения, а по второму — электросверла, станки шнекового и шарошечного бурения.

Вращательное бурение. При вращательном бурении разрушение породы происходит истиранием или скалыванием ее резцом с непрерывным удалением шлама. Различают колонковое, роторное и шнековое вращательное бурение.

Колонковое бурение используют в основном при изысканиях, когда необходимо извлечь из глубины керн (образец породы) ненарушенной структуры. Рабочим органом здесь является бурильная коронка в виде отрезка стальной трубы, рабочий конец которой оборудован фрезой, армирован алмазами или резцами из твердых сплавов. Другой конец трубы соединен с колонковой трубой, наращиваемой в процессе бурения звеньями штанг длиной 1 —1,5 м. Подача промывочной воды и удаление шлама производятся через канавки на внутренней и наружной поверхности коронки. По заполнении коронки породой ее поднимают и извлекают из нее керн. Диаметр бурения при алмазных коронках 45—350 мм, глубина до 300 м.

Роторное шарошечное бурение представляет собой разрушение породы бурильным наконечником по всему сечению забоя скважины. Бурильный инструмент состо­ит из долота и звеньев стальных труб — штанг, по внутренним каналам которых нагнетается в скважину воздух. Станки роторного бурения бурят как вертикальные, так и слегка (до 30°) наклонные скважины диаметром до 400 мм и глубиной до 40 м. Разрушение породы происходит в результате внедрения в нее под действием осевого давления зубцов шарошек, перекатывающихся по забою скважины при вращении бурильного инструмента. В местах контакта зубца с забоем скважины возникают напряжения сжатия и скалывания, интенсивно разрушающие породу. Шлам удаляется из скважины сжатым воздухом, который одновременно охлаждает шарошку. Защита от пыли осуществляется пылеулавливающими устройствами. Шарошечное бурение применяют в основном для проходки скважин в породах VI— IX групп. В более крепких породах применять его нецелесообразно из-за большого износа бурильного инструмента. Станки шарошечного бурения монтируют обычно на гусеничной тележке или тракторе. Типичным представителем станков этой группы является станок БТС-150, смонтированный на тракторе Т-100М.

Производительность станков шарошечного бурения определяют по формуле:

,где

Р—осевая нагрузка на долото, Н;

п — частота вращения долота, мин -1;

tсм — продолжительность смены, ч;

kB — коэффициент использования сменного времени, принимаемый в пределах 0,56—0,6;

fк — коэффициент крепости породы по Протодьяконову;

D — диаметр долота, см;

Шнековое вращательное бурение, применяемое для проходки скважин в породах до VI группы и в мерзлых к грунтах на глубину до 25 м, состоит в том, что наконечник бурильного инструмента скалывает и сверлит породу, а продукт ее разрушения в забое выдается из скважины спиральным шнеком. Бурение выполняют без промывки и в любом направлении. Производительность станков шнекового бурения составляет 10-25 м/смену в породах V-VI групп и до 100 м/смену в породах III-IV групп. К станкам этого типа относятся установки СВБ-2М и ШПА-2М.

Ударное бурениесостоит в том, что бурильный инструмент внедряется в породу под действием кратковременной ударной нагрузки, направленной по оси скважины, и далее, поворачиваясь (вращаясь), скалывает разрушенную ударом породу

Ударное бурение осуществляется пневматическими бурильными молотками- перфораторами для проходки неглубоких шпуров диаметром от 30 до 75 мм в скальных породах любой крепости.

Принцип действия пневматического бурильного молотка заключается в следующем: с помощью воздухораспределительного механизма сжатый воздух под давлением 0,4-0,6 МПа поступает в цилиндр молотка то с одной, то с другой стороны поршня. Поршень совершает при этом возвратно- поступательное движение и наноси удары по хвостовику бурильной штанги, имеющей на конце бурильную коронку, которая разрушает породу в забое шпура. При обратном движении бур поворачивается на 12-15°, т.е. существует жесткая кинематическая связь между ударом и поворотом бурильного инструмента. Этот принцип бурения получил наименование ударно-поворотного. При повороте бура происходит скалывание выступов разрушенной породы, и следующий удар бур наносит по новому месту на забое.

В процессе бурения породная мелочь удаляется из шпура сжатым воздухом или водой, поступающими на забой по пустотелой бурильной штанге через отверстия в коронке. Вода одновременно является средством подавления пыли.

В качестве инструмента для бурения шпуров используют пустотелые бурильные штанги круглого или шестигранного сечения, изготовленные из специальной стали 55-С2, выдерживающие многократные удары при значительном крутящем моменте, и съемные бурильные коронки, армированные металлокерамическим твердым сплавом ВК-6, ВК-8, ВК-15. В зависимости от структурно-геологических условий породы используют коронки с разнообразной формой лезвия: КДП и КДШ- долотчатая и штыревая для пород средней крепости; КТП и КТШ - трехлезвийная и трехштыревая для крепких и весьма крепких пород; ККП - крестовая для трещиноватых пород; ККШ, КХЛ, КХШ, КОШ - штыревые для мягких и трещиноватых пород.

Ударно-вращательное бурениесостоит в разрушении породы в забое скважины бурильной коронкой, закрепленной на погруженном пневмоударнике*, вращающемся совместно с бурильной штангой от внешнего двигателя. Здесь отсутствует жесткая кинематическая связь в системе удар-вращение. Сочетание двух способов разрушения породы обеспечивает высокую производительность станка при бурении им скважин в крепких и абразивных породах. Буровую мелочь из скважины удаляют отработанным воздухом или воздушно-водяной смесью.

В строительстве используют легкие и мобильные типы станков ударно-вращательного бурения. Бурильный инструмент состоит из погруженного пневмоударника со специальной съемной коронкой и набора свинчивающихся пустотелых бурильных штанг, по которым подается рабочий сжатый воздух для пневмоударника. Длина бурильной штанги соответствует величине хода податчика станка.

Станок 1СБУ-125 проходит скважины диаметром 105 и 125 мм в породах VI—XI групп глубиной до 22 м в любых климатических условиях.

*Бурильный молоток, лишенный поворотного устройства, на котором установлена бурильная коронка.

Эксплуатационная производительность этих станков составляет 2,5-4,0 м/ч и зависит от крепости и трещиноватости породы, диаметра скважин и давления сжатого воздуха в системе.

Для снабжения бурильных молотков и станков ударно-вращательного бурения сжатым воздухом под давлением 0,6-0,7 МПа создают компрессорное хозяйство, состоящее из стационарных или передвижных компрессоров, воздухосборника (ресивера), сети трубопроводов и шлангов для подачи сжатого воздуха потребителю. Стационарные компрессорные станции размещают в местах наибольшего потребления воздуха. Их комплектуют поршневыми или турбокомпрессорными агрегатами с суммарной подачей до 200-250 м3/мин. Передвижные компрессоры обычно имеют подачу 8-10 м3/мин и размещаются в непосредственной близости от потребителей.

Потребность в сжатом воздухе для буровых работ, м3/мин, определяют по формуле:

,где

К1 -коэффициент одновременности работы потребителей (при 5 потребителях К1=0,82, при 10 -К1 = 0,7, при 25 –К1 = 0,68);

K2- коэффициент утечек воздуха из сети, принимаемый в пределах 1,4- 1,6; К3- коэффициент, учитывающий уменьшение объема воздуха при охлаждении, принимаемый равным 1,3;

К4- коэффициент, учитывающий степень разреженности воздуха на различных отметках (при отметке до 300 м К4=1,03, от 300 до 600 м К4 =1,1, от 600 до 1200 м К4 =l,14);

К5 - коэффициент, учитывающий износ механизмов, принимаемый равным 1,2;

q -расход воздуха единичным потребителем по паспорту, м3/мин.

Обычно предусматривают резерв подач компрессорной установки в размере не менее 20 % расчетной.

Воздухосборник обеспечивает равномерную без толчков подачу сжатого воздуха потребителю. Объем воздухосборника определяют по формуле:

,

Магистральные воздухопроводы выполняют из металлических труб диаметром 50—300 мм, соединенных сваркой или (при диаметре до 150 мм) быстроразъемными соединениями. Воздуховоды укладывают с уклоном 1:200 и через 80-100 м снабжают водомаслоотделителями. В суровых климатических условиях магистрали утепляют. Распределительную систему выполняют из труб диаметром 32-50 мм на быстроразъемных соединениях. В конце распределительной системы устанавливают вентиль и делитель, к которому подсоединяют гибкие шланги потребителей сжатого воздуха.

Станки шарошечного бурения снабжены автономными компрессорами. Электроснабжение станков осуществляется током с напряжением 380 В от передвижных трансформаторных подстанций с помощью гибкого кабеля.

Из способов физико-химического разрушения пород при бурении практическое применение получил термический (огневой). При огневом бурении происходят хрупкое разрушение пород, разрушение их с частичным плавлением и плавление. Хрупкое разрушение протекает при 250-500 °С, тогда как плавление происходит при 1200-1700 °С.

Принципиальная схема термического бурения ясна из рис. 4.4. Горючее (бензин, керосин или дизельное топливо) в распыленном виде и кислород подаются в камеру сгорания. При сгорании образуются газы с температурой 2500-3000 °С, которые вытекают из сопла в скважину со скоростью 1600-1800 м/с. Одновременно в скважину подается вода. Все это вызывает разрушение раскаленной породы.

Смесь газов, паров воды и измельченной породы под давлением, развивающимся в скважине, выносится на поверхность со скоростью 20-40 м/с по кольцевому зазору между стенками скважины и термобуром.

Огневым бурением можно проходить скважины диаметром до 250 мм на глубину 17-20 м. Ориентировочная скорость бурения: для гранита, чистого кварца-16 м/ч и более; песчаника-10 м/ч; бетона-10-20 м/ч; мрамора - 11,5-23 м/ч. Наибольший эффект этот способ дает при бурении в изверженных породах.

§ 32. ПОНЯТИЕ О ВЗРЫВЕ И ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВАХ

Взрыв -это чрезвычайно быстрое химическое превращение вещества или смеси веществ из одного агрегатного состояния в другое с переходом их потенциальной энергии в кинетическую газообразных продуктов, образованием ударной волны и сжатых газов, способных производить механическую работу, с выделением большого количества тепла.

Взрыв может совершаться в форме быстрого горения или детонации. При горении передача тепла происходит путем теплопроводности в твердых веществах и диффузии в газах, а при детонации теплопередача осуществляется ударной волной, вызывающей мгновенное сжатие и сильный разогрев тонкого слоя взрывчатого вещества и находящихся в нем пузырьков воздуха. Скорость детонации во много раз больше скорости горения. Так, скорость взрывчатого разложения черного пороха (горение) составляет примерно 0,8 км/с, а скорость детонации аммонита № 6 ЖВ-3,8-4,6 км/с.

При взрывных работах в строительстве используют исключительно твердые химические взрывчатые вещества (ВВ) и их смеси.

Химические ВВ по составу подразделяют на индивидуальные ВВ и механические взрывчатые смеси. Индивидуальные ВВ подразделяют на первичные (инициирующие) и вторичные (бризантные).

Первичные ВВ (гремучая ртуть, азид свинца) обладают повышенной чувствительностью и легко взрываются от слабого удара, трения, накола, тряски, луча огня или искры. Эти вещества используют только в капсюлях-детонаторах для инициирования вторичных ВВ.

Вторичные, или бризантные, ВВ (тротил, тетрил, гексоген, тэн) менее чувствительны к внешним воздействиям и, следовательно, менее опасны в обращении. Для возбуждения в них взрыва используют небольшой заряд первичного ВВ. Эти ВВ позволяют возбуждать и поддерживать реакцию взрывчатого разложения в механических взрывчатых смесях, а в отдельных случаях могут применяться самостоятельно для взрывной отбойки.

Для разрушения скального массива используют в основном механические взрывчатые смеси, состоящие из вещества, богатого кислородом (аммиачная или натриевая селитра), что обеспечивает минимальное выделение вредной окиси углерода при взрыве, и компонентов, богатых углеродом (бризантные ВВ). Введение бризантных ВВ позволяет сенсибилизировать (поддерживать) процесс взрывчатого разложения и регулировать мощность ВВ. Кроме того, в состав ВВ вводят вещества, понижающие их чувствительность без потери взрывных свойств (флегматизаторы - парафин, минеральное масло и т. п.), и ряд других компонентов, обеспечивающих связность состава. При возбуждении детонации таких смесей сначала происходит взрывчатое превращение сенсибилизатора, а затем окислительное взаимодействие между образовавшимися компонентами.

§ 33. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА И СРЕДСТВА ВЗРЫВАНИЯ

Промышленность выпускает аммиачно-селитряные ВВ трех групп: с тротиловым, гексогеновым и нитро-эфирным сенсибилизаторами. К первой группе относятся аммонит № 6 ЖВ, граммониты, граммоналы, алюмотол, гранулотол; ко второй -скальный аммонит № 1 и к третьей - детонит М. Особую группу составляют водонаполненные слабосенсибилизированные тротилом ВВ, в которых аммиачная селитра находится в виде суспензии: акваниты, акваналы и акватолы. Промышленность выпускает кумулятивные наружные заряды для вторичного рыхления негабаритов (заряды ЗКП и ЗКН) и промежуточные детонаторы для инициирования зарядов малочувствительных ВВ.

Особую группу механических взрывчатых смесей составляют ВВ для забоев, опасных по газу и пыли (предохранительные ВВ), в состав которых вводят специальные добавки, снижающие температуру взрыва ВВ и именуемые пламягасителями.

Промышленные ВВ по условиям применения делят на шесть классов:

I класс - ВВ только для открытых работ:

1) гранулированные водоустойчивые ВВ для крепких и весьма крепких обводненных пород - алюмотол; гранулотол; граммоналы А-45, А-50; граммониты 50/50-В, 30/70-В;

2) водонаполненные ВВ для крепких и весьма крепких сухих и обводненных пород - акватолы 65/35с, АВ, МГ; ифзаниты Т-20, Т-60, Т-80; карботолы Т-15, ГЛ-10В.

II класс-ВВ для открытых и подземных работ, кроме шахт, опасных по газу и пыли:

1) гранулированные водоустойчивые ВВ для породсредней крепости в обводненных забоях - граммоналА-8; граммонит 79/21-В; гранулиты АС-4В, АС-8В;

2) гранулированные неводоустойчивые ВВ для пород средней крепости и крепких в сухих и влажных забоях - гранулиты АС-4, АС-8, М; игданит; граммонит79/21;

3) прессованные высокомощные водоустойчивые ВВ в патронах для скальных сухих и обводненных пород -аммонит скальный № 1;

4) порошкообразные водоустойчивые мощные ВВ в патронах для сухих и обводненных крепких пород- детонит М;

5) порошкообразные водоустойчивые ВВ средней мощности в патронах и россыпью для сухих и обводненных пород средней крепости -аммонит № 6 ЖВ;

6) водонаполненные пластичные ВВ для крепких сухих и обводненных пород - акваниты ЗЛ, 16, АРЗ; акванал № 1;

III-VIклассы -предохранительные ВВ для породных, угольных и сланцевых забоев, опасных по газу и пыли.

При ведении открытых буровзрывных работ преимущественно используют ВВ I и II классов. Характеристика наиболее распространенных промышленных ВВ приведена в табл. 4.5.

Средства взрывания (инициирования) - это устройства, обеспечивающие безотказную детонацию промышленных ВВ. К ним относятся капсюли-детонаторы, электродетонаторы, детонирующие и огнепроводные шнуры и средства зажигания огнепроводных шнуров.

Таблица 4.5

* Показатель, характеризующий дробящее действие ВВ. Определяется замером величины обжатия свинцового цилиндра при взрыве стандартной навески ВВ

** Показатель, характеризующий давление взрывных газов в зарядной камере. Определяется замером объема полости в свинцовом цилиндре после взрыва стандартной навески ВВ.

Капсюль-детонатор (рис. 4.5, а), предназначенный для возбуждения детонации ВВ при огневом способе взрывания, выполнен в виде металлической гильзы, снаряженной инициирующим и бризантным ВВ. В качестве инициирующего ВВ в капсюле-детонаторе используется гремучая ртуть (0,5 г), а бризантным ВВ является тетрил (1,0 г).

Электродетонатор (рис. 4.5, б-г) также предназначен для возбуждения детонации ВВ. В нем в одной гильзе соединены капсюль-детонатор и электрвоспламенитель. Возбуждение взрыва первичного инициирующего вещества производится разогретой внешним источником тока нихромовой нитью. В качестве инициирующего ВВ в электродетонаторе используется азид свинца пли гремучая ртуть, а в качестве бризантного ВВ - гексоген или тетрил. В зависимости от интервала между подачей тока и взрывом инициирующего вещества электродетонаторы подразделяются на мгновенного, короткозамедленного (до 500 мс) и замедленного (до 10 с) действия. Этот интервал обеспечивается столбиком замедляющего состава (смеси свинцового сурика и ферросилиция и др.), помещенного между воспламенительной нихромовой нитью и инициирующим ВВ. Время замедления зависит от длины столбика замедлителя, его состава и плотности. Промышленность выпускает электродетонаторы короткозамедленного действия серии ЭДКЗ-25 с замедлением 25, 50, 75, 100, 150, 250 мс и замедленного действия серии ЭДЗД с замед­лением 0,5; 0,75; 1; 2; 4; 6; 8; 10 с. Для мгновенного возбуждения взрыва используют в основном электроде­тонаторы ЭД № 8.

Детонирующие шнуры (ДШ) предназначены для возбуждения детонации в зарядах ВВ и передачи ее на расстояние. Сердцевина ДШ выполнена из высокобризантного ВВ - тэна (скорость детонации 7,2 км/с) и заключена в тройную нитяную оплетку с водозащитной пропиткой или покрыта слоем пластиката. Цвет оплетки ДШ - белый с двумя красными нитками или красный. Взрывы в ДШ возбуждают детонаторами любого типа. Промышленность выпускает ДШ в обычном (ДША) и влагостойком (ДШВ) исполнении.

Огнепроводные шнуры являются средством воспламенения капсюлей-детонаторов при огневом взрывании. Сердцевина огнепроводного шнура выполнена из слабоспрессованного дымного пороха и заключена в двойную нитяную оплетку, пропитанную водоизолирующей массой. Скорость горения шнура 1 см/с. Промышленность выпускает огнепроводные шнуры в обычном (ОША) и влагостойком (ОШДА, ОШП) исполнении. Воспламенение огнепроводных шнуров производят зажигательной трубкой (одиночный шнур) или зажигательным патронщиком (при групповом зажигании), представляющим собой картонный стакан с запрессованным на дне воспламенительным составом. При групповом зажигании шнуров их предварительно обрезанные концы заправляют в зажигательный патрончик, куда одновременно вводят короткий отрезок огнепроводного шнура, который воспламеняют зажигательной трубкой.

Взрывчатые вещества выпускают в упакованном виде. Сыпучие ВВ (граммониты, гранулиты, порошок аммонита № 6) фасуют в крафт-бумажные или полиэтиленовые мешки массой 40-45 кг. Пластичные и текучие ВВ (акваниты, акватолы) затаривают в полиэтиленовые пакеты массой от 5 до 40 кг. Все остальные ВВ выпускают в патронах из влагостойкой бумаги диаметром 28, 32, 36 и 45 мм для шпуровых и 90 мм для скважинных зарядов. Патроны для шпуровых зарядов имеют массу от 150 до 250 г при длине 200 и 250 мм. Патроны затаривают в пачки (по 10 шт.) и укладывают в специальные упрочненные ящики. Средства взрывания также выпускают только затаренными в ящики специальной конструкции, исключающей их механическое повреждение при транспортировке.

Взрывчатые вещества в заводской упаковке можно перевозить всеми видами транспорта (кроме ручной клади) в отдельном вагоне, трюме, отсеке самолета, специально оборудованном автомобиле с соблюдением специальных ведомственных правил. Способ укладки, погрузки и выгрузки ВВ регламентируется «Едиными правилами безопасности при ведении взрывных работ» (ЕПБ).

Взрывчатые материалы хранят на специально охраняемых складах (базисных и расходных), расположенных на безопасном расстоянии от объектов. Вместимость складов в зависимости от их назначения и сортамента взрывчатых материалов регламентируется ЕПБ. Выдача взрывчатых материалов со склада и прием остатков производятся по специальному документу - наряду-путевке, подписанному лицом, ответственным за производство взрывных работ. Вся приходно-расходная документация на эти материалы хранится на складе

§ 34. СПОСОБЫ ВЗРЫВАНИЯ

Для детонации зарядов ВВ используют огневой (электроогневой) и электрический способы взрывания, а также взрывание с помощью детонирующего шнура.

Огневой способявляется наиболее простым и не требует специальной аппаратуры, но в то же время обеспечивает необходимую очередность взрывания с интервалами в несколько секунд путем зажигания огнепроводных шнуров разной длины. В настоящее время этот способ используют в строительстве редко - в основном при подрыве одиночных или небольшого числа шпуровых зарядов, при дроблении негабаритов наружными зарядами, ликвидации заколов в карьерах и для инициирования сети ДШ.

Средством огневого взрывания является зажигательная трубка - соединение капсюля-детонатора и огнепроводного шнура (ОШ). В капсюле-детонаторе ОШ закрепляют путем обжатия его в гильзе специальными щипцами. Минимальная длина огнепроводного шнура принимается с учетом запаса времени, необходимого для отхода взрывника в укрытие, принимая во внимание, что время зажигания одного шнура составляет 8-10 с.

Бескапсюльное взрывание с помощью ДШ является основным способом взрывания на дневной поверхности и применяется для мгновенной или короткозамедленной детонации групп зарядов. Он прост при взрывании как сплошных, так и рассредоточенных зарядов и обеспечивает высокую безопасность взрывных работ. К недостаткам способа следует отнести невозможность контроля качества монтажа взрывной сети, необходимость защиты сети от перегрева солнцем в летнее время, сравнительно высокую стоимость.

При взрывных работах на открытой поверхности сеть ДШ состоит из магистрали и отходящих от нее к зарядам концевиков. Концевики присоединяют к магистрали по направлению волны детонации. Короткозамедленное взрывание с использованием ДШ производят с помощью специальных пиротехнических реле КЗДШ, размещаемых в сети между зарядом и магистралью. Инициирование магистральной нитки ДШ производят капсюлем-детонатором.

Электрическое взрываниеприменяют для инициирования с заданной последовательностью отдельных зарядов или их групп с помощью электродетонаторов. Этот способ является основным при производстве подземных работ. На открытых работах его применяют при осуществлении сложных в техническом отношении взрывов.

К преимуществам электровзрывания следует отнести: возможность инициирования больших групп зарядов со значительным числом интервалов замедления, безотказность взрывания, гарантируемую возможностью проверки приборами исправности электровзрывной сети.

Недостатками способа являются: сложность монтажа и проверки сети, опасность применения при наличии блуждающих токов.

При взрывных работах на открытой поверхности используют три схемы соединения электродетонаторов: последовательную, параллельную и последовательно-параллельную.

В качестве источника тока при электровзрывании используют конденсаторные взрывные машинки КПМ-1А и КПМ-3 или сети переменного тока.

§ 35. ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Зарядом называют определенное количество ВВ, подготовленных к взрыву. Массу ВВ, составляющих заряд, называют величиной заряда.

По форме различают заряды сосредоточенные, имеющие вид куба, шара, цилиндра или параллелепипеда, высота которых не превышает утроенной величины их диагонали, и удлиненные (колонковые), длина которых в 5 раз и более превышает поперечный их размер. Удлиненные заряды в свою очередь могут быть сплошными и рассредоточенными, представляющими собой серию зарядов, разделенных инертными к взрыву веществами и снабженных средством передачи детонации между частями заряда.

По способу размещения на взрываемом объекте заряды подразделяют на наружные (накладные) и внутренние. Накладные заряды вследствие низкого КПД взрыва и высокой опасности от неуправляемого разлета кусков породы применяют редко. Основной объем взрывной отбойки и рыхления выполняют внутренними зарядами.

Пространство для размещения заряда внутри породного массива называют зарядной камерой. В качестве зарядных камер используют шпуры и скважины, а так же штольни и шурфы при массовых взрывах зарядов и т. п.

Различают методы шпуровых, скважинных, камерных и котловых зарядов. Шпуровые и скважинные заряды относятся к удлиненным, а камерные и котловые- к сосредоточенным. Применительно к одиночным сосредоточенным зарядам сферической формы различают две основные схемы действия взрыва на окружающую среду:

1) взрыв заряда в неограниченной среде;

2) взрыв заряда вблизи свободной поверхности.

В первом случае эффект взрыва ограничивается образованием вокруг зарядной камеры камуфлетной полости, окруженной слоем разрушенной и спрессованной породы и зоной радиальных и сферических трещин, за пределами которых энергия взрыва затухает настолько, что не вызывает нарушения сплошности среды (рис. 4.6, а). В ближайшей к заряду зоне бризантного действия 2 происходят измельчение скальных пород и уплотнение пластичных. В зоне 3 напряжения меньше, чем в зоне 2, но все же достаточны для образования трещин и нарушения монолитности породы. В зоне 4 происходят колебательные движения породы без нарушения ее структуры (сейсмическое действие взрыва).

Во втором случае (рис. 4.6, б) характер разрушения среды совершенно иной.

рис. 4.6. Схемы действия заряда на окружающую среду

а - взрыв заряда в неограниченной среде;

б - взрыв заряда вблизи свободной поверхности;

в - воронка действия взрыва и ее элементы;

1 - заряд ВВ;

2 - зона бризантного действия ВВ;

3 - зона радиальных и сферических трещин;

4 - зона сейсмического действия взрыва;

5 - мнимый фокус отраженной волны;

6 - плоскость встречи прямой и отраженной волн;

D - диаметр воронки;

r - радиус воронки;

W - линия наименьшего сопротивления;

Рд - действительная глубина воронки;

Р - видимая глубина воронки;

α- угол наклона воронки;

r к - радиус разрушения камерного заряда

Общим является лишь схема развития деформаций среды в начале взрыва, пока волна сжатия, распространяющаяся радиально от центра заряда, не достигнет свободной поверхности. С выходом ее на свободную поверхность начинается интенсивное расширение среды в направлении этой поверхности, а внутрь среды распространяется отраженная от границы двух сред (порода-воздух) волна разрежения, вызывающая растягивающие напряжения. Напряжения в волне разрежения меньше напряжений в волне сжатия. Но предел прочности пород на растяжение меньше предела прочности на сжатие, и волны разрежения производят большие разрушения среды, чем волны сжатия; в сторону свободной поверхности разрушения начнутся раньше и будут интенсивнее развиваться (рис. 4.6, в).

При взрыве заряда, приближенного к поверхности, в среде образуется воронка действия взрыва (рис. 4.6, в). Кратчайшее расстояние от центра заряда до свободной поверхности W принимается за глубину воронки и называется линией наименьшего сопротивления (ЛНС). Важнейшей величиной для расчета заряда является показатель действия взрыва n, представляющий собой отношение радиуса воронки rк линии наименьшего сопротивления, т. е. n = r/W. При n<1 имеем заряд умень­шенного действия, при n=1 - заряд нормального действия и при n>1 - заряд усиленного действия. При рыхлении скальных грунтов используют преимущественно заряды уменьшенного и реже нормального действия. Заряды усиленного действия используют при массовых взрывах на выброс (перекрытие русл рек, возведение плотин и перемычек и т. д.).

Действие взрыва удлиненного заряда в неограниченной среде в плоскости, перпендикулярной его длинной оси, весьма схоже с действием взрыва сферического заряда. То же наблюдается и с приближением его к свободной поверхности.

§ 36. МЕТОД СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ

Метод скважинных зарядов является основным при рыхлении скальных пород взрывом в карьерах, при устройстве профильных выемок, дорожных полок, котлованов, врезок плотин и т. п. Этот метод позволяет широко применять механизацию при бурении и заряжении скважин, регулировать интенсивность дробления породы, хорошо прорабатывать подошвы взрываемого уступа.

Скальные породы дробят взрывом серии удлиненных зарядов ВВ, помещенных в вертикальных, наклонных или горизонтальных скважинах, пробуренных в массиве в один или несколько рядов.

Вертикальные скважинные заряды предпочтительнее при разработке котлованов и траншей, имеющих одну свободную поверхность. Их можно использовать на уступах с весьма крутым откосом, при котором обеспечивается значение ЛНС по подошве уступа, преодолеваемое зарядами данного диаметра. Высота уступа для этого типа скважин колеблется в пределах 10-12 м. Схема расположения вертикальных скважин показана на рис. 4.7, а.

В гидротехническом строительстве наибольшее распространение получили наклонные скважинные заряды, которые являются универсальными при взрывной отбойке (рис. 4.7, б). Заряды этого типа применяют для рыхления скальных пород при различных углах наклона уступа, при оформлении стенок выемки, для получения равномерного дробления породы, уменьшения заколов на откосах выемок и на уступах карьеров.

Горизонтальные скважинные заряды и заряды с углом наклона менее 30° играют вспомогательную роль. Их используют для ликвидации недоборов (порогов) на подошве уступа и подсечки уступа по подошве.

Рассмотрим порядок расчета наклонных скважинных зарядов как наиболее распространенных в строительстве применительно к сооружению профильных выемок с заданной постоянной высотой уступа (см. рис. 4.7,6).

Рис 4.7. Схемы расположения взрывных скважин на уступках

а- вертикальные скважины;

б - наклонные скважины,

в - комбинация из вертикальных и наклонных скважин;

г - комбинация из горизонтальных наклонных скважин;

1. Определяют глубину скважин

, где ( 4.4)

α - угол наклона скважины к горизонту, град;

lпер - длина перебура, принимаемая в зависимости от взрываемости среды в пределах (10 15) dскв, при уменьшении по тем или иным причинам длины перебура значение ЛНС корректируется с использованием следующего коэффициента:

2. В соответствии с требованиями к ширине развала взорванной породы определяют длину, м, забойки в скважине:

при нелимитированной ширине развала

(4.5)

при лимитированной ширине развала

(4.6)

3. Определяют величину ЛНС по подошве уступа

,где (4.7)

Кт -коэффициент трещиноватости породы;

dзар - диаметр заряда, м;

∆ - плотность В В в заряде, кг/дм3;

е - энергетический коэффициент, принимаемый по табл. 4.5;

р - плотность породы, т/м3.

4. Определяют наивыгоднейший диаметр заряда, м,

,где (4.8)

lзаб - длина забойки, выраженная в диаметрах заряда, м;

lпер- длина перебура, выраженная в диаметрах скважины, м.

5. Принимают расстояние между скважинами в ряду α равным ЛНС, т. е α = W. При добыче крупнокускового материала применяют расширенную сетку, тогда α=(1,3 . 1,4) W.

6. Принимают расстояние между рядами скважин при многорядном взрывании α. Таким образом, при разработке профильных выемок с использованием скважинных зарядов рыхления b=α= W.

7. Рассчитывают величину (массу) заряда в скважине, кг,

Q = 40dзapρ, где (4.9)

Ρ-масса ВВ в 1 м скважины, кг.

8. Определяют время замедления , мс, при короткозамедленном взрывании:

t=AW,где

А -коэффициент, зависящий от акустической жесткости породного массива (табл. 4.6).

Таблица 4.6

Регулирование степени дробления массива при взрыве может быть достигнуто:

1) изменением сетки расположения зарядов при постоянном удельном расходе ВВ;

2) изменением удельного расхода и распределением ВВ во взрываемом породном массиве;

3) увеличением времени воздействия энергии взрыва на массив породы путем использования рассредоточенных зарядов;

4) изменением угла наклона скважин к вертикали;

5) применением специальных схем короткозамедленного взрывания, обеспечивающих соударение кусков взорванной породы.

Первые два способа являются наиболее изученными и широко применяются в практике гидротехнического строительства. При получении задания на регулирование кусковатости уточняют эталонный расход ВВ q0, кг/м3, путем проведения серии опытных взрывов с определением выхода заданной фракции ( + 500 мм) при использовании аммонита № 6 ЖВ. Расчетный эталонный расход аммонита № 6 ЖВ может быть найден по формуле:

где, (4.11)

qф - фактический удельный расход ВВ при взрыве, кг/м3, приведенный к аммониту № 6 ЖВ;

Ve+500 - содержание в массиве отдельностей фракции +500 мм, %.

Vн+500 -выход фракции +500 мм, после взрыва; %

Удельный расход ВВ при переходе к другим размерам кусков и другим ВВ определяют по формуле:

,где (4.12)

e— энергетический коэффициент, принимаемый по табл. 4.5;

М — поправка на размер куска:

При определении параметров зарядов для снижения выхода негабарита расчет ведут в такой последовательности.

1. По формуле (4.12) определяют значение qдр

2. Вносят поправки в значение ЛНС и производных от нее параметров а и b:

(4.13)

3. Уточняют массу заряда, кг, по формуле:

(4.14)

Практикой установлено, что получение крупногабаритных кусков возможно только в породах III-V категорий трещиноватости при высоте уступа более 100dзар. Увеличение выхода крупных кусков достигается увеличением длины забойки до 60dзар при соответствующем сгущении сетки взрывных скважин.

4. Рассчитывают величину ЛНС, расстояние между скважинами и расстояние между рядами скважин

(4.15)

После окончания обуривания предназначенного к взрыву блока или полигона производят контрольную съемку сетки забуренных скважин с целью проверки величины ЛНС, расстояния между скважинами в ряду и между рядами, а также угла наклона скважин к горизонту. Допустимые отклонения в положении скважин составляют для величины ЛНС ±5dскв, а для расстояния между скважинами и их рядами ±3bскв. При этом во избежание переборов или трудоемких доработок скважины в крайних закоординированных рядах могут иметь отклонения только в плоскости, параллельной борту выемки. Скважины, пробуренные с отступлением от проекта, бракуют и перебуривают. Перед началом заряжения проверяют фактическую глубину всех скважин. Зашла-мованные и засыпанные скважины очищают и продувают сжатым воздухом. Случайный перебур ниже проектных отметок засыпают песком или сухой породной мелочью.

Для рыхления скальных пород используют, как правило, сплошные колонковые заряды (рис. 4.8, а). На дно заряда помещают патрон-боевик из более мощного ВВ, обвязанный двумя нитками ДШ, выведенного к устью скважины. Эту операцию выполняют вручную с соблюдением всех правил обращения с ВВ и средствами взрывания. Далее в скважину помещают заряд из рассыпного ВВ. Оставшуюся незаряженной часть скважины заполняют песчаной забойкой, длина которой определяет ширину развала и крупность кусков взорванной породы. Использование в скважинных зарядах рассыпного ВВ позволяет получить заряд максимальной плотности и снизить удельный расход бурения, механизировать процесс заряжения скважин, а это повышает производительность труда и снижает стоимость работ. Ручное заряжение скважин порошкообразным или гранулированным ВВ используется только при малых объемах (до 200- 300 кг) заряда.

Рис. 4.8. Конструкции зарядов

а – скважинный заряд рыхления;

б - шпуровый заряд рыхления;

в- рассредоточенный скважинный заряд для контурного взрывания;

1 - к магистрали ДШ;

2- забойка;

3- ДШ;

4 — заряд рассыпного ВВ;

5 - патрон-боевик;

6 — соединительные провода;

7 — патроны аммонита № 6ЖВ

Подачу сыпучих взрывчатых смесей в скважины или камеры производят пневмозарядчиками камерного типа, работающими от стационарной сети сжатого воздуха или передвижных компрессорных станций. Этот пневмозарядчик (рис. 4.9) представляет собой герметичный бункер, в который периодически загружается ВВ и подается сжатый воздух, обеспечивающий перемещение смеси по зарядному шлангу на расстояние до 250 м. В конструкции бункера предусмотрено дополнительное рыхление ВВ сжатым воздухом и установлены дозирующие устройства. Наиболее распространенными зарядчиками этого типа являются УЗ С-1500 и УЗС-6000, техническая характеристика которых приведена в табл. 4.7.

Зарядные шланги для подачи рассыпных ВВ выполняют из полиэтиленового полупроводникового материала, обеспечивающего отвод статического электричества, возникающего в процессе перемещения ВВ по шлангу.

Детонация зарядов при взрывных работах на дневной поверхности осуществляется в основном с помощью ДШ, соединяющего все заряды в единую взрывную сеть, инициирование которой производится капсюль-детонатором или электродетонатором. Заряды в скважинах могут взрываться одновременно или с определенной очередностью. В последнем случае во взрывную сеть перед каждым зарядом или их группой устанавливают пиротехнические реле КЗДШ с замедлением 10, 20, 35 и 50 мс.

Контроль производства взрывных работ осуществляют осмотром поверхности откосов выемки развала взорванной породы и особенно мест, подозрительных по отказам зарядов. При разработке развалов устанавливают содержание негабаритных кусков (в % по объему), требующих дополнительного рыхления. После завершения этой работы осматривают поверхности подошвы и откосов выемки. Порядок ведения взрывных работ и меры безопасности при их производстве регламентируются «Едиными правилами безопасности при ведении взрывных работ».

Скважинные заряды выброса составляют особую группу удлиненных зарядов. Их применяют при сооружении канав, каналов, качественных насыпей, при вскрышных работах и т. п. Для скважинных зарядов выброса используют вертикальные (для проходки узких канав и каналов глубиной до 3 м) и наклонные (для получения более широких выработок с выбросом породы на одну сторону) скважины (рис. 4.10). При разработке широких каналов используют комбинированные схемы из вертикальных и наклонных скважинных зарядов или применяют траншейные линейно-протяженные заряды выброса.

Рис. 4.10. Элементы воронки скважинного заряда выброса

а- вертикальная скважина;

б- наклонная скважина;

При использовании скважинных зарядов выброса расчет параметров взрывных работ ведут в такой последовательности.

1. Задают минимальный диаметр заряда из условий взрываемости грунтов:

2. Вычисляют глубину скважины, м,

, где (4.16)

а пер - коэффициент перебура, принимаемый равным 1,2 для легких грунтов, супеси, 0,95 для тяжелых грунтов, вязких глин,

Н - проектная глубина выемки, м;

α - угол наклона скважин, град, принимаемый равным 90° при вертикальных и 45-55° при наклонных скважинах.

3. Вычисляют длину заряда, м,

lзар = 0>751скв.(4.17)

4. Определяют массу заряда, кг,

Q = lзарρ, где (4.18)

ρ -вместимость скважины, кг/м.

5. Определяют расстояние между зарядами, м,

α=d зар *Сп, где (4.19)

dзар - диаметр заряда, м;

Сп - коэффициент, зависящий от простреливаемости грунта:

,где (4.20)

Ппр -коэффициент простреливаемости, принимаемый для тяжелых грунтов в пределах 9-10, для легких- 14-16.

6. Определяют расстояние от оси проектируемой выработки до оси наклонных скважин A = Wctga.

§ 37. МЕТОДЫ ШПУРОВЫХ И КОТЛОВЫХ ЗАРЯДОВ

Метод шпуровых зарядовзаключается в рыхлении горных пород взрыванием зарядов, помещенных в шпуры (рис. 4.8,6). Его применяют в основном в подземном строительстве при проходке горных выработок. На дневной поверхности шпуровые заряды используют для вспомогательных и некоторых специальных работ (дробление негабаритов, устройство врезок и траншей, зачистка и планировка откосов выемки и оснований под бетонные сооружения, рыхление мерзлых грунтов, проходка подготовительных выработок на карьерах). Этот метод позволяет разрабатывать выемки различной формы с контуром, близким к проектному очертанию, и минимальным повреждением законтурного массива.

К недостаткам метода относятся низкий уровень механизации и высокая трудоемкость работ из-за использования в качестве средств бурения в основном ручных бурильных молотков, а также большой расход бурения. Так, трудовые затраты на разработку 100 м3 скального грунта VIII группы при скважинной отбойке составляют 0,82 чел.-см, а при шпуровой-2,26 чел.-см. В связи с этим метод шпуровых зарядов применяют только при невозможности применения более производительных ме­тодов взрывной отбойки.

Параметры взрывных работ шпуровыми зарядами рассчитывают в таком порядке.

1. Вычисляют величину ЛНС при двух свободных поверхностях, м,

(4.21)

2. Принимают длину перебура в пределах (8…10)dзар. При доработке защитного слоя после скважинной отбойки шпуры проходят без перебура.

3. Принимают расстояние между шпуровыми зарядами, м,

а = (0,8 . 1,4) W. (4.22)

Меньшее значение используют при мгновенном, большее-при короткозамедленном взрывании.

4. Определяют расстояние между рядами шпуров, м,

d= 0,87а. (4.23)

5. Рассчитывают массу шпурового заряда, кг,

Q = 0,7Lшп ρ, где (4.24)

dшп - длина шпура с перебуром, м;

ρ- вместимость шпура, кг/м; для порошкообразных ВВ с плотностью 0,9 кг/дм3 принимается по следующим данным:

При использовании патронированных ВВ в шпур помещается заряд соответствующей массы.

Метод котловых зарядов заключается в рыхлении массива сосредоточенными зарядами ВВ (300-2000 кг), размещенными в так называемых котлах. Котлы образуют в процессе расширения скважин или шпуров при бурении и взрывном простреливании. Этот метод применяют в случаях, когда в скважине или шпуре не размещается расчетный заряд ВВ, при проходке полутраншей на косогорах, при взрывании прочных пород, расположенных над менее прочным полезным ископаемым, когда недопустим перебур скважин, а также для сотрясения сильнотрещиноватого массива горных пород.

Массу прострелочного заряда можно приближенно определить по формуле:

Qпр = Q/(rnp∆), где (4-25)

Q - масса основного заряда, кг;

knp - коэффициент простреливаемости;

∆ - плотность заряжания.

Масса основного заряда котлового шпура

Q = qW3. (4.26)

Обычно при этом методе ЛНС W принимают равной (0,75 .0,8) Н, а расстояние между скважинами - равным 0,1 Н, где Н - высота уступа.

Основными недостатками метода котловых зарядов являются неравномерность дробления пород и большой выход негабарита.

§ 38. КОНТУРНОЕ ВЗРЫВАНИЕ

При обычной скважинной отбойке породы в результате действия взрыва происходит нарушение монолитности законтурного массива на расстоянии до 140dзар по горизонтали и на (10 .12)dзар ниже забоя скважины. Чтобы предохранить борта и основание выемок от разрушения, оставляют защитный слой породы соответствующей толщины, который дорабатывают мелкошпуровыми зарядами и отбойными молотками. Это приводит к росту трудоемкости, увеличению сроков и стоимости работ.

Кроме того, при устройстве скальных выемок обычными методами взрывания наблюдаются большие переборы в откосах по сравнению с их проектным очертанием. При необлицованных откосах это ведет к увеличению объема вывозимой взорванной породы, а если откосы должны быть облицованы или должны сооружаться бетонные стенки, прилегающие к откосам, то это ведет к очень большим перекладам бетона.

Все эти недостатки обычной скважинной отбойки исключаются при контурном взрывании.

Контурное взрывание позволяет получить выемку с ничтожным отклонением от проектного очертания и предохранить законтурный массив от разрушения его взры­вами скважинных зарядов рыхления. Наибольшее распространение получила технология контурного взрывания с предохранительным щелеобразованием. Сущность ее заключается в том, что по контуру предполагаемой выемки на проектную глубину бурят сближенные до 60- 90 см скважины, в которые помещают рассредоточенный заряд из патронированного ВВ диаметром в 2-3 раза меньше диаметра скважины с малой плотностью заряжания Все контурные заряды взрывают одновременно до взрывов зарядов рыхления. В результате этого взрыва происходит разрыв породного массива между скважинами и образуется щель, а сам массив за пределами проектного контура остается неповрежденным. Образовавшаяся щель служит экраном, защищающим законтурный породный массив от вредного действия взрыва зарядоврыхления.

Расстояние между контурными скважинами а и масса ВВ в 1 м скважины ρ зависят от физико-механических характеристик массива и подбираются на основании опытных взрывов. Ориентировочно можно принимать α=(16 .26)dзар и ρ = 0,2 .0,6 кг/м, где dзар - диаметр патронов рассредоточенного заряда, см.

Меньшее расстояние между контурными скважинами и большую величину заряда принимают в крепких (X группы) породах, и, наоборот, для пород V и VI групп принимают максимальную величину α при минимальной величине ρ Важным параметром является максимально допустимое расстояние от щели до ближайшего заряда рыхления. В целях сохранения бортов выемки и получения достаточно интенсивного рыхления это расстояние принимают равным около 1,5 м.

Расположение контурных скважин должно быть выдержано в точном соответствии с проектом по глубине и особенно по направлению, чтобы обеспечить ровную поверхность массива. Для этого бурильные станки устанавливают на специальные рамы, передвигающиеся от скважины к скважине по направляющим, заанкеренным в породу. Рассредоточенные заряды для контурных сква­жин готовят в виде гирлянд в основном из патронов диаметром 32 мм аммонита № 6 ЖВ. Патроны привязывают к несущему шпагату и нитке ДШ на расстоянии t = qnlp (где qn - масса ВВ, кг) и гирлянду зарядов опус­кают в скважину. На дно скважины помещают усиленный заряд ВВ (связку из трех патронов), одновременно являющийся патроном-боевиком (рис. 4.8, в). Несущий шпагат гирлянды закрепляют у устья скважины. Длину забойки принимают не менее 2 м. При заряжании скважин с углом наклона менее 55°, а также горизонтальных и восстающих гирлянду привязывают к деревянной рейке, вдоль которой располагают нитку ДШ.

§ 39. МЕТОД КАМЕРНЫХ ЗАРЯДОВ

Метод камерных зарядов используют для рыхления скального массива при разработке карьеров, для создания дорожных полок и других сооружений в горных районах, где из-за сложных инженерно-геологических условий и отсутствия соответствующего бурового оборудования невозможно применить метод скважинных зарядов. Кроме того, камерные заряды применяют при производстве массовых взрывов на выброс и сброс, для направленного перемещения больших объемов грунта (перекрытие русл рек, создание плотин и т. п.).

Камерные заряды (рис. 4.11) располагают в специально пройденных горных выработках - минных камерах, заряжание которых производится только рассыпными ВВ. На рис. 4.11, а показаны примеры использования камерных зарядов рыхления для создания дорожных полок в горных районах. Расположение зарядов в этом случае может быть одноярусным и многоярусным в зависимости от высоты взрываемого уступа и рельефа местности.

Расчет массы сосредоточенного камерного заряда при величине Л НС от 1,5 до 25 м можно выполнять по формуле:

Q = qW3f(n), где (4.27)

q - удельный расход ВВ, кг/м3; для аммонита № 6 ЖВ он приведен в табл. 4.8; при использовании других ВВ вводится поправочный энергетический коэффициент, равный: 0,8 для скального ам­монита № 1; 0,92 для детонита М; 0,9 для гранулитов;

f(n) -коэффициент, зависящий от показателя действия взрыва n.

Рис. 4.11. Примеры использования камерных зарядов

а, б - создание дорожных полок;

в - проходка каналов;

г, д - создание бортовых врезок плотин

Таблица 4.8

При рыхлении скальных пород значение f(n) принимают в пределах 7б-7в для уменьшенного рыхления, равным 7з Для нормального рыхления и в пределах 7г- 1,0 для усиленного рыхления. Значение f(n) для зарядов выброса определяют по формуле

f(n) = 0,4 + 0,6n3.(4.28)

При величине ЛНС более 25 м массу заряда определяют по формуле М. А. Садовского

(4.29)

Расстояние между зарядами рыхления α принимают в пределах (1,0 1,2) W при мгновенном взрывании и (1,3 .1,4)W при замедленном и короткозамедленном взрывании. Расстояние между рядами зарядов рыхления при многорядном взрывании принимают в пределах (1,0 1,2)α.

Для зарядов выброса во всех случаях существует только одно требование - получение ровной без перемычек выемки при наименьших затратах ВВ. Этому наиболее полно отвечает условие

.(4.30)

Видимая глубина воронки определяется по формуле:

(4.31)

Наибольшую дальность разлета отдельных кусков при взрыве ориентировочно можно принимать по формуле Н. М. Лопатина:

. (4.32)

Полученное значение l должно быть не меньше нормативного, приведенного в «Единых правилах безопасности при ведении взрывных работ».

Ширина сплошного развала выброшенной массы при взрыве камерных зарядов может быть определена по формулt^

,где (4.33)

rр - коэффициент, зависящий от плотности и гранулометрического состава взорванного грунта; для твердых суспензий и суглинков rр = 2, для скальных пород rр =4.

Расчетная величина ЛНС для каждого заряда определяется графическим путем по проектным или фактическим профилям. Во избежание образования нависающих козырьков пород ЛНС принимается не больше, чем высоты уступа.

§ 40. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ

Буровзрывные работы являются наиболее опасными видами строительных работ. Они должны выполняться в строгом соответствии с утвержденным проектом производства работ.

Бурение шпуров и скважин производится рабочими, имеющими квалификационное удостоверение. Обязательным для них является проведение вводного инструктажа, инструктажа на рабочем месте и плановой проверки знаний правил техники безопасности.

Работа на крутых склонах выполняется специальными бригадами скалолазов. При производстве буровых работ рабочие руководствуются памятками по технике безопасности для машинистов бурильных станков и «Техническими правилами ведения буровзрывных работ в гидротехническом строительстве».

Взрывные работы на открытой поверхности ведутся в соответствии с «Едиными правилами безопасности при ведении взрывных работ» и специальными инструкциями, согласованными с Госгортехнадзором при СМ СССР. Взрывание камерных и скважинных зарядов производится по индивидуальным или типовым проектам на каждый взрыв, а шпуровых - по паспортам буровзрывных работ.

При проведении массовых взрывов зоны, опасные по действию воздушной волны и разлету кусков породы, устанавливаются проектом и должны составлять не менее 200 м для шпуровых и 300 м для скважинных и камерных зарядов рыхления.

Заряжание и взрывание зарядов ВВ производится рабочими, имеющими «Единую книжку взрывника», под руководством лиц, ответственных за ведение взрывных работ.

Взрывные работы на открытой поверхности выполняют преимущественно в дневное время суток (в условиях полярной ночи используют освещение) с предварительным оповещением о взрыве звуковыми или световыми (ночью) сигналами. По первому предупредительному сигналу все лица, не занятые заряжанием и взрыванием, эвакуируются из опасной зоны, по второму — взрывники зажигают огнепроводные шнуры и уходят в укрытие и из укрытия включают ток. Третий сигнал означает окончание взрывных работ (отбой) и подается после осмотра места взрыва.

Бурильные и взрывные работы при строительстве ГЭС должны выполняться только специализированными организациями.

Лекция № 9: «Технология погружения свай и устройства набивных свай»

6.4. Конструкции забивных свай и шпунта

Сваи подразделяют по целому ряду признаков на несколько групп :

по материалу - деревянные, металлические, бетонные и железобетонные, комбинированные, грунтовые;

по конструкции - квадратные, трубчатые, прямоугольные и многоугольные, с уширением и без него, цельные и составные, призматические и конические, сплошного сечения и пустотелые, винтовые и сваи-колонны;

по способу устройства - забивные, изготовляемые на заводе или на самой площадке и погружаемые в грунт, и набивные, устраиваемые непосредственно в грунте (в заранее пробуренной скважине);

по характеру работы (по способу передачи нагрузки на основание) - сваи-стойки, которые передают нагрузку от здания своими концами на скальный или практически несжимаемый грунт, и висячие сваи, передающие нагрузку за счет трения грунта по боковой поверхности сваи;

по виду воспринимаемой нагрузки - центральная, вертикально действующая нагрузка, нагрузка с эксцентриситетом, и усилия выдергивания;

по виду армирования железобетонных свай - с напрягаемой и не-напрягаемой продольной арматурой, с поперечным армированием и без него.

Свайный куст - несколько рядом расположенных свай, совместно воспринимающих общую нагрузку; ростверк - конструкция, объединяющая сверху сваи для их совместной работы.

Рисунок 6.4. Классификация свай по конструктивным признакам

Деревянные сваи изготовляют из древесины сосны, ели, лиственницы, кедра, пихты, дуба. Длина свай 4 . 12 м, диаметр в тонком конце 18 .34 см. В нижнем конце свая заострена на 3 .4 грани, острие должно совпадать с осью сваи, отклоненное от оси острие может увести при забивке от проектного положения. При забивке в плотные грунты и предохранения острия от разрушения на него надевают металлический башмак - наконечник, а на верхнюю часть - железное кольцо-бугель, предохраняющий голову сваи от разрушения (размочаливания) при забивке.

Когда требуются длинные сваи (> 12 м), их сплачивают из нескольких бревен - в торец, вполдерева или накладками. Для предохранения свай от гниения их пропитывают антисептиками или погружают так, чтобы вся свая располагалась ниже самого низкого уровня грунтовых вод.

Деревянные шпунты изготовляют из брусьев, на одной грани устраивают гребень, на другой - паз, преимущественно прямоугольного сечения. Перед забивкой шпунтины соединяют по 2 .3 шт. в пакет, делают общий скос на острие и надевают общий бугель. Обычно толщина шпунтин 5 . 14 см, но может доходить до 26 см.

Металлические сваи применяют в портовом, мостовом, энергетическом и промышленном строительстве, при возведении высотных сооружений (радиомачт, телебашен). Используют стальные трубы диаметром 25 .100 см, рельсы, двутавры, винтовые сваи со специальным наконечником, завинчиваемые в грунт.

Сваи-оболочки - металлические трубчатые сваи диаметром 1,2 .2 м и более, длиной до 14 м, при необходимости их наращивают и соединяют на сварке. Сваи с открытым нижним торцом по мере заглубления заполняют грунтом, который, уплотняясь, увеличивает несущую способность сваи. Сваи-оболочки с закрытым нижним торцом в виде съемного наконечника забивают в грунт. Металлический наконечник всегда остается в грунте, сама свая может быть оставлена и заполнена бетонной смесью для повышения несущей способности или извлечена. В процессе извлечения сваи-оболочки ее полость заполняется бетонной смесью.

Стальной шпунт применяют для устройства водонепроницаемых стенок котлованов, подпорных стенок, пирсов, набережных. Для шпунта выпускают специальные профили - плоские, корытообразные, зетобразные длиной до 30 м, в отдельных случаях используют обычный стальной прокат.

Железобетонные сваи выпускают сечением от 20 х 20 до 60 х 60 см и длиной от 3 до 16 м с обычной и предварительно напряженной арматурой. Предварительное напряжение позволяет сократить расход бетона на 15 .20%, металла до 50 .60% по сравнению с обычным армированием. Армирование необходимо для транспортирования и забивки свай, для нормальной работы на сжатие достаточно косвенного армирования. Предварительное напряжение при забивке препятствует возникновению деформаций, трещин, стягивает имеющиеся трещины.

Полые сваи квадратного и трубчатого сечения длиной 2 .6 м применяют в плотных грунтах и малых нагрузках от строящегося сооружения, наружный диаметр может доходить до 80 см.

Устройство свайных фундаментов является комплексным процессом, включающим на примере метода забивки:

§ подготовку территории для ведения работ;

§ геодезическую разбивку с выносом в натуру положения каждой сваи;

§ доставку на стройплощадку, монтаж, наладку и опробование оборудования для погружения свай;

§ транспортировку готовых свай от места их изготовления к месту их погружения;

§ забивку свай;

§ срезку готовых свай по заданной отметке;

§ вывоз со строительной площадки срезанных остатков свай;

§ устройство монолитного или сборного ростверка;

§ демонтаж оборудования.

Анализ грунтов, их несущей способности показывает, что для большей части территории России плотные грунты залегают на сравнительно небольшой глубине, что позволяет использовать сваи длиной 3 .7 м.

6.5. Технология погружения свай

С предприятий стройиндустрии сваи доставляют в готовом для погружения в грунт виде. В зависимости от характеристик грунта существует ряд методов устройства свай, в том числе ударный, вибрационный, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также различными комбинациями этих методов.

Ударный метод основан на использовании энергии удара (воздействия ударной нагрузки), под действием которой свая своей нижней заостренной частью внедряется в грунт. По мере погружения она смещает частицы грунта в стороны, частично вниз или наверх. В результате погружения свая вытесняет объем грунта, практически равный - объему ее погруженной части. Меньшая часть этого грунта оказывается на дневной поверхности, большая - смешивается с окружающим грунтом и значительно уплотняет грунтовое основание. Зона заметного уплотнения грунта вокруг сваи составляет 2 .3 диаметра сваи.

Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальные механизмы:

паровоздушные молоты, которые приводятся в действие силой сжатого воздуха или пара, непосредственно воздействующих на ударную часть молота;

дизель-молоты, работа которых основана на передаче энергии сгорающих газов ударной части молота;

вибропогружатели - передача колебательных движений рабочего органа на сваю (использование вибрации);

вибромолоты - сочетание вибрации и ударного воздействия на сваю.

Вибропогружатели и вибромолоты чаще используют при погружении трубчатых свай-оболочек большого диаметра, при погружении в грунт и извлечении шпунтовых свай.

Рабочий цикл молотов всех типов состоит из двух тактов: холостого хода, в течение которого происходит подъем ударной части на определенную высоту, и рабочего хода, в течение которого ударная часть с большой скоростью движется вниз до момента удара по свае. В ряде свайных молотов рабочий ход происходит только под действием массы ударной части, такие молоты называются молотами одиночного действия.

В молотах двойного действия в точке максимального подъема ударная часть получает дополнительную энергию, на сваю действуют эта энергия, и масса ударной части молота. В процессе работы молота корпус его остается неподвижным на голове погружаемой сваи, ударная часть молота движется внутри корпуса. Энергия сгорания не только поднимает ударную часть молота на предельную высоту, но и воздействует на нее ударом, когда она под действием силы тяжести падает вниз. Подача топлива и его возгорание в зависимости от положения ударной части выполняются автоматически.

Дизель-молоты, по сравнению с паровоздушными, отличаются более высокой производительностью, простотой в эксплуатации, автономностью действия и более низкой стоимостью. Автономность обеспечивается путем подъема за счет рабочего хода двухтактного дизельного двигателя.

На строительных площадках применяют штанговые и трубчатые дизель -молоты . Ударная часть штанговых дизель-молотов - подвижный цилиндр, открытый снизу и перемещающийся в направляющих штангах. При падении цилиндра на неподвижный поршень в камере сгорания воспламеняется смесь воздуха и топлива. Образовавшиеся в результате сгорания смеси газы подбрасывают цилиндр вверх, после чего происходит новый удар и цикл повторяется.

В трубчатых дизель-молотах неподвижный цилиндр, имеющий пяту, является направляющей всей конструкции. Ударная часть - подвижный поршень с головкой. Воспламенение смеси происходит при ударе головки поршня по поверхности сферической впадины цилиндра.

Главное преимущество дизель-молота трубчатого типа над штанговым в том, что при одинаковой массе ударной части они обладают значительно большей (в 2 .3 раза) энергией удара. Рекомендуется следующее отношение массы ударной части молота к массе сваи: для штанговых молотов 1,25; для трубчатых - 0,5 .0,7. Для молотов одиночного действия количество ударов в 1 минуту составляет 45 . 100, масса ударной части до 2500 кг. Аналогично для молотов двойного действия количество ударов в 1 минуту до 300, масса ударной части до 1200 кг.

В комплект молота входит наголовник, необходимый для закрепления сваи в направляющих сваебойной установки, предохранения головы сваи от разрушения ударами молота и равномерного распределения удара по площади сваи. В этой связи внутренняя полость наголовника должна соответствовать очертанию и размерам головы сваи и жестко Вша ней быть закрепленной.

Для подъема и установки сваи в заданное положение и для забивки свай с обеспечением передачи усилия от молота сваи строго в вертикальном положении применяют специальные устройства –копры. Основная рабочая часть копра - его стрела, вдоль которой устанавливают перед погружением молот, опускают и поднимают его по мере забивки сваи. Наклонные сваи погружают в грунт копрами с наклонной стрелой. Копры бывают на рельсовом ходу (универсальные металлические копры башенного типа) и самоходные - на базе кранов, тракторов, экскаваторов и автомашин стрелой длиной 9 .18 м.

Универсальные копры имеют значительную собственную массу до 20 т. Монтаж и демонтаж таких копров, устройство для них подкрановых путей - достаточно трудоемкие процессы, поэтому универсальные копры применяют для забивки свай длиной более 12 м при большом объеме свайных работ на объекте.

Наиболее распространены в промышленном и гражданском строительстве сваи длиной 6 .10 м, которые забивают с помощью самоходных сваебойных установок. Такие установки маневренны и имеют механические устройства для подтаскивания и подъема на необходимую высоту сваи, закрепления головы сваи в наголовнике, в вертикальном выравнивании стрелы со сваей перед забивкой.

Забивка свай состоит из трех основных повторяющихся операций:

§ передвижка и установка копра на место забивки сваи;

§ подъем и установка сваи в позицию для забивки;

§ забивка сваи.

Центр тяжести свайного молота должен совпадать с направлением забивки сваи. Свайный молот поднимают на высоту, достаточную для установки сваи, с некоторым запасом на ход молота и в таком положении закрепляют. При забивке стальных и железобетонных свай молотами одиночного действия обязательно применение наголовников для смягчения удара и предохранения головы сваи от разрушения.

В процесс забивки свай входят установка сваи в проектное положение, надевание наголовника, опускание молота и первые удары по свае с высоты 0,2 .0,4 м, после погружения сваи на глубину 1м- переход г к режиму нормальной забивки. От каждого удара свая погружается на определенную глубину, которая уменьшается по мере заглубления сваи. В дальнейшем наступает момент, когда глубина забивки сваи практически незаметна. Практически свая погружается в грунт на одну и ту же малую величину, называемую отказом.

Отказ - глубина погружения сваи за определенное количество ударов обычно молота одиночного действия или за единицу времени для молотов двойного действия. Величина отказа - среднее от 10 или серии ударов в единицу времени.

Залог - серия ударов, выполняемых для замера средней величины отказа: для паровоздушных молотов в залоге 20 .30 ударов; для дизель-молотов в залоге 10 ударов; для дизель-молотов двойного действия отказ определяют за 1 мин. забивки.

Замеры проводят с точностью до 1 мм, забивку прекращают при получении заданного по проекту отказа (расчетного). Если средний отказ в трех последовательных залогах не превышает расчетного, то провес забивки сваи считается законченным.

Если при погружении свая не дошла до проектной отметки, но уже получен заданный отказ, то этот отказ может оказаться ложным, вследствие возможного перенапряжения в грунте от забивки предыдущих свай. Через 3 .4 дня свая может быть погружена до проектной отметки.

Погружение свай вибрированием осуществляют с использованием вибрационных механизмов, оказывающих на сваю динамические воздействия, которые позволяют преодолеть сопротивление трения на боковых поверхностях сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи, и погрузить сваю на проектную глубину. На скорость погружения и амплитуду колебаний влияют масса вибрирующих частей сваи и вибратора, его эксцентриситет, плотность грунта, участвующего в колебаниях, частота колебаний вибропогружателя. Благодаря вибрации для погружения свай в грунт требуется усилия иногда в десятки раз меньшие, чем при забивке. При этом происходит частичное виброуплотнение грунта, в том числе и под головкой сваи. Зона уплотнения для разных грунтов составляет 1,5 .3 диаметра сваи.

Для погружения свай в грунт вибрированием используют вибропогружатели, которые подвешивают к мачте сваепогружающей установки и жестко соединяют с наголовником сваи. Действие вибропогружателя основано на принципе, при котором вызываемые дисбалансами вибратора горизонтальные центробежные силы взаимно ликвидируются, в то время как вертикальные силы суммируются. Амплитуда виброколебаний и масса вибросистемы, в которую входят свая, наголовники и вибропогружатель, должны обеспечить вибрацию примыкающим слоям грунта, включение их в эту систему, в результате происходит раздвижка зерен грунта под контуром погруженной части сваи.

Способ наиболее приемлем в песчаных грунтах, водонасыщенных мелких и пылеватых грунтах, где скорость погружения может достигать 3,5 .7 м/мин. Этим методом погружают сплошные и полые железобетонные сваи, сваи-оболочки, металлический шпунт.

При глинистых и тяжелых суглинистых грунтах под острием сваи может возникнуть глинистая подушка, которая снижает несущую способность сваи до 40%. Поэтому на заключительной стадии погружения, на последние 15 .30 см свая погружается в грунт ударным способом.

При выборе низкочастотных погружателей (до 420 кол/мин), применяемых при погружении тяжелых железобетонных свай и трубчатых свай диаметром 1000 мм и более, необходимо, чтобы момент эксцентриков превышал массу вибросистемы не менее чем в 7 раз для легких грунтов и в 11 раз для средних и тяжелых грунтов.

Для погружения легких свай массой до 3 т и металлического шпунта в грунты, не оказывающие большого лобового сопротивления под острием сваи, применяют высокочастотные (от 1500 кол/мин) вибропогружатели с подрессорной пригрузкой, состоящие из самого вибратора и присоединенного к нему с помощью системы пружин дополнительного пригруза с расположенным на нем электродвигателем.

Вибрационный метод наиболее эффективен при несвязных водонасыщенных грунтах. Применение метода для погружения свай в маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин, т. е. при предварительном пробуривании скважин.

Более универсальным является виброударный способ погружения свай с помощью вибромолотов. При работе вибромолота наряду с вибрационным воздействием на сваю периодически опускается ударник, оказывая и динамическое воздействие на голову сваи.

Наиболее распространены пружинные вибромолоты. В них при вращении валов с дебалансами в противоположных направлениях создаются постоянные колебания. Когда зазор между ударником и наковальней сваи оказывается меньше амплитуды колебаний, ударник периодически ударяет через наковальню по свае. Вибромолоты могут самонастраиваться, т. е. увеличивать энергию удара с повышением сопротивления грунта погружению сваи. Масса ударной части вибромолота применительно к погружению железобетонных свай должна быть не менее 50% от массы сваи и составлять 650 . 1350 кг.

Виброударный способ применим в связанных плотных грунтах, и позволяет в 3 .8 раз быстрее при одинаковой мощности с вибрационным способом осуществлять погружение свай в грунт за счет одновременной вибрации и забивки. При этом должно быть обеспечено жесткое соединение вибропогружателя со сваей.

Метод вибровдавливания основан на комбинации вибрационного или виброударного воздействия на сваю и статического пригруза. Вибровдавливающая установка состоит из двух рам. На задней раме находятся электрогенератор, работающий от тракторного двигателя, и двухбарабанная лебедка, на передней раме размещены направляющая стрела с вибропогружателем и блоки, через которые проходит к вибропогружателю вдавливающий канат от лебедки. В рабочем положении вибропогружатель, расположенный над местом погружения сваи, поднимает сваю и устанавливает ее вместе с закрепленным наголовником на место ее забивки. При включении вибропогружателя и лебедки свая погружается за счет собственной массы, массы вибропогружателя и части массы трактора, передаваемой вдавливающим канатом через вибропогружатель на сваю. Одновременно на сваю действует вибрация, создаваемая низкочастотным погружателем с подрессоренной плитой.

Метод вибровдавливания не требует устройства путей для передвижки рабочего агрегата, исключает повреждение и разрушение свай. Особенно эффективен при погружении свай длиной до 6 м.

Погружение свай вдавливанием применяют для коротких свай сплошного и трубчатого сечения (3 .5 м). Статическое вдавливание осуществляется в такой последовательности: сваю устанавливают в вертикальное положение в направляющей стреле агрегата. Далее на голову сваи опускают и закрепляют оголовник, передающий давление от базовой машины (трактора, экскаватора) через систему блоков и полиспастов непосредственно на сваю, которая благодаря этому давлению постепенно погружается в грунт. После достижения сваей проектной отметки погружение прекращают, снимают наголовник, агрегат переезжает на новую позицию. Применимо статическое вдавливание с использованием одновременно задействованных двух механизмов .

Погружение свай завинчиванием основано на завинчивании стальных и железобетонных свай со стальным наконечником с помощью мобильных установок, смонтированных на базе автомобилей или других самоходных средств. Метод применяют чаще всего при устройстве фундаментов под мачты линий электропередачи, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использованы несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдергиванию .

Установка для завинчивания состоит из рабочего органа, приводов вращения и наклона рабочего органа, гидросистемы, пульта управления, четырех гидравлических выносных опор и вспомогательного оборудования. Рабочий орган кабестан - механизм, состоящий из двух пар захватов и электродвигателя. Захваты обжимают сваю и передают ей вращение от электродвигателя. В зависимости от назначения (передачи нагрузки на большую площадь или заглубления в плотные грунты) винтовые лопасти наконечников могут иметь в диаметре до 3 м, минимальный диаметр лопастей составляет 30 см; длина свай может превышать 20 м.

Конструкция рабочего органа позволяет выполнять следующие операции: втягивать винтовую сваю внутрь трубы рабочего органа (предварительно на сваю надевают инвентарную металлическую оболочку), обеспечивать заданный угол погружения сваи в пределах 0 .450 от вертикали, погружать сваю в грунт путем вращения с одновременным использованием осевого усилия. Это усилие при необходимости можно использовать при вывертывании сваи из грунта. Вращение рабочего органа осуществляют от коробки отбора мощности через соответствующие редукторы.

Рабочие операции при погружении сваи методом завинчивания аналогичны операциям, выполняемым при погружении свай методами забивки или вибропогружения. Только вместо установки и снятия наголовника при этом методе одевают и снимают металлическую оболочку.

После завинчивания винтовой сваи (диаметр труб достигает 1 м), ее внутренняя полость заполняется бетоном. Скорость погружения винтовых свай зависит от диаметра лопасти и характеристик грунта и находится в пределах 0,2 .0,6 м/мин.

Достоинства винтовых свай в их высокой несущей способности, возможности плавного погружения в грунт, восприятии отрицательных усилий.

Погружение свай подмывом грунта применяют в несвязных и малосвязных грунтах - песчаных и супесчаных. Целесообразно подмыв использовать для свай большого поперечного сечения и большой длины, но недопустимо для висячих свай. Способ заключается в том, что под действием воды, вытекающей под напором у острия сваи из одной или нескольких труб, закрепленных на свае, грунт разрыхляется и частично вымывается. При этом сопротивление грунта у острия сваи снижается, а поднимающаяся вдоль сваи вода размывает прилегающий грунт, уменьшая тем самым трение по боковым поверхностям сваи. В результате свая погружается в грунт под действием в собственной массы и массы установленного на ней молота.

Расположение трубок для подмыва грунта диаметром 38 .62 мм может быть боковым, когда две или четыре трубки с наконечниками находятся по бокам сваи, и центральным, когда одно- или многоструйный наконечник размещен в центре пустотелой забиваемой сваи. При псовом подмыве, по сравнению с центральным подмывом, создаются шее благоприятные условия для уменьшения сил трения по боковой поверхности свай. При боковом расположении подмывные трубки крепят таким образом, чтобы наконечники находились у свай на 30 .40 см выше острия.

Для подмыва грунта воду в трубки подают под давлением не мере 0,5 МПа. При подмыве нарушается сцепление между частицами грунта под подошвой и частично по боковой поверхности свай, что может в последующем привести к снижению несущей способности свай. Учитывая, что свая должна будет в дальнейшем воспринимать нагрузку, погружение с подмывом осуществляют только до заданного уровня, а затем с помощью сваебойной установки ее забивают до проектной глубины (на 0,5 .2,0 м). При этом способе погружения производительность возрастает на 30 .40% по сравнению с чистой забивкой, экономится горючее. После прекращения подачи воды и стабилизации уровня грунтовых вод, грунт уплотняется и плотно сжимает сваю.

Рис.6 10 Подмыв грунта для погружения свай

Ппогружение квадратных свай с подмывом грунта;

1- молот, 2 - трос, поддерживающий подмывные трубки, 3 - напорный шланг,

4 - подмывные трубки, 5 - свая, 6 -расположение подмывных трубок,

Применение метода подмыва не допускается, если имеется угроза просадки близлежащих сооружений, а также в целом на просадочных грунтах.

Погружение свай с использованием электроосмоса применяют в водонасыщенных плотных глинистых грунтах, в моренных суглинках и глинах. Для практической реализации метода уже погруженную в грунт сваю присоединяют к положительному полюсу (аноду) электрической сети постоянного тока, а соседнюю с ней, подготовленную для погружения в грунт - к отрицательному полюсу (катоду). При включении тока вокруг сваи с положительным полюсом резко снижается влажность грунта, а у соседней с отрицательным полюсом она наоборот резко увеличивается. В более влажной среде свая быстрее погружается в грунт, что позволяет применять сваебойное оборудование меньшей мощности.

После окончания забивки и отсоединения свай от источника тока в грунте быстро восстанавливается былая стабилизация грунта и его влажностного состояния. Благодаря этому, только за счет уменьшения влажности вокруг забитой сваи ее несущая способность значительно возрастает.

Если железобетонные сваи при методе осмоса дополнительно оснастить металлическими полосами, которые будут занимать 20 .25% боковой поверхности свай, и также, уже забитую сваю подсоединить к аноду, а погружаемую с металлическими полосами к катоду, то только это позволит на 20 .30% сократить трудозатраты и продолжительность погружения по сравнению с чистым методом электроосмоса. По сравнению с забивкой свай, использование дополнительно особенностей электроосмоса позволяет на 25 .40% ускорить процесс погружения свай в грунт.

6.6 Технология устройства набивных свай

Набивные сваи устраивают на месте их будущего положения путем заполнения скважины (полости) бетонной смесью или песком. В настоящее время применяют большое количество вариантов решения таких свай. Их основные преимущества:

§ возможность изготовления любой длины;

§ отсутствие значительных динамических воздействий при устройстве свай;

§ применимость в стесненных условиях;

§ применимость при усилении существующих фундаментов.

Набивные сваи изготовляют бетонными, железобетонными и грунтовыми, причем имеется возможность устройства свай с уширенной пятой. Способ устройства свай прост - в предварительно пробуренные скважины подается для заполнения бетонная смесь или грунты, в основном песчаные.

Применяют следующие разновидности набивных свай - сваи Страуса, буронабивные, пневмонабивные, вибротрамбованные, частотрамбованные, вибронабивные, песчаные и грунтобетонные. Длина свай достигает 20 .30 м при диаметре 50 . 150 см. Сваи, изготовляемые с применением установок фирм Като, Беното, Либхер могут иметь диаметр до 3,5 глубину до 60 м, несущую способность до 500 т.

Буронабивные сваи. Характерной особенностью устройства буронабивных свай является предварительное бурение скважин до заданой глубины.

Самими первыми в нашей стране, на основе которых применяются существующие разновидности буронабивных свай, являются сваи Страуса, которые были предложены в 1899 г. Изготовление свай включает следующие операции:

§ пробуривание скважины;

§ опускание в скважину обсадной трубы;

§ извлечение из скважины осыпавшегося грунта;

§ заполнение скважины бетоном отдельными порциями;

§ трамбование бетона этими порциями;

§ постепенное извлечение обсадной трубы.

В пробуренную до проектной отметки (5 . 12 м) скважину осторожно опускают трубу диаметром 25 .40 см и далее загружают бетонной смесью. После заполнения скважины на глубину около 1 м бетонную смесь трамбуют и медленно поднимают вверх обсадную трубу до тех пор, пока высота смеси в трубе не уменьшится до 0,3 .0,4 м. Снова загружается бетонная смесь и процесс повторяется. Учитывая, что диаметр скважины больше диаметра обсадной трубы и поверхность пробуренного грунта оказывается неровной, шероховатой, при наполнении бетонной смесью обсадной трубы, ее подъеме и уплотнении смеси, бетон заполнит весь свободный объем, включая и зазор между стенками скважины и обсадной трубой. Часть бетона и цементного молока проникнет в грунт, повысив его прочность.

Недостатки способа - невозможность контролировать плотность монолитность бетона по всей высоте сваи, возможность размыва несхватившейся бетонной смеси грунтовыми водами.

Армирование свай производят только в верхней части, где на глубину 1,5 .2,0 м в свежеуложенный бетон устанавливают металлические стержни для их последующей связи с ростверком.

В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраивают одним из следующих способов - сухим способом (без крепления стенок скважин), с применением глинистого раствора (для предотвращения обрушения стенок скважины) и с креплением скважины обсадной трубой.

Сухой способ применим в устойчивых грунтах (просадочные и глинистые твердой полутвердой и тугопластичной консистенции), которые могут держать стенки скважины (рис. 6.13). Скважина необходимого диаметра разбуривается методом вращательного бурения в грунте на заданную глубину. После приемки скважины в установленном порядке при необходимости в ней монтируют арматурный каркас и бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы.

Используемые в строительстве бетонолитные трубы, как правило, состоят из отдельных секций и имеют стыки, позволяющие быстро и надежно соединить трубы. Секции бетонолитных труб длиной 2,4 .6 м в стыках скрепляют болтами или замковыми соединениями, у первой секции крепится приемный бункер, через который бетонная смесь подается в трубу. В скважину опускается бетонолитная труба до самого низа, в приемную воронку подается бетонная смесь из автобетоносмесителя или с помощью специального загрузочного бункера, на этой же воронке закреплены вибраторы, которые уплотняют укладываемую бетонную смесь. По мере укладки смеси бетонолитная труба извлекается скважины. По окончании бетонирования скважины голову сваи формуют в специальном инвентарном кондукторе, в зимнее время дополнительно надежно защищают. Сухим способом по рассмотренной технологии изготовляют буронабивные сваи диаметром от 400 до 1200 мм, длина свай достигает 30 м.

Рис 613 Технологическая схема устройства буронабивных свай сухим способом

а - бурение скважины; б - разбуривание уширенной полости; в - установка арматурного каркаса;г - установка бетонолитной трубы с вибробункером; д - бетонирование скважины методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ); е - подъем бетонолитной трубы; 1 - буровая установка; 2 -привод 3 - шнековый рабочий орган; 4 – скважина; 5 – расширитель; 6 - уширенная полость; 7 - арматурный каркас; 8 - стреловой кран; 9 - кондуктор-патрубок; 10 – вибробункер; 11 - бето-нолитная труба; 12 - бадья с бетонной смесью; 13 - уширенная пята сваи;

Применение глинистого раствора. Устройство буронабивных свай в слабых водонасыщенных грунтах требует повышенных трудозатрат, что обусловлено необходимостью крепления стенок скважины для предохранения их от обрушения (рис. 6.14). В таких неустойчивых грунтах для предотвращения обрушения стенок скважин применяют насыщенный глинистый раствор бентонитовых глин плотностью 1,15 .1,3 г/см3, который оказывает гидростатическое давление на стенки, хорошо временно скрепляет отдельные грунты, особенно обводненные и неустойчивые, при этом хорошо удерживает стенки скважин обрушения. Этому же способствует образование на стенках скважины глинистой корки вследствие проникновения раствора в грунт.

Рис. 6 14 Технологическая схема устройства буронабивных свай под глинистым раствором

а- бурение скважины; б - устройство расширенной полости; в - установка арматурного каркаса; г- установка вибробункера с бетонолитной трубой; д - бетонирование скважины методом ВПТ; 1 скважина; 2 - буровая установка; 3 – насос; 4 – глиносмеситель; 5 - приямок для глинистого; 6 – расширитель; 7 – штанга; 8 - стреловой кран; 9 - арматурный каркас; 10 - бетонолитная труба; 11 - вибробункер;

Скважины бурят вращательным способом. Глинистый раствор готовят на месте выполнения работ и по мере бурения подают в скважину по пустотелой буровой штанге под давлением. По мере бурения находящийся под гидростатическим давлением раствор от места забуривания, встречая сопротивление грунта, начинает подниматься вверх вдоль стенок скважины, вынося разрушенные бурами грунты, и выходя на поверхность, попадает в отстойник-зумпф, откуда снова насосом подается в скважину для дальнейшей циркуляции.

Глинистый раствор, находящийся в скважине под давлением, цементирует грунт стенок, тем самым препятствуя проникновению воды, что позволяет исключить применение обсадных труб. После завершения проходки скважины в нее при необходимости устанавливается арматурный каркас, бетонная смесь из вибробункера по бетонолитной трубе попадает на дно скважины, поднимаясь вверх, бетонная смесь вытесняет глинистый раствор. По мере заполнения скважины бетонной смесью производят подъем бетоновода.

Крепление скважин обсадными трубами. Устройство свай этим методом возможно в любых гидрогеологических условиях; обсадные трубы могут быть оставлены в скважине или извлечены из нее в процессе изготовления сваи (рис. 6.15). Обсадные трубы соединяют между собой при помощи замков специальной конструкции (если это инвентарные трубы) или на сварке. Пробуривают скважины вращательным или ударным способом. Погружение обсадных труб в грунт в процессе бурения скважины осуществляют гидродомкратами.

Рис. 6.15. Технологическая схема устройства буронабивных свай с применением обсадных труб

а - установка кондуктора и забуривание скважины; б - погружение обсадной трубы; в - проходка скважины; г - наращивание следующего звена обсадной трубы; д - зачистка забоя скважины; е -установка арматурного каркаса; ж - заполнение скважины бетонной смесью и извлечение обсадной трубы; 1 - рабочий орган для бурения скважины; 2 – скважина; 3 – кондуктор; 4 - буровая установка; 5 - обсадная труба; 6 - арматурный каркас; 7 - бетонолитная труба; 8 - вибробункер

После зачистки забоя и установки арматурного каркаса скважину бетонируют методом вертикально перемещаемой трубы. По мере заполнения скважины бетонной смесью могут производить извлечение инвентарной обсадной трубы. Специальная система домкратов, смонтированных на установке, сообщает трубе возвратно-поступательное движение, за счет чего бетонная смесь дополнительно уплотняется. По завершении бетонирования скважины осуществляют формирование головы сваи. Находят применение установки по изготовлению набивных свай с использованием обсадных труб с извлечением грунта трубы виброгрейфером (рис. 6.16).

В настоящее время проходит успешное испытание специальный полимерный концентрат на основе полиакриламида, который в процесс гидратации образует коллоидный буровой раствор, создающий защитную пленку на стенках скважины, что в сочетании с избыточным гидростатическим давлением предотвращает их осыпание. Бурение в сложных геологических условиях без применения обсадных труб показало целостность буронабивной сваи по всей глубине после закачивания в нее бетона и отсутствие каких-либо наплывов или впадин бетона на боковой поверхности сваи. Использование коллоидного раствора позволяет существенно увеличить производительность буровых работ, снизить их себестоимость и трудоемкость, резко сократить потребность в обсадных трубах без снижения качества работ.

Рис. 6.16. Технологическая схема изготовления набивных свай с выемкой грунта подзащитой обсадных труб

а - погружение обсадной трубы виброустаиовкой; б - извлечение грунта из обсадной трубы виброгрейфером; в - бетонирование сваи; г - извлечение обсадной трубы виброустаиовкой; 1 - обсадная труба; 2 – виброустановка; 3 – виброгрейфер; 4 - арматурный каркас; 5 - бадья с бетонной смесью;

Буронабивные сваи с уширенной пятой. Диаметр таких свай 0,6 .2,0 м, длина 14 .50 м. Существуют три способа устройства уширений свай. Первый способ - распирание грунта усиленным трамбованием бетонной смеси в нижней части скважины, когда невозможно оценить качество работ, форму (какой стала пята уширения), насколько бетон перемешался с грунтом и какова его несущая способность.

При втором способе скважину пробуривают станком, имеющим на буровой колонке специальное устройство в виде раскрывающегося ножа, для образования уширения скважины диаметром до 3 м (рис. 6.17). Нож раскрывается гидравлическим механизмом, управляемым с поверхности земли. При вращении штанги ножи срезают грунт, который попадает в бадью, расположенную над расширителем. За несколько операций срезания ножами грунта и извлечения его на поверхность в грунте образуется уширенная полость. В скважину подают глинистый раствор из бентонитовых глин, который непрерывно циркулирует и обеспечивает устойчивость стенок скважины. При устройстве уширений разбуривание полости осуществляют одновременно с подачей в скважину свежего глинистого раствора до полной замены раствора, загрязненного грунтом. После завершения бурения скважины на проектную глубину буровую колонку с уширителем извлекают, в скважину устанавливают арматурный каркас. Бетонирование ведут методом вертикально перемещающейся трубы, когда одновременно в трубу подают бетонную смесь и поднимают ее. Бетонная смесь, соприкасаясь с вязким глинистым раствором, не снижает своей прочности, цементное вяжущее из смеси не вымывается. Бетонная смесь выжимает глинистый раствор вверх по трубе и через зазор между трубой и скважиной. Нижний конец бетонолитной трубы должен быть постоянно заглублен в бетонную смесь на глубину порядка 2 м; бетонирование осуществляют непрерывно, чтобы не возникали прослойки глинистого раствора в бетоне.

Р и с 6 17 Разбуривание полости в грунте уширителем

а - положение уширителя во время разбуривания скважины; б - то же, в процессе разбуривания полости; 1 - грунто-сборник; 2 - режущие ножи; 3 – скважина; 4 – штанга; 5 - уширенная полость;

Взрывной способ устройства уширений (рис. 6.18). В пробуренную скважину устанавливают обсадную трубу. На дно скважины опускают заряд взрывчатого вещества расчетной массы и выводят провода от детонатора к взрывной машинке, находящейся на поверхности. Скважину заполняют бетонной смесью на 1,5 .2,0 м, поднимают на 0,5 м общую трубу и производят взрыв. Энергия взрыва уплотняет грунт создает сферическую полость, которая заполняется бетонной смесью из обсадной трубы. После этого порциями и с необходимым уплотнением заполняют обсадную трубу бетонной смесью доверху.

Буронабивная свая с башмаком. Особенность метода в том, что пробуренную скважину опускают обсадную трубу, имеющую на конце свободно опертый чугунный башмак, оставляемый в грунте после погружения обсадной трубы на требуемую глубину. Порционно загружая бетонную смесь, регулярно ее уплотняя и постепенно извлекая зубу из скважины, получают готовую набивную бетонную сваю.

Трубобетонные сваи. Принципиальное отличие метода в том, что обсадная труба длиной до 40 .50 м имеет в нижней части жестко за крепленный башмак. После достижения дна скважины труба остается там, не извлекается, а заполняется бетонной смесью.

Рис. 6 18 Технологическая схема устройства свай с камуфлетным уширением.

а- опускание заряда ВВ и заполнение скважины бетонной смесью; б- подъем бетонной трубы и образование уширенной пяты взрывом; в - готовая набивная свая с камуфлетным уширением; 1- заряд ВВ; 2 - провод к подрывной машине; 3 - обсадная труба; 4 - приемная воронка; 5 – бетонная смесь; 6 - бадья с бетонной смесью; 7 -уширенная пята; 8 - арматурный каркас;

Подводное бетонирование применяют для предохранения бетонной смеси от размыва при высоком уровне малоподвижных грунтовых вод. Бетонную смесь подают в обсадную трубу не по лотку, а под давлением по трубопроводу, погруженному до самого низа скважины. Благодаря давлению смесь выдавливается из трубы, заполняет снизу пространство скважины и начинает подниматься вверх, оттесняя наверх и находящуюся в скважине воду. В процессе заполнения бетонной смесью скважины необходимо следить, чтобы бетонолитная труба поднималась с одной скоростью с обсадной трубой, низ трубы постоянно был ниже верха уложенной бетонной смеси на 30 .40 см. После полного заполнения скважины верхний слой бетонной смеси толщиной 10 .20 см, находившийся в контакте с водой, срезают.

В обводненных грунтах может быть использовано напорное бетонирование набивных свай, которое заключается в непрерывном нагнетании бетонной смеси на всю высоту скважины под воздействием гидростатического давления, создаваемого бетононасосами. Напорное бетонирование исключает смешивание бетонной смеси с водой, глинистым раствором или шлаком (материалами разбуривания). Скорость нагнетания устанавливается исходя из условий непрерывности процесса бетонирования сваи и беспрепятственного извлечения обсадной трубы после заполнения скважины бетоном до начала схватывания. Подвижность нагнетаемых бетонных смесей должна быть в пределах 18 .24 см.

Пневмотрамбованные сваи. Сваи применяют при устройстве фундаментов в насыщенных водой грунтах с большим коэффициентом фильтрации. В этом случае бетонную смесь укладывают в полость обсадной трубы при постоянном повышенном давлении воздуха (0,25 .0,3 МПа), который подается от компрессора через ресивер, служащий для сглаживания колебаний давления. Бетонную смесь подают небольшими порциями через специальное устройство - шлюзовую камеру, действующую по принципу пневмонагнетательных установок, применяемых для транспортирования бетонной смеси. Шлюзовая камера закрывается специальными клапанами. Подача бетонной смеси в камеру осуществляется при закрытом нижнем клапане и открытом верхнем; при заполнении камеры смесью верхний клапан закрывается, нижний, наоборот, открывается, смесь выжимается в скважину.

Набивные сваи любого типа следует бетонировать без перерывов. При расположении свай одна от другой менее чем на 1,5 м их выполняют через одну, чтобы не повредить только что забетонированные. Пропущенные скважины бетонируют при второй проходке бетонолитной установки, после набора ранее забетонированными сваями достаточной прочности и несущей способности. Такая последовательность работ предусматривает предохранение как готовых скважин, так и свежезабетонированных свай от повреждения.

Буронабивные сваи обладают рядом недостатков, которые сдерживают их более широкое применение. К таким недостаткам можно отнести небольшую удельную несущую способность, высокую трудоемкость буровых работ, необходимость крепления скважин в неустойчивых грунтах, сложность бетонирования свай в водонасыщенных грунтах и трудность контроля качества выполненных работ.

Устройство свай в продавленных скважинах достаточно эффективно в сухих грунтах. При устройстве таких свай в грунте создается уплотненная зона, повышается прочность грунта и снижается его деформативность. Устройство набивных свай в уплотненных скважинах производят методами продавливания без извлечения грунта на поверхность.

Данная технология работ базируется на образовании скважины путем многократного сбрасывания с высоты чугунного конуса, в результате чего пробивается скважина. Затем скважину порционно заполнят бетонной смесью, щебнем или песком и уплотняют до образования уширенной части в основании сваи. В верхней части при укладке бенной смеси ее уплотняют вибрированием. Разработано много модификаций этого метода. Образование скважин и полостей в грунте без го выемки осуществляют: пробивкой сердечниками и обсадными трупами с помощью молотов, продавливанием вибропогружателями вибромолотами, пробивкой снарядами и трамбовкой, пробивкой пневмопробойниками, расширением гидравлическими уплотнителями, продавливанием с помощью винтовых устройств.

Нашел применение метод выштамповывания с использованием станка ударно - канатного бурения (рис. 6.19). Сначала на глубину до ½ длины будущей сваи пробуривают скважину-лидер, затем скважину пробивают ударным снарядом на требуемую глубину. Загружают в нижнюю часть скважины жесткую бетонную смесь столбом 1,5 .2 м и ударами трамбовки устраивают в основании сваи уширенную пяту. В устье скважины устанавливают обсадную трубу, монтируют арматурный каркас и осуществляют бетонирование верхней части сваи.

Метод виброформирования свай характерен наличием виброформователя. Его полый наконечник имеет лопасти в нижней части и соединяется через жесткую штангу с вибропогружателем. Под действием последнего наконечник погружается в грунт и образует скважину, которая по мере погружения наконечника заполняется бетонной смесью из бункера, установленного над устьем скважины. После пробуривания скважины наконечник немного приподнимают, при этом его лопасти раскрываются, сквозь полость наконечника бетонная смесь попадает на дно скважины. Вместо самораскрывающихся створок может быть использован теряемый чугунный башмак.

Рис 6.19 Технологическая схема устройства буронабивных свай с выштампованной пятой

а - бурение скважины; б - установка в скважину обсадной трубы; в - засыпка в скважину жесткой бетонной смеси; г - втрамбовывание бетонной смеси в основание; д - извлечение обсадной трубы и установка арматурного каркаса; е - бетонирование ствола сваи с уплотнением глубинным вибратором; ж - устройство опалубки оголовка сваи; 1 - буровая машина; 2 - рабочий механизм с навесным оборудованием для устройства уширенной пяты; 3 - обсадная труба; 4 - лоток для загрузки жесткой бетонной смеси; 5 – трамбовка; 6 - стреловой кран; 7 - арматурный каркас; 8 -бадья с бетонной смесью; 9 – воронка; 10 - выштампованная уширенная пята; 11- опалубка оголовка;

Вытрамбованные сваи используют в сухих связанных грунтах. В пробуренную скважину с помощью вибропогружателя, закрепленного на экскаваторе, погружают до проектной отметки стальную обсадную трубу, имеющую на конце съемный железобетонный башмак. Полость трубы заполняют на 0,8 . 1,0 м бетонной смесью, уплотняют ее с помощью специальной трамбующей штанги, подвешенной к вибропогружателю (рис. 6.20). В результате башмак вместе с бетонной смесью вдавливается в грунт, при этом образуется уширенная пята. Обсадная труба заполняется бетонной смесью порциями с постоянным уплотнением. По мере заполнения скважины бетонной смесью осуществляется подъем обсадной трубы экскаватором при работающем вибропогружателе, который значительно снижает адгезию трубы с бетоном в процессе ее извлечения.

Часто трамбованные сваи устраивают путем забивки обсадной трубы в пробуренную скважину вместе с надетым на конце чугунным башмаком, который остается в грунте (рис. 6.21). Загружение бетоной смеси в обсадную трубу осуществляют порциями за 2 .3 приема. Сечение сваи формируется и обсадная труба извлекается из скважины помощью молота двойного действия, передающего усилия через общую трубу.

Рис. 6.20. Технологическая схема устройства вытрамбованных свай

а - образование скважины; б - укладка первой порции бетонной смеси; в - уплотнение бетонной смеси трамбующей штангой, жестко соединенной с вибропогружателем; г - укладка и уплотнение последующих слоев бетонной смеси; д - извлечение обсадной трубы и установка арматурного каркаса в голове сваи;

Обсадную трубу с чугунным башмаком под действием ударов молота погружают в грунт до проектной отметки. Погружаясь, труба раздвигает частицы грунта и уплотняет его. Когда труба достигает нижней точки в ее полость опускают арматурный каркас (при необходимости), далее через воронку из вибробадьи падают в полость обсадной трубы жесткую бетонную смесь с осадкой' конуса 8 . 10 см.

После заполнения обсадной трубы на высоту 1 м ее начинают под-шать, при этом башмак соскальзывает под действием давящей на ;го бетонной смеси, которая начинает заполнять скважину. Молот шного действия, соединенный с обсадной трубой при этом произво- частые парные удары, направленные попеременно вверх и вниз, ударов, направленных вверх за 1 мин труба извлекается из грунта 4 .5 см, а от ударов, направленных вниз, труба осаживается на .3 см. Трамбование бетонной смеси, поступающей в скважину под зйствием собственной массы, осуществляется за счет ударов нижней >мки обсадной трубы и трения бетона о стенки трубы в результате 5рационного воздействия молота, в связи с чем вся бетонная смесь по- стоянно находится в процессе вибрации и в итоге оказывается хорошо уплотненной. В результате уплотняется грунт в нижней части скважи­ны, часть бетонной смеси впрессовывается в стенки скважины, повы­шая их прочность.

Р и с. 6.21. Технологическая схема устройства частотрамбованных свай

а - погружение обсадной трубы; б - установка арматурного каркаса; в - подача бетонной смеси в полость трубы; г - извлечение обсадной трубы с одновременным уплотнением бетонной смеси; 1 - обсадная труба; 2 – копер; 3 - молот двойного действия; 4 - арматурный каркас; 5 – бадья с бетонной смесью; 6 - приемная воронка; 7 - чугунный башмак;

Такое трамбование бетона в обсадной трубе продолжают до полного извлечения трубы из грунта. При необходимости на извлекаемую обсадную трубу закрепляют наружные вибраторы, которые позволяют более качественно уплотнить верхние слои бетонной смеси. Частотрамбованные сваи можно изготовлять армированными. Армирование осуществляется по расчету, но в большинстве случаев арматурный каркас применяют только в верхней части сваи для соединения с армированием монолитного ростверка. Если армирование предусмотрено на всю высоту сваи, то арматурный каркас опускают в обсадную трубу до начала бетонирования.

Песчаные набивные сваи - наиболее дешевый способ уплотнения слабых грунтов. Стальная обсадная труба с башмаком погружается в грунт с помощью вибропогружателя (рис. 6.22). Достигнув проектной отметки, она частично заполняется песком, при подъеме обсадной трубы за счет массы песка она отделяется от башмака, и с помощью вибропогружателя извлекается на поверхность, при этом грунт от вибросотрясений уплотняется. Дополнительное и эффективное уплотнение может быть достигнуто проливом скважины водой. Применяют трубы диаметром 32 .50 см; при извлечении в трубе всегда должен находиться слой песка высотой 1,0 . 1,25 м. Способ применим для скважин глубиной до 7 м.

Рис. 6.22. Схема устройства песчаных (грунтовых) набивных свай

а - погружение обсадной трубы; б - извлечение трубы; в - раскрывающийся наконечник; 1 – вибропогружатель; 2 - обсадная труба; 3 – шарнир; 4 - створка наконечника; 5 –кольцо;

Грунтобетонные сваи. Нашли применение грунтобетонные сваи, которые устраивают с помощью бурильных установок с пустотелой буровой штангой, имеющей на конце смесительный бур со специальными режущими и одновременно перемешивающими смесь лопастями. После пробуривания скважины в слабых песчаных грунтах до нужной отметки в пустотелую штангу под давлением из растворосмесительной установки подают водоцементную суспензию (раствор). Буровая штанга медленно при обратном вращении начинает подниматься вверх, грунт насыщается цементным раствором и дополнительно уплотняется буром. В результате получается цементно-песчаная свая, изготовленная на месте без выемки грунта.

Бурозавинчивающиеся сваи. Нередко котлованы под заглубленные сооружения приходится устраивать вблизи существующих зданий. Забивка свай и шпунта может привести к их деформациям из-за возникающих динамических воздействий. При устройстве буронабивных свай, где погружение обсадной трубы происходит с опережающей выборкой грунта из полости трубы, возможна утечка грунтового массива из-под рядом стоящих фундаментов, что также может привести к деформациям существующих строений. Использование методов «стена в грунте» или применение глинистого раствора для погружения труб приводит к удорожанию проекта.

Рис 6 23 Схема бурозавинчивающейся сваи

1- металлическая труба; 2 - сварка навивки с трубой; 3 - навивка из арматуры диаметром 10 16 мм с шагом 200 400 мм; 4 - крестообразный глухой или теряемый наконечник; 5 – крестовина; 6 - диск из металла;

При этих методах происходит нарушение естественной подземной среды и ее равновесия, которое может привести к нежелательным результатам или к серьезному удорожанию строительства.

В случаях плотной застройки целесообразно применять метод бурозавинчивающихся свай. Сущность метода в том, что металлическая труба не забивается в грунт, а завинчивается (рис. 6.23). На трубу в заводских условиях навивается узкий шнек из арматуры диаметром 10 . 16 мм с шагом 200 .500 мм. В зависимости от грунтовых условий труба может быть оснащена заглушкой с рыхлителями, глухими или теряемыми, позволяющими при необходимости не допустить воду в тело трубы. При завинчивании трубы окружающий грунт частично уплотняется, около 15 .25% его выдавливается наружу.

Если труба ближней части глухая, то после завинчивания до проектной отметки в нее вставляется арматурный каркас и она заполняется бетонной смесью. Для труб с теряемым наконечником в нее вставляется арматурный каркас, труба заполняется бетоном, в процессе схватывания бетона труба вывинчивается, в грунте остается башмак, на который опирается железобетонная буронабивная свая. При особо плотных грунтах возможно предварительное пробуривание скважины на несколько меньшую глубину (до 1 м) и диаметр скважины должен быть меньше диаметра трубы. Диаметр завинчиваемых труб 300 .500 мм, длина от 4 до 20 м. Важно, что технология позволяет выполнять работы вблизи существующих зданий при высоте в 5 этажей на расстоянии около 40 см., при большей высоте - около 70 см.

В последние годы получили широкое распространение фундаменты в виде мощных опор глубокого заложения с большой несущей способностью, сооружаемых с помощью специальных станков (рис. 6.24). Разработка грунта осуществляется с помощью грейферного ковша внутри опускаемой обсадной трубы. Во время разработки грунта нижний конец трубы должен быть ниже забоя скважины. Зачистка забоя производится грейферным ковшом. После установки в скважину арматурного каркаса осуществляется бетонирование методом вертикально перемещаемой трубы; заглубление бетонолитной трубы в бетонную смесь должно быть не менее 1 м.

Рис 624 Технологическая схема устройства буронабивных свай диаметром 2 3,5 м а - установка бурового станка; б - проходка скважины; в - зачистка забоя; г - установка арматурного каркаса; д - установка бетонолитной трубы; е - бетонирование сваи; 1 - буровая установка; 2 - обсадная труба; 3 - грейферный ковш; 4 - арматурный каркас; 5 - бетонолитная труба;

6.10. Приемка свайных работ. Контроль качества.

Приемка свайных работ сопровождается освидетельствованием свайного основания, проверкой соответствия выполненных работ проекту, инструментальной проверкой правильности положения свай или шпунта, контрольными испытаниями свай. Отклонение положения свай от проектного не должно превышать в ростверке ленточного типа родного диаметра сваи, в свайных полях двойных размеров сваи.

При осуществлении контроля качества в процессе и при окончании устройства свайных фундаментов руководствуются следующими критериями:

от качества выполнения свайных работ зависит несущая способность свайных фундаментов, что имеет важнейшее значение для всего здания или сооружения;

устройство свай относится к скрытым работам, требующим пооперационного контроля качества в процессе их устройства.

В общем случае контролируют:

§ соответствие поступающих на строительную площадку изделий и материалов проекту;

§ соблюдение утвержденной технологии погружения забивных или устройства набивных свай;

§ несущую способность свай;

§ соответствие положения свай в плане геодезической разбивке;

Основным контролируемым параметром является обеспечение несущей способности свай. Несущую способность погруженных свай определяют статическим и динамическим методами, а набивных – только статическим.

Определение несущей способности сваи. Для свай-стоек, опирающихся на прочный грунт, главным фактором является прочность материала сваи, так как их забивают в плотные грунты до проектной отметки. Для висячих свай их несущую способность определяют спосо-10ами пробных нагрузок и динамическим (рис. 6.30).

Статическим методом несущую способность определяют после окончания работ по забивке всех свай. Для этого на сваю сверху воздействуют гидравлическими домкратами до момента смещения ее относительно окружающего грунта. При этом способе пробных нагрузок на сваю передают нагрузку, возрастающую ступенями в 1/10 .1/15 предельной расчетной нагрузки, измеряют осадки и строят график зависимости между ними. За предельно допустимую нагрузку принимают Ступень, предшествующую нагрузке, в результате которой свая погрузилась в грунт на величину, более чем в 5 раз превышающую предыдущее погружение. Этот способ надежен, но весьма трудоемок и для оценки прочностных характеристик свайного поля требуется большой промежуток времени (4 . 12 сут).

Динамический метод основан на косвенной оценке несущей способности забиваемой сваи по значению отказа, поэтому для погружаемых свай этот метод вполне заменяет статический.

Динамический способ основан на равенстве работы, совершаемой молотом при падении, и сваей на пути ее погружения. За основу принимают контрольный отказ, назначаемый проектной организацией. Отказы замеряют отказомерами, которые можно ставить на грунт или подвешивать на сваю с помощью хомута. Отказомер представляет собой мерную линейку, вдоль которой перемещаются указатели отказов. При погружении сваи в грунт один из указателей движется вниз и показывает на мерной линейке суммарное значение остаточного отказа. При наличии обратного движения сваи вверх за счет упругой реакции грунта второй указатель также перемещается вверх и показывает на мерной линейке суммарное значение упругого отказа. При отсутствии отказомеров величину отказа сваи при забивке за расчетный отрезок времени можно определить нивелиром, гидравлическим уровнем, натянутой над уровнем земли проволокой.

Учитывая, что в процессе забивки сваи грунт находится в напряженном состоянии, следует иметь в виду, что несущая способность сваи оказывается завышенной. Проверку несущей способности свай производят после отдыха свай и стабилизации грунта, а именно: в супесях - через 5 .8 сут, в суглинках - через 15 .25 сут и в глинистых грунтах — через 30 .35 сут.

При контроле положения сваи в плане следят, чтобы не были превышены допустимые отклонения: - 0,2d для забивных свай при их однорядном расположении и 0,3d при расположении свай в два и три ряда в лентах или кустах свай (d - диаметр круглой или максимальный размер прямоугольной сваи). Приемка готовых свайных фундаментов оформляется актом с приложением следующих документов:

§ паспорта на сваи и сборный ростверк заводов-изготовителей;

§ паспорта на бетон набивных свай и монолитных ростверков;

§ приемка арматурных каркасов набивных свай и монолитных ростверков;

§ акты сдачи свайного поля и готового ростверка;

§ результаты динамических или статических испытаний свай.

Лекция № 10: «Технология монолитного бетона и железобетона.

Приготовление и транспортирование бетонной смеси»

Глава III. ПРОИЗВОДСТВО БЕТОННЫХ РАБОТ

§ 1. Бетонные работы в гидромелиоративном строительстве

Распространенность бетона объясняется многими его положительными качествами: прочностью и долговечностью; использованием для его приготовления таких распространенных на земной поверхности материалов, как камень, гравий, песок; достаточной водонепроницаемостью; возможностью возводить из него сооружения любой формы, причем в соединении со сталью железобетонные конструкции работают на изгиб и растяжение; возможностью механизации всех строительных операций по возведению бетонных и железобетонных сооружений.

Производство бетонных работ в мелиоративном и гидротехническом строительстве имеет свои организационные особенности. Возводимые на мелиоративных системах сооружения весьма разнообразны по крупности и назначению (регуляторы, водовыпуски, дюкеры, акведуки, мосты, насосные станции и др.). Объем бетона в сооружениях колеблется от десятых долей кубометра до десятков тысяч кубометров.

Разбросанность мелких сооружений на мелиоративных системах затрудняет организацию работ по их возведению. Для таких сооружений обычная технология приготовления бетонной смеси и укладки ее непосредственно в сооружение, то есть возведение их способом монолитной кладки, неприемлема. Мелкие сооружения на строящихся системах возводят только из сборного железобетона. В дальнейшем следует ожидать увеличения сборности крупных сборных сооружений по мере разработки специальных конструкций.

Для монолитных и сборных сооружений на гидромелиоративных системах, для противофильтрационных одежд на каналах применяют специальные гидротехнические бетоны из группы тяжелых с плотностью 2200 2500 кг/м3.

По определению ГОСТ, гидротехническим называется такой бетон, который постоянно или периодически омывается водой и обеспечивает в этих условиях работу сооружения. К нему предъявляются требования водостойкости, водонепроницаемости, морозостойкости, прочности, солеупорности, удобообрабатываемости и пониженного тепловыделения.

Водостойкость бетона достигается применением специальных цементов, а при необходимости нанесением слоя гидроизоляции.

Количественные показатели свойств гидротехнических бетонов задаются следующими основными значениями (марками):

§ по прочности на осевое сжатие - М 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600 (цифры соответствуют прочностям на сжатие 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60 МПа);

§ по морозостойкости - Мрз 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500 (числа соответствуют числу циклов попеременного замораживания и оттаивания бетонного образца, после которого его прочность снизится не более чем на 15%);

§ по водопроницаемости-В2, В4, В6, В8, В10, В12 (числа соответствуют гидравлическому давлению воды 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 МПа, при котором через образец бетона не происходит просачивания воды).

Марки бетона назначают при проектировании бетонных конструкций гидротехнических сооружений с учетом расчетных нагрузок, условий работы и природно-климатических условий. Все показатели свойств бетона связаны между собой.

С позиций технологии наиболее существенными показателями свойств бетонных смесей считают подвижность -удобоукладываемость, зависящую от водоцементного отношения и пластифицирующих добавок, и тепловыделение, связанное с активностью цементов. Неравномерный отвод экзотермического тепла приводит к возникновению термических напряжений и появлению в блоках трещин при перепадах температур свыше 10 .15°С.

Технология производства бетонных работ отличается разнообразием выполняемых строительных процессов. Это объясняется наличием многих самостоятельных потоков работ: изготовление опалубки, арматуры, приготовление бетонной смеси, транспортировка, укладка бетона или монтаж сооружений из изготовленных частей (рис. 65).

Рис. 65. Состав процессов при производстве бетонных работ

Перечисленные потоки должны быть увязаны по времени и мощности необходимого оборудования. Исходные материалы и продукция переработки их многократно перемещаются внутри строительной площадки на короткие расстояния.

Для приготовления бетонных смесей, как правило, требуются материалы, поставляемые с других предприятий (цементы, добавки), местные материалы, добываемые на месте (щебень, гравий, песок), а также вода.

Все используемые материалы должны отвечать требованиям ГОСТ. В противном случае резко ухудшается качество бетона, и возмодимые сооружения быстро выходят из строя. Особое внимание следует обращать на качество местных материалов.

Щебень и гравий должны быть рассортированы по крупности на фракции со следующими диаметрами частиц: 5 .20; 20 .40; 40 .70; 70 .120 (150) мм. Прочность материала щебня или гравия должна быть выше заданной прочности бетона не менее чем в 1,5 . 2 раза. Содержание примесей мелких глинистых и пылеватых частиц в гравии не должно превышать 1 .2 % по массе.

Песок для бетона должен иметь крупность частиц 0,15 .5 мм. Иногда песок делят на две фракции: мелкий - 0,15 .2 мм и крупный-2 .5 мм. Содержание частиц <0,15 мм ограничено 2 .3%.

Вода, используемая для приготовления бетона и ухода за ним, не должна иметь механических примесей, а растворимых соединений содержать более 5 г/л. Общее содержание сульфатов в воде не должно превышать 2,7 г/л, а показатель концентрации водородных ионов рН быть не ниже 4.

Цементы, поступающие с заводов, следует хранить отдельно по маркам без смешивания. Они теряют свои свойства от сырости и слеживаются при длительном хранении. После длительного хранения необходимо проверять качество цемента в строительной лаборатории, так как возможно снижение его активности.

Марка цемента должна превышать заданную марку (прочность) бетона:

В качестве добавок для улучшения свойств бетона чаще всего используют: пластификаторы (сульфитно-дрожжевая барда - СДБ, хлористый кальций- СаС12); ускорители твердения в зимнее время (СаС12, NaCl; K2CO3; NaNO2); неактивные добавки для понижения тепловыделения и экономии цемента (тонкомолотый кварцевый песок и др ).

Состав бетона подбирают в строительной лаборатории с учетом свойств местных материалов и условий производства работ.

В первом приближении гранулометрический состав местных материалов (щебня, гравия, песка) должен соответствовать заштрихованным зонам графиков, приведенных на рисунке 66. В противном случае исходные материалы нуждаются в переработке.

Для предварительной оценки потребности в материалах можно считать, что на 1 м3 бетона надо иметь:

От количества воды в составе бетонной смеси зависят его пластические свойства, оцениваемые, как известно, по осадке стандартного конуса (в см) или показателю жесткости (в с). Бетонные смеси относят к жестким при осадке конуса ОК=0…3 см, к пластичным при ОК=3 .6 см и к литым при ОК>6 см.

Жесткие смеси плохо заполняют опалубку (форму), с трудом уплотняются, но при хорошем уплотнении имеют высокую прочность, что позволяет уменьшить расход цемента.

Преимущественно используют пластичные смеси, которые легко заполняют опалубку даже при большом количестве арматуры и хорошо уплотняются вибраторами.

Литые бетоны применяют сравнительно редко, так как они требуют более высоких норм расхода цемента для компенсации потерь в прочности бетона из-за повышения пористости

Подвижность (пластичность) бетонной смеси назначают с учетом особенностей бетонируемой конструкции. Бетоны относятся к материалам, которые получаются из исходных компонентов в процессе химических реакций, протекающих в условиях стройплощадки. Это обстоятельство требует от производителя работ знания основных закономерностей образования бетонного камня и влияния различных технологических факторов на конечные свойства бетона.

Стоимость единицы объема бетонных работ довольно высока и характеризуется следующими средними цифрами (р. на 1 м3):

Подтоварным бетоном понимают бетонную смесь на месте ее приготовления без затрат на доставку, укладку ее в блоки, без стоимости опалубки и арматуры. Стоимость бетона в конструкции (в деле) определяют с учетом всех названных затрат.

В общей стоимости бетона на долю всех материалов (с опалубкой и арматурой) приходится до 65 .85%, на зарплату-10 .30%, на эксплуатацию машин - около 5 % всех затрат.

§ 3. Переработка камня и гравийно-песчаной смеси

Предприятия для переработки материалов. Добытые в карьерах природные материалы, как правило, нельзя сразу же использовать для приготовления бетонных смесей. Они нуждаются в переработке, с тем чтобы свойства их соответствовали требованиям бетонных работ, а именно: по крупности частиц, гранулометрическому составу, прочности, однородности минералогического состава, содержанию примесей.

Переработку материалов выполняют на специализированных установках и предприятиях. Камень на щебень перерабатывают на дробильно-сортировочных предприятиях, а гравийно-песчаные смеси и песок - на промывочно-сортировочных.

Материалы целесообразно перерабатывать по месту добычи, чтобы не перевозить образующиеся при этом отходы. Переработку сырья на месте приготовления бетона можно допускать в тех случаях, когда все получающиеся попутно материалы могут найти применение для строительных работ.

По характеру потребителей различают построечные предприятия, обслуживающие только одно строительство, и промышленные (районные) предприятия, обеспечивающие материалами всех заинтересованных потребителей в своей зоне.

С учетом необходимой мощности предприятий и длительности их использования применяют:

передвижные установки (на колесном ходу) при годовой потребности в материалах до 50 тыс. м3; сборно-разборные инвентарные при ограниченном сроке использования и потребности в материалах до 50 .200 тыс. м3; стационарные постоянно действующие предприятия с производительностью более 200 тыс. м3 в год.

Заготовка щебня. Основные операции по переработке камня на щебень следующие:

дробление (измельчение) крупных фракций до заданных размеров в камнедробилках разных типов;

сортировка или грохочение смеси частиц разных размеров на необходимые группы фракций с помощью грохотов и сортировок;

мойка для освобождения от примесей мелких частиц (обычно совмещается с грохочением);

обогащение - переработка с целью удаления из смеси непригодных для бетона каменных материалов малой прочности, плохой морозостойкости, большого водопоглощения, малой плотности;

грануляция - специальная обработка частиц камня для придания им округлой формы;

перечистка - дополнительная сорти­ровка и промывка материалов непосредственно перед приготовлением бетона в случаях загрязнения их при транспортировке и хранении на складах.

Чтобы избежать операций по обогащению и грануляции, требующих специального сложного оборудования, следует выбирать исходное сырье, имеющее однородный минералогический состав и необходимые для бетонных работ физико-технические свойства.

Для дробления камня выбирают камнедробилки разных типов и марок с учетом наибольшего размера исходного камня (куска), необходимой степени измельчения для получения фракций нужного размера, прочности перерабатываемого камня, необходимой производительности.

Наибольший размер камня, который может быть переработан камнедробилками, обычно составляет:

Dmax = (0,8 . 0,85)Ввх, где

Ввх - размер приемной входной щели.

Степень измельчения камня камнедробилками оценивают отношением

і=Dmax/dвых, где

dвых, - диаметр камня, получаемого на выходе после дробления.

Для большего измельчения камня применяют последовательное дроблеление на нескольких камнедробилках с уменьшающимися размерами входной щели. общая степень измельчения : iобщ=i1i2i3…

После дробления камня получается неоднородная по крупности смесь частиц, характеризующаяся графиками продуктов дробления. Используя такие графики, определяют количество дробленых частиц разных фракций, пригодных для применения, нуждающихся в дальнейшем дроблении и идущих в отходы. Под суммарным выходом верхнего класса следует понимать общее количество частиц, остающихся после рассева дробленого материала на ситах, применяемых для анализа гранулометрического состава.

Дробленый камень или природная гравелистая смесь подлежит сортировке на фракции 5 .20; 20 .40; 40 .70; 70 . 120 (150) мм в соответствии с подобранным составом бетонов и параметрами используемых бетоносмесителей. Для рассева смеси частиц применяют грохоты разных типов: колосниковые неподвижные и вибрационные- для первичного грохочения; плоские вибрационные и эксцентриковые- для сортировки на две-три фракции; барабанные - для сортировки на две-три фракции и одновременной промывки каменистых материалов; вибросита - для отсева песка.

Состав процессов и оборудования для переработки камня на щебень зависит от свойств исходного сырья и требований кготовой продукции. Применяют различные технологические схемы переработки (рис. 71).

Если поток материала или часть его проходит через каждую операцию один раз, то такая переработка называется переработкой по открытому циклу (рис. 71,а).

Если весь поток материала или часть его проходит повторно операцию дробления, то такая переработка называется переработкой по замкнутому циклу (рис. 71,6). Если для дробления используется одна дробилка, то имеем одноступенчатую схему дробления; если последовательно две или три разные, то двухступенчатую, трехступенчатую и т. д. (рис. 71, в).

Входное отверстие дробилки каждой последующей ступени должно быть на 50 .60 % больше, чем выходное предыдущей ступени.

Переработка гравийно-песчаных смесей. В естественной залежи песка и гравия встречаются валуны, пылеватые и глинистые частицы. Пылеватые и глинистые частицы, содержащиеся в смеси сверх нормы по ГОСТ, удаляют.

Валуны выделяют и используют для других целей или превращают в щебень. Основные операции при переработке смеси: первичное грохочение для разделения смесей на песок (0,15 .5 мм), гравий (5 .150 мм) и валуны (>150мм); промывка песка; промывка гравия; дробление валунов; сортировка гравия и щебня по крупности.

Способ переработки смесей зависит от способа добычи ее: землеройными машинами или средствами гидромеханизации. В первом случае смесь поступает в состоянии естественной влажности, во втором - в виде пульпы.

Кроме того, большое значение имеет содержание в смеси пылеватых и глинистых частиц и крупность материала. В зависимости от этих факторов при добыче материалов землеройными машинами процесс переработки может быть сухим или мокрым.

Сухой процесс (рис. 72, а) применяют при небольшой загрязненности смеси пылеватыми и глинистыми частицами (в сумме не более 3 .5%). При большой загрязненности смеси применяют мокрый процесс.

Сухой процесс заключается в основном в рассортировке материала по крупности. Промывка в этом случае способствует лучшему отделению песка от гравия.

Материал промывают на грохотах из брызгал - трубок с отверстиями, направляющими струи воды под углом к поверхности сита навстречу движению материала по нему.

Рис. 71. Технологические схемы переработки камня на щебень:

а – одноступенчатая по открытому циклу; б- одноступенчатая по замкнутому циклу; в - двухступенчатая по замкнутому циклу; 1- бункер камня для дробления камня; 2-питатель; 3 - щековая камнедробилка; 4- ленточные гранспор1еры; 5 - грохот; 6 - бункера для готового щебня; 7 – конусная камнедробилка; 8- лоток.

Мокрый процесс заключается в грохочении материала и промывке его для удаления пылеватых и глинистых частиц с помощью моющих машин и устройств - моечно-сортировочных барабанов, гравиемоечных барабанов, пескомоек. В последующем материал обезвоживают на ситах, в от­стойниках и бункерах, имеющих дренажные устройства.

При добывании материала в карьерах способом гидромеханизации он поступает на переработку в виде пульпы. Этот способ добычи исключает промывку. Первичная рассортировка ведется на простейших установках, где пульпа пропускается через сито, позволяющее отделить гравий от песка. Последующая рассортировка гравия по крупности выполняется грохочением, так же как в сухом процессе.

Для выделения пылеватых и глинистых частиц песчаную пульпу перерабатывают в гидравлических классификаторах, работа которых основана на осаждении в водной среде грунтовых частиц различной крупности с разной скоростью.

Применяют гравитационные и центробежные классификаторы (гидроциклоны). Гравитационные бывают вертикальные, горизонтальные, без подвода и с подводом рабочей воды. В классификаторах создают такой режим движения воды, при котором мелкие глинистые и пылеватые частицы остаются во взвешенном сое-стоянии и отводятся вместе с осветленной водой. Более крупные частицы оседают в нижней части классификатора и отводятся к месту обезвоживания и складирования. При соответствующем гидравлическом режиме можно проводить не только промывку, но и сортировку частиц песка по фракциям. Нужный гидравлический режим обычно обеспечивают дополнительным подводом рабочей воды в зону сортировки частиц.

В центробежных классификаторах для разделения частиц используют центробежные силы, возникающие при вращении потока со смесью частиц в емкостях специальной формы. Такой процесс сортировки частиц более энергоемок, так как требует больших давлений (порядка 0,2 . 0,6 МПа).

Обезвоживание песчаной пульпы осуществляют в отстойниках с дренажными устройствами в виде перфорированных труб, помещенных внутри гравийных фильтров.

При обезвоживании песка непосредственно в штабелях устраивают дамбы обвалования с отводом воды через сбросные колодцы и дренажные устройства.

§ 4. Технология приготовления бетонной смеси

Вотличие от большинства используемых в строительстве материалов бетонную смесь нельзя заготовить заранее и перевозить на большие расстояния. После приготовления она должна быт доставлена и уложена в блоки сооружения до начала схватывания (обычно 1 .3 ч). Эта особенность требует приготовления бетонной смеси вблизи мест ее укладки так, чтобы время нахождения ее в пути в летнее время не превышало 1 ч.

Процесс приготовления бетонной смеси состоит из следующих операций: транспортировки материалов со склада, дозирования, загрузки в бетоносмеситель, перемешивания, выгрузки.

Ведущий процесс - перемешивание смеси - осуществляют в бетоносмесителях разных типов и конструкций (табл. 55).

В зависимости от используемого оборудования процесс приготовления будет либо цикличным (при использовании бетоносмесителей цикличного действия), либо непрерывным (с бетоносмесителями непрерывного действия).

Таблица 55. Основные параметры и область применения бетоносмесителей

Перемешивание и в том и в другом случае происходит или при свободном падении - пересыпании исходных материалов (в гравитационных бетоносмесителях), или принудительно под действием движущихся лопастей. Бетоносмесители с движущимися лопастями пригодны для приготовления жестких и пластичных бетонных смесей со щебнем и гравием ограниченной крупности (до 40 .70 мм). В строительстве широко распространены барабанные гравитационные бетоносмесители цикличного действия, для которых крупность заполнителей доходит до 70 . 150 мм и возможно приготовление смесей разной консистенции. Для приготовления особо жестких смесей (с осадкой конуса около нуля) следует применять вибросмесители.

Основной рабочий параметр бетоносмесителей цикличного действия - вместимость их барабанов. Различают следующие вместимости барабана: геометрическую Lг, по загрузке Lзагр и по выходу бетонной смеси Lвых (рис. 74).

Вместимость барабана по загрузке характеризует суммарный объем материалов, необходимый на один замес. Загрузочная вместимость барабанов бетоносмесителей составляет 25 .30 % их геометрической вместимости. Вследствие более плотной укладки исходных материалов при перемешивании с заполнением всех пор мелкими частицами песка и цемента объем готовой бетонной смеси будет меньше суммарного загруженного количества исходных материалов (рис. 74, д, е).

Между вместимостями по загрузке и выходу бетонной смеси существует зависимость:

,

где

- коэффициент выхода бетонной смеси; Щ, П, Ц - масса доз щебня, песка и цемента на 1 м3 бетона; γщ, γп,γц- средняя плотность щебня, песка, цемента, т/м3.

Таблица 56. Минимальная продолжительность перемешивания смесей для тяжелых бетонов, с

Рис. 74. Приготовление бетонной смеси в гравитационных смесителях цикличного действия:

а - передвижной бетоносмеситель вместимостью по выходу 65 л; б - стационарный бетоносмеситель вместимостью по выходу 330, 800, 1600 л; в, г - схемы, поясняющие понятия, вместимость бетоносмесителя по загрузке L загр и по выходу L вых ; д, е - схемы, характеризующие изменение объема, занимаемого материалами в процессе перемешивания.

Для обычных тяжелых бетонов коэффициент выхода составляет примерно 0,65 .0,70.

Приготовляемые бетонные смеси Должны иметь заданные состав, подвижность (с точностью до ±1 см), среднюю плотность (с точностью ±3%), равномерное перемешивание составляющих.

Равномерность перемешивания смеси определяется длительностью перемешивания, которую назначают в зависимости от вместимости барабана бетоносмесителей и жесткости бетонной смеси (табл. 56).

С уменьшением длительности перемешивания резко снижается конечная прочность бетона.

Продолжительность перемешивания малоподвижных бетонных смесей увеличивают не менее чем на 30%. Значительное увеличение продолжительности перемешивания не допускается, так как оно приводит к ухудшению качества бетонной смеси вследствие истирания частиц.

Дозирование материалов выполняют объемным, весовым или комбинированным способом. Рекомендуется применять весовой способ как более точный (до ± 1 .2 %). Менее точный объемный способ (до ±3 .5 %) иногда применяют при отсутствии необходимого оборудования на неинвентарных бетоно-смесительных установках малой производительности, причем цемент надо дозировать весовым способом. При дозировании сыпучих материалов следует учитывать их влажность, вводя поправки к количеству воды, необходимой на замес. Воду достаточно точно дозируют объемным способом.

Необходимое на каждый замес количество материалов для заданного состава бетона находят из следующих соотношений:

при дозировании весовым способом

при дозировании объемным способом

, где

Gi - масса дозы каждого из исходных материалов (щебня, песка, цемента, воды) на 1 м3 бетонной смеси;

G і- масса дозы тех же материалов на один замес;

Vі и V'і - объемные дозы исходных материалов соответственно на 1 м3 бетонной смеси и на один замес.

Для хорошего перемешивания материалов барабан бетоносмесителя должен быть загружен в соответствии с Lзагр . Перегрузка и недогрузка бетоносмесителя более чем на 10 % резко ухудшают однородность готовой смеси.

Сыпучие материалы дозируют различными дозаторами и приспособлениями. Дозаторы цикличного действия имеют либо мерный ящик при объемном способе дозирования, либо весовой ящик при весовом способе. Ящики заполняют из расположенных выше бункеров через течки с затворами.

Для каждого состава бетона вместимость мерного ящика регулируют, изменяя взаимное положение подвижной и неподвижной его частей. Степень заполнения мерного ящика оценивают визуально, что затрудняет автоматизацию управления загрузкой бетоносмесителя.

Ящик весовых дозаторов специальной системой подвесок связан с весовым механизмом. После набора в бункер дозатора заданного количества материала поступление его из расходного бункера прерывается автоматической системой (или вручную).

Для бетоносмесителей непрерывного действия необходимо непрерывное поступление исходных материалов в заданных количествах, которое обеспечивают дозаторы непрерывного действия с системой автоматического контроля за количеством идущего материала. Непрерывная подача материалов в таких дозаторах осуществляется системой питателей разных типов: ленточных, лотковых, шнековый, тарельчатых и др. При изменении количества поступающего материала нарушается равновесие весовой системы, которое улавливается датчиками перемещения и передается в блок автоматики. Последний вырабатывает сигнал для изменения режима подачи материалов (положение затворов, частота вращения двигателей, угол наклона лотков, частота колебаний вибропитателей и др.).

Производительность (м3/ч) бетоносмесителей цикличного действия можно определить по формуле:

где

n = 3600/Тд - число замесов за час;

Кв- коэффициент использования рабочего времени;

Tn = t1 + t2 + t3 - продолжительность одного цикла;

t1 + t2 + t3 -продолжительность соответственно загрузки, перемешивания и выгрузки бетонной смеси.

Число замесов за час зависит от степени механизации и автоматизации процессов дозирования, загрузки материалов и выгрузки бетонной смеси, а также от требуемой продолжительности перемешивания (табл. 57).

Число замесов за час для крупных бетоносмесителей меньше, чем для мелких, из-за большей продолжительности перемешивания. Это обусловлено меньшей скоростью вращения барабанов во избежание влияния центробежных сил и необходимостью перемешивать большие количества материалов за один замес.

§ 5. Установки и заводы бетонной смеси

Весь комплекс процессов по приготовлению бетонной смеси выполняют на специализированных установках или заводах бетонной смеси. Бетоносмесительной установкой принято называть передвижной агрегат или стационарный комплекс, оснащенный устройствами и оборудованием для выполнения всех процессов по приготовлению бетонной смеси (от дозирования до выдачи готовойпродукции).

Заводы бетонных смесей - это стационарные предприятия, рассчитанные на длительный срок работы и имеющие в своем составе, кроме бетоносме-сительной установки, систему механизированных складов, внутризаводские средства транспортировки материалов, подъездные пути, а также вспомогательные и обслуживающие устройства и объекты (компрессор, котельная, лаборатория, системы энергоснабжения, водоснабжения и др.) (рис. 75). Часто их называют цементно-бетонными заводами (ЦБЗ) в противоположность асфальтобетонным, предназначенным для приготовления асфальтобетонов на основе органических вяжущих (битумы, асфальты и др.).

Все предприятия и установки для приготовления бетонных смесей классифицируют: по назначению (товарного бетона - без привязи к определенному потребителю и построечные - центральные и участковые); по мобильности (передвижные, стационарные, сборно-разборные, стационарные неразборные); по характеру процесса приготовления смеси (цикличного и непрерывного действия);по степени автоматизации процессов (неавтоматизированные, автоматизированные, полуавтоматизированные, автоматизированные с программным управлением). В зависимости от объемов бетонных работ, их концентрации, сроков выполнения и необходимой интенсивности бетонную смесь готовят:

в отдельно стоящих передвижных бетоносмесителях при очень малых рассредоточенных объемах работ, на объектах, удаленных от центральных баз и крупных строительных площадок, при интенсивности бетонных работ до 3 .6 м3/ч;

на передвижных бетоносмесительных установках при малых сроках и значительных объемах работ, рассредоточенных на больших площадях и линейных объектах, при интенсивности работ до 6 .12 м3/ч;

на стационарных сборно-разборных бетоносмесительных установках и заводах бетонной смеси при выполнении больших сосредоточенных в одной зоне объемов работ, при сроках работ на одном месте до 5 .6 лет и интенсивности более 12 м3/ч;

на стационарных неинвентарных заводах бетонной смеси, возводимых по индивидуальным проектам в расчете на длительную эксплуатацию в одном месте и при большой интенсивности бетонных работ (на центральных производственных базах, на постоянных предприятиях для изготовления железобетонных деталей сборных сооружений, при крупных гидроузлах).

По конструкции и компоновке основного оборудования все бетоносмесительные установки классифицируют с учетом вертикального размещения оборудования, горизонтальной компоновки его, числа бункеров, дозаторов и обслуживаемых ими бетоносмесителей.

Вертикальная компоновка оборудования в значительной мере зависит от топографических условий местности, где располагается завод, и от рабочих параметров оборудования (рис. 76, а, б, в).

Схема а предусматривает расположение смесительной установки у естественного уступа местности, закрепленного подпорной стенкой. По этой схеме материалы подаются в надбункерное помещение вагонетками широкой и узкой колеи, транспортерами, автомобилями-самосвалами при расположении складов материалов на уровне бровки уступа.

Схема б предусматривает наиболее часто встречающийся случай одноступенчатой подачи материалов на полную высоту, потребную для последующего гравитационного перемещения материала. Для такого универсального случая выпускают, как правило, сборно-разборные установки.

Схема в предназначена для случая двухступенчатого подъема. Первую ступень составляют расходные бункера, дозаторы и сборные воронки, вторую - бетоносмесители и раздаточные бункера. Эту схему применяют, когда механизмы для подъема материалов лимитируют высоту подъема или да в комплекте с бетоносмесителями имеются скиповые подъемники, рассчитанные по высоте на подачу материалов непосредственно в барабан бетоносмесителя. По такой схеме выпускают передвижные установки бетонной смеси.

Размещение бетоносмесителей в плане может быть (рис. 76, г, д, е) однорядным, двухрядным, гнездовым.

По числу расходных бункеров, дозаторов и бетоносмесителей могут быть такие решения: на каждый бетоносмеситель свой комплект бункеров и дозаторов; на каждый комплект бункеров и дозаторов два бетоносмесителя и более.

Наиболее полно используется оборудование при одном комплекте бункеров и дозаторов на два бетоносмесителя и более. Такие заводы в целом имеют меньший строительный объем здания и более компактное расположение оборудования.

При выборе числа бетоносмесителей руководствуются следующими соображениями:

число их должно быть по возможности меньшим для сокращения строительного объема здания;

желательно иметь не менее двух бетоносмесителей, чтобы не прекращать подачу бетонной смеси в случае приостановки по каким-либо причинам работы одного бетоносмесителя (ремонт, очистка) и иметь возможность уклады бетон разных марок одновременно;

число бетоносмесителей должно быть кратным двум (2, 4, 6), что позволяет легко приспосабливать секции типовых сборно-разборных установок (имеющих по два бетоносмесителя).

Рис. 76. Схемы вертикальной и горизонтальной компоновок оборудования установок бетонной смеси:

а- одноступенчатая с использованием уступа местности; б - одноступенчатая; в - двухступенчатая, г - однорядное расположение бетоносмесителей; д - двухрядное; е - гнездовое; 1- расходный бункер, 2 - дозатор, 3 - сборная воронка, 4 - бетоносмеситель; 5 - бункер готовой смеси; 6 - скиповый подъемник.

В надбункерное помещение щебень, гравий и песок подают ленточными транспортерами, ковшовыми цепными элеваторами, реже скиповыми подъемниками, грейферными ковшами подъемных кранов. Между расходными бункерами эти материалы распределяют с помощью поворотной воронки.

В надбункерное помещение цемент подают либо механическим способом (ленточными элеваторными подъемниками), либо пневматическим способом (сжатым воздухом по трубчатому цементопроводу).

Расходные бункера имеют вместимость в расчете на 2 .6 ч работы бетоносмесителей из условия загрузки и необходимости прогрева материалов зимой. В нижней части бункеров расположено выходное отверстие - течка, перекрываемая затвором (секторным, челюстным, лотковым и др.).

Из расходных бункеров материал поступает в дозаторы и далее в общий сборный бункер-воронку. Через течки сборного бункера поочередно загружаются установленные ниже бетоносмесители (обычно два).

Готовая смесь выгружается в бункера готовой смеси, выход из которых закрывается шторно-роликовыми или секторными затворами.

При двухступенчатой компоновке отделения а, б, в находятся в одном здании, а отделения г, д -в другом (рис.76, в).

Готовая смесь из бункеров поступает в транспортные средства.

Заводы и установки бетонной смеси непрерывного действия отличаются от заводов и установок цикличного действия тем, что подача материала, дозирование его и перемешивание осуществляются непрерывно.

Заводы и установки непрерывного действия устраивают по двухступенчатой схеме (рис. 79): расходные бункера гравия, песка, цемента и дозаторы для них размещают в одном помещении, а бетоносмесители, дозаторы воды (а иногда и дозаторы цемента) и раздаточные бункера - в другом. Сборный транспортер, расположенный ниже бункеров и дозаторов, направляет отдозированную смесь по наклонной линии непосредственно в барабан бетоносмесителя, куда подается и вода.

Бетонные заводы непрерывного дей­ствия по сравнению с заводами цик­личного действия имеют меньший стро­ительный объем зданий и меньшую металлоемкость оборудования.

Бесперебойная работа установок и заводов бетонной смеси обеспечивается необходимым запасом исходных материалов на складах. Их вместимость Ai устанавливают с учетом суточной потребности в каждом виде материалов и необходимой нормы запаса:

Ai=VсутТз+VсутКнер , где

Vcyт - суточный расход каждого вида материалов, м3 или т;

Т3 - норма запаса материалов, сут;

Кнер - коэффициент неравномерности поступления материалов на склад (1,5 .3).

Суточный расход материалов связан с производительностью завода и режимом его работы:

Vcyт= ViПэtчС,где

Vi - необходимое количество материала на 1 м3 бетона;

Пэ - эксплуатационная производительность завода за 1 ч;

tч - продолжительность смены, ч;

С - число рабочих смен в сутках.

Норму запаса Tз принимают с учетом свойств хранимых материалов, способа и дальности их доставки. Для уменьшения затрат на строительство складов нормы запаса должны быть минимальными.

Цемент с учетом его свойств хранят в специализированных складах закрытого типа для защиты от сырости и распыления. Применяют следующие типы складов: амбарные, силосные, бункерные (табл. 58).

При ЦБЗ наиболее широко распространены типовые силосные склады. Цемент на них хранят в цилиндрических емкостях (силосах), изменяя число которых легко получить нужную вместимость склада. При необходимости частого перебазирования и малых объемах хранимого цемента следует применять инвентарные силосы, перевозимые в собранном виде на прицепах-тяжеловозах (трейлерах).

Загрузка силосных складов и подача из них цемента в расходные бункера бетоносмесительной установки полностью механизированы и осуществляются либо сжатым воздухом по трубам (пневмотранспорт), либо механическими средствами (шнековыми транспортерами и вертикальными ковшовыми элеваторами).

Для песка, щебня, гравия применяют в основном склады открытого типа. В редких случаях, когда к качеству этих материалов предъявляют повышенные требования (стабильная влажность, положительные температуры зимой), используют закрытые склады.

Рие 79 Технологические схемы бетоносмесительных установок непрерывного действия-

а - передвижной, б - стационарный двухступенчатый с подачей всех материалов из дозаторного отделения; в -то же, с дозированием цемента в смесительном отделении, I- дозаторное отделение, II - бетоносмесительное отделение, 1- расходные бункера материалов; 2 - дозаторы непрерывного действия; 3 - ленточный транспортер; 4 - дозаторы для воды; 5 - бетоносмесители непрерывного действия; 6 - бункер готовой смеси; 7- расходный бункер цемента; 8 -дозатор для цемента; 9- смеситель воды и цемента, 10 - транспортер для готовой смеси.

Таблица 58. Склады для цемента

На складах открытого типа все материалы хранят по фракциям в штабелях или траншеях. По форме укладки материалов различают штабеля: призматические, обелисковые, конусные, траншейные, траншейно-штабельные (рис. 81, а . д).

В зависимости от способа доставки формы штабелей, их размеров для укладки материалов в штабеля применяют ленточные транспортеры, автомобильные мостовые эстакады, специализированные штабелеукладчики, подвесные канатные дороги (рис. 81, ж, з). Применять для этих целей бульдозеры не рекомендуется, так как это приводит к ухудшению качества материалов (загрязнение, измельчение).

К бетоносмесительным установкам материалы подают ленточными транспортерами, погрузчиками цикличного и непрерывного действия, подъемными кранами с грейферным ковшом, канатно-скреперными установками.

Полная механизация и автоматизация всех процессов проще всего обеспечивается при использовании ленточных транспортеров, располагаемых в галереях под штабелями (рис. 81, и). Транспортеры загружают через течки, перекрываемые затворами, управляемыми вручную или дистанционно.

Компоновку всех объектов ЦБЗ проводят с учетом их взаимодействия, особенностей и специфики внутризаводской транспортировки материалов, расположения подъездных путей и потребителей бетонной смеси (см. рис. 75).

Потребную мощность (производительность) ЦБЗ или установки определяют по расчетной интенсивности бетонных работ с учетом общего объема и сроков производства работ.

В тех случаях, когда составлен график укладки бетонной смеси в сооружения, за расчетную интенсивность принимают наибольшую месячную потребность в бетоне в самый напряженный период производства бетонных работ (Vмес.mах).

При отсутствии таких графиков расчетную интенсивность устанавливают по среднему значению за весь срок производства бетонных работ с учетом неравномерности укладки бетонной смеси:

, где

Vб- общий объем бетонных работ, м3;

Тб- срок производства бетонных работ по календарному плану , мес;

Кнер- коэффициент неравномерности производства бетонных работ, принимаемый при расчетах в пределах 1,2…1,4 (меньше значение при больших объемах работ, большее – при малых).

Производительность ЦБЗ, бетоносмесительной установки должна обеспечивать расчетную интенсивность бетонных работ:

, где

Пэ- эксплуатационная производительность одного бетоносмесителя, м3/ч;

nбм –число бетоносмесителей (обычно кратное двум);

tд- число рабочих дней в месяце;

tч- продолжительность рабочей смены, ч;

С – число рабочих смен в сутках.

Для выполнения больших объемов работ, рассредоточенных на большой площади, подбирают несколько установок или ЦБЗ, размещая их в зонах сосредоточения потребителей бетонной смеси и учитывая возможность перебазирования их по мере завершения работ в пределах одной зоны.

Стационарные бетоносмесительные установки и заводы даже в инвентарном исполнении требуют значительных затрат времени на их строительство, что необходимо учитывать при разработке календарных планов строительства объектов.

Лекция № 11: «Технология монолитного бетона и железобетона. Опалубливание и армирование конструкций»

1. Арматурные работы

Для армирования бетона в зонах растягивающих напряжений используют арматурную сталь круглого сечения или прокатные стальные профили (уголки , швеллеры, двутавры). А так же стеклопластиковая арматура в виде нитей d=3 ….6 мм, стержней d>6 мм плоских лент сечением 1,5…3x10мм.

В гидромелиоративном строительстве наиболее распространена стальная горячекатаная арматурная сталь гкласса А: гладкая диаметром 6 .40 мм и периодического профиля- 6 .90 мм с временным сопротивлением на разрыв 380…600 МПа.

Легкая арматура диаметром до 8 . 14 мм выпускается в бухтах, а при большем диаметре - отдельными стержнями длиной по 9 12 м.

Содержание арматуры в железобетоне 40 . 100 кг на 1 м3 кладки. Для гидротехнических сооружений, особенно массивных конструкций, характерна малая насыщенность арматурой в среднем 40 .60 кг ня 1 м3 кладки.

Арматурные работы имеют предшествуют укладке бетона.

Арматурные конструкции при необходимости используют в качестве основы для крепления опалубки, закладных частей, а также для установки на них строительных механизмов.

По степени укрупнения арматурных конструкций различают арматуру:

- прутковую в виде отдельных стержней,

- штучные элементарные арматурные конструкции в виде сеток, балок, колонн пакетов

- арматурные конструкции второй степени укрупнения - пространственные конструкции , являющиеся частями или целыми арматурными каркасами строительных блоков.

Арматурные конструкции, которые используют только для армирования бетона, называются свободными. Арматурные конструкции используемые также для поддержания опалубки, закладных частей, бетона и размещения на них строительных машин, называются несущими.

В укрупненном виде в блок подают до 80 .85 % массы всей арматуры, и только до 15 .20% состявляют крепи соединения, устанавливаемые на месте в блоке.

Придание армоконструкциям прочности при использовании в качестве несущих конструкций требует перерасхода металла, который для свободных армоконструкций составляет 20…30% и для несущих – до 80% массы арматуры.

Все операции, связанные с арматурнымиработами, можно разделить на следующие группы: заготовительно-складские; заготовка отдельных стержней; сборка арматурных конструкции; транспортировка их к месту установки; монтаж арматурных конструкций.

Переработка арматурной стали требует специального станочного оборудования, заключается в выполнении следующих операций: правка стержней, очистка их от ржавчины, окалины, грязи; разметка, резка, гнутье ; транспортировка и. комплектование заготовок; сборка арматурных конструкций.

Состав операций и применяемые механизмы яри переработке арматурной стали

Арматуру собирают в укрупненные элементы на стендах. Соединение выполняют или связкой вязальной проволокой диаметром до 2 мм, или сваркой. Преимущественный способ соединения – дуговая контактная сварка.

Элементы соединяют: в нахлестку со швом между элементами или при помощи односторонних и двусторонних накладок со швами между элементами и накладками.

Рис. 96. Соединение арматурных элементов электросваркой:

а - основные типы стыков при сварке встык, ванным способом, внахлестку я с накладками;

б - сварные стыки стержневой арматуры с закладными частями;

в - схема контактной стыковой сварки;

г -схема кон­тактной точечной сварки,

д - электродуговая сварка;

1 -свариваемые элементы,

2- зажимы,

3 - трансформаторы;

4 - контактные электроды;

5 - пневмоцилиндр;

6- сварочный трансформатор сварочный агрегат или сварочный преобразователь,

7 - кабели низкого напряжения;

8 - сварочный электрод. (Размеры в мм.)

Потребную сменную производительность можно найти по расчетному потоку бетонных работ (т в смену):

Применяют следующие типы предприятий: арматурные мастерские (сараи, площадки) при малых объемах работ; арматурные цехи производительностью до 30 т в смену; арматурные заводы производительностыо 30, 100, 200 т в смену и более.

Опалубка служит формой для бетонных и железобетонных блоков.

Рис. Классификация опалубки.

Рис. 99. Щит сборно-разборной опалубки:

1- палуба;

2- ребра;

3 - горизонтальные схватки;

4 - диагональные схватки;

5 - анкеры;

6 - узел крепления щита опалубки к наклонной тяге.

Стоимость опалубки в гидротехническом строительстве составляет в среднем 10….40% стоимости бетонных конструкций.

Применяют различные виды опалубки (рис. 98)

Опалубка имеет следующий части рабочую поверхность (палубу), ребра жесткости, систему горизонтальных и диагональных схваток, удерживающие конструкции в виде стоек, подкосов, прогонов, схваток.

Для изготовления элементов опалубки применяют: древесину в виде досок, брусьев и древесные материалы- δ ≥ 8…10%мм, древесноволокнистые и древесностружечные плиты δ = 4…50 мм, метел, железобетонные и бетонные сборные детали.

По характеру крепления и способу различают сборно-разборную щитовую многооборачиваемую, стационарную необорачиваемую, передвижную опалубку.

Стационарную необорачиваемую опалубку изготавливают индивидуально для данного блока из досок и брусьев. По окончании разбирают и используют на других блоках до 3…5 раз.

Сборно-разборную щитовую многооборачиваемую опалубку монтируют из готовых щитов и крепей. Оборачиваемость такой опалубки зависит от прочности материала , из которого она сделана (деревянная до 30…40, металлическая до 125 раз).

Подвижную применяют для однообразных по форме частей сооружений, развитых в высоту и длину.

Крепления щитов опалубки бывают: наружные – не связанные с бетонируемыми блоками и внутренние – закладываемые в забетонированные части сооружения. Наружные способы только для невысоких блоков бетонирования (до 2…3 м). При бетонировании блоков свыше 3 6 м переходят на внутренние крепления с использованием металлических стяжек, растяжек анкерных петель, закладываемых в бетонированные части сооружения. Применяют либо одноярусное крепление на высоту одного щита, либо двухъярусное. Одноярусную опалубку крепят одним из трех способов: основным, консольным и комбинированным.

Для бетонирования вытянутых по длине элементов применяют катучую опалубку портального, тоннельного или одностороннего, несущие рамы, установлены на тележках, перемещающихся по рельсам. Рабочие щиты крепят так, что бы их можно было перемещать вдоль бетонируемой части сооружения.

Рис. 100 Основные способы крепления вертикальных стенок опалубки.

а - при высоте плит и фундаментов до 0,2 м;

б -то же. до 0,5 м,

в - схема инвентарных наружных креплений при высоте не более 5 .6 м;

г - крепление стяжками и растяжками;

д - анкеры для крепления наклонных ,тяжей;

е, ж, з - основной, консольный и комбинированный способы крепления щитов опалубки в один ярус,

и -основной способ крепления щитов опалубки в два яруса со скользящей стойкой,

1 - кол или штырь;

2 - инвентарные подмости,

3 - стяжки;

4 - анкерные болты,

5 - тяжи,

6 - скользящая стойка.

Для бетонирования сооружений, развитых в высоту; применяют скользящую опалубку, которая поднимается вверх за счет перемещения рамы 1 шагающими домкратами 5, опирающимися на стержни несущей арматуры 6.

Рис. 101. Схемы крепления опалубки массивных блоков и эпюры боковых давлений бетонной смеси:

а - при высоте блоков до 3 м;

б - при высоте до 6 м;

в - при близком расположении откоса котлована;

г, д -для наклонных поверхностей;

е - поддерживающие леса для опалубки балок, ригелей перекрытий;

ж- эпюра действительных боковых давлений бетонной смеси на вертикальные стенки опалубки;

з- расчетная эпюра боковых давлений бетонной смеси;

и - расчетная эпюра боковых давлений с учетом динамических нагрузок при сбрасывании бетонной смеси;

1-эпюра гидростатического бокового давления бетонной, смеси как жидкого тела, 2 - фактическая эпюра давления. (Размеры и м.)

Рис. 102. Передвижная опалубка:

а, б - катучая портального и тоннельного типов;

в, г - сочетания опалубок портального и тоннельного типов для труб, коллекторов, водоводов;

д - скользящая для тонкостенных блоков;

е - то же, для массивных блоков;

1 - передвижные опорные конструкции и рамы;

2 - тележки;

3 - опалубочные щиты;

4 - винтовые домкраты или устройства для установки щитов в заданное положение;

5 - шагающий домкрат;

6 - опорные арматурные стержни;

7 - помост с перилами.

Опалубку рассчитывают на прочность от воздействия внешних нагрузок. На вертикально установленные щиты опалубки действуют горизонтальные нагрузки.

Боковое давление бетонной смеси определяют по формуле гидростатического давления жидкости:

, где

γб.с- сила тяжести 1 м3 бетонной смеси (для тяжелых бетонов 25 кН);

Нmax - максимальная глубина слоя бетона, в котором он находится в не схватившемся состоянии, м.

Опалубку изготовляют на специализированных предприятиях - в опалубочных цехах. В состав опалубочного цеха входят: склад сырья (досок, брусьев, фанеры); заготовительное отделение; разметочное, сборочное отделения и отделение ремонта опалубки; склад готовой продукции.

На месте установки опалубку обычно монтируют при помощи кранового оборудования, которое применяют для перемещения армоконструкции и бетона бадьях.

Снимать опалубку следует сразу же после набора минимально необходимой по условиям прочности.

При температуре 15°С такую прочность бетон набирает за 2 .3 сут. Для таких конструкций, как балки, прогоны, перекрытия, работающие на изгиб, для которых опалубка служит несущим элементом, прочность до опалубки должна быть до 70…100% расчетной , в зависимости от размеров пролетов.

В летних условиях для набора 70% расчетной прочности требуется 10…15 суток, а для набора 100%- 28 суток.

Уменьшение сцепления бетона с опалубкой достигается обстругиванием досок, очисткой от налипшего цемента и смазкой рабочей поверхности специальными составами. Смазки-суспензии на основе минеральных порошков (мел + вода; глина + машинное масло; цемент + масло + вода).

Лекция № 13: «Технология монолитного бетона и железобетона. Особенности технологии работ в экстремальных условиях»

§ 11. Производство бетонных работ в зимнее время

Особенности бетонных работ зимой.

Выполнение бетонных работ зимой усложняется не только отрицательным влиянием низких температур на работоспособность рабочих и эксплуатацию машин и механизмов. При температурах ниже 5°С резко снижается скорость нарастания прочности бетона (см. рис. 67,а), а с замерзанием воды процесс гидратации полностью прекращается. Если к моменту замерзания бетон не наберет достаточной прочности, то в нем при наличии в порах свободной воды появляются трещины вследствие расширения на 9 % образующегося льда. Вокруг крупных частиц-заполнителей происходит концентрация свободной воды, что нарушает однородность и монолитность бетона. Значительно снижается и сцепление бетона с арматурой.

После оттаивания твердение продолжается, но, так как образовавшиеся трещины неустранимы, бетон теряет прочность и часто имеет большую водопроницаемость. В связи с этим при производстве бетонных работ зимой принимают все меры, чтобы уложенный бетон к моменту замерзания набрал достаточную прочность (табл. 65), которую иногда называют критической.

При температуре от 0° до 5 °С прочность нарастает очень медленно. Опыт показывает, что в массиве блока при такой температуре через месяц прочность возрастает только до 1,0 . 2,0 МПа. Такое медленное нарастание прочности особенно важно учитывать при бетонировании осенью и весной, когда нужно прибегать к утеплению блоков.

С понижением среднесуточной температуры до 5° и наступлением ночных заморозков следует переходить на зимние способы производства бетонных работ.

Все способы и приемы зимнего бетонирования можно разделить на четыре группы (рис. 106): общие приемы ускорения набора прочности; применение противоморозных добавок; подогрев материалов на месте приготовления смеси или перед ее укладкой; подогрев бетона в блоках бетонирования.

Общие приемы ускорения твердения не требуют специальных устройств или оборудования и сводятся к использованию высококачественных чистых исходных материалов и тщательному соблюдению технологии производства работ. Выбор специального способа производства бетонных работ зимой в большей степени зависит от объемов и массивности блоков бетонирования, так как тонкостенные конструкции очень быстро охлаждаются. Для оценки массивности блоков бетонирования используют показатель, называемый модулем поверхности блока (м1):

, где

F- суммарная площадь поверхностей блока, через которое рассеивается тепло, м2

V- объем блока, м2.

Блоки принято считать массивными при М<3; немассивными при М=3 .5; тонкостенными при М>4 .6.

Для массивных блоков обычно достаточно подогреть материалы на месте приготовления бетона. В случаях,когда М>3, требуется дополнительный подогрев бетона в блоках на месте укладки или другие меры.

Использование противоморозных добавок. Для того чтобы поддержать воду в жидком состоянии при отрицательных температурах, применяют химические добавки. Они должны иметь низкую стоимость, быть безопасными в обращении, не ухудшать свойства бетона иарматуры. В строительной практике чаще других применяют следующие добавки: поташ - К2СО3; нитрит натрия - NaNО2; нитрат кальция - Са(NО3)2; нитрит-нитрат кальция - Ca(NO2)2+Ca(NO3)2; хлорид кальция - СаС12; хлорид натрия - NaCl иих смеси в строгом соответствии с указаниями по их применению.

Применение того или иного вида добавок в каждом конкретном случае определяется типом конструкции, условиями ее эксплуатации, ожидаемыми температурами наружного воздуха, экономичностью. Некоторые виды добавок ускоряют загустение бетонной смеси и ухудшают его удобоукладываемость. По этой причине их следует применять в сочетании с замедлителями загустения.

С понижением температуры приходится увеличивать концентрацию растворов, но и такая мера не позволяет получить расчетную прочность в обычные сроки (табл. 66).

Применение некоторых противоморозных добавок ограничено или запрещено: в армированных конструкциях, в конструкциях с напряженной

Рис 106. Методы производства бетонных работ в зимнее время арматурой, в агрессивных средах, в зонах переменного увлажнения, при опасности воздействия блуждающих токов.

Добавки вводят в бетонную смесь в процессе ее приготовления в виде растворов. Вначале обычно готовят концентрированные насыщенные растворы, применяя для ускорения растворения веществ горячую воду, нагретую до 40 .80°С. Из них получают растворы необходимой рабочей концентрации.

Подогрев бетонной смеси на месте приготовления или перед укладкой. Применение этого метода основано на использовании начального запаса тепла (q1) и тепла, выделяемого бетоном в процессе твердения при экзотермических процессах (q2). В массивных блоках с модулем поверхности М≤3 начального запаса тепла обычно бывает достаточно для набора бетоном необходимой прочности к моменту замерзания. С увеличением модуля поверхности даже сильно разогретый бетон быстро остывает (рис. 107). Для уменьшения потерь тепла применяют специальную утепленную опалубку. Метод укладки бетона с использованием только начальных запасов тепла иногда называют методом «термоса». За время остывания в окружающее пространство будет рассеяно количество тепла q3. Достаточность начального запаса тепла проверяют по уравнению теплового баланса

q1+ q2= q3

или в развернутом виде (по Б. Г. Скрамтаеву)

,где

γб- 2400 кг/м3 - плотность бетона;

Сб = 1,05 кДж/(кг-°С)- удельная теплоемкость бетона;

t б.н- начальная температура бетонной смеси при укладке, град;

Gп - количество цемента в 1 м3 бетона, кг,

Э -удельное тепловыделение при твердении 1 кг цемента, кДж/кг (табл 67);

М - модуль поверхности бетонного блока;

α- коэффициент, зависящий от степени обдуваемости блока ветром, влажности и качества теплоизоляции (1,3…2,3),

п - число суток, за которые температура снизится от начальной до 0°С;

tHB - средняя температура наружного воздуха;

tб.ср - средняя температура бетона за период остывания в зависимости от модуля поверхности блока М:

Коэффициент теплопередачи для опалубки, теплоизоляции, ограждения, Вт/(м-°С); α1,α2,α3-толщина слоев опалубки и теплоизоляции, м; λ1, λ2 λ3- коэффициенты теплопроводности материалов, Вт/(м-°С): картон, толь, рубероид- 0,17; доски - 0,2; опилки - 0,24; шлак - 0,34; минеральная вата - 0,49.

На основании уравнения теплового баланса находят либо необходимую начальную температуру t б.н, либо требующийся коэффициент теплопроводности опалубки - К, либо число суток, за которые температура понизится до 0 °С.

Приближенно необходимую начальную температуру можно найти по эмпирической зависимости

t б.н =10○+ t н.в/(3…4), где

t н.в -отрицательная температура наружного воздуха, взятая без знака минус.

Рис. 107. График остывания бетона в обычной опалубке при температуре наружного воздуха t н.в =-20 °С в блоках с различными модулями поверхности:

1-М=3; 2 - М=6; 3 -М=12 (по данным А. С, Арбеньева).

С учетом потерь тепла начальная средневзвешенная температура исходных материалов для бетона должна быть не менее:

t б= t б.н+∆ t п+∆ t т, где

∆ t п -потери температуры при перемешивании в бетоносмесителях (3 .4°); ∆ t т -потери температуры при транспортировке бетонной смеси; их уточняют на месте производства работ в зависимости от способа и дальности транспортировки, температуры воздуха и т. д.

Приближенно в зависимости от температуры наружного воздуха потери температуры составляют:

Бетон высокого качества можно получить при ограничении максимальной температуры бетонной смеси до 35 . 45 °С. При выборе составляющих, подлежащих подогреву, и температуры подогрева следует учитывать количество составляющих в 1 м3 бетона, их теплоемкость, сложность организации подогрева разных составляющих, состояние гравия и песка на складах.

Удельная теплоемкость С составляющих выражается количеством тепла для нагрева 1 кг материала на 1°; для гравия, песка, цемента, добавок См=0,84 кДж/(кг-°С), а для воды Св==4,2 кДж/(кг-°С). По теплоемкости и несложности организации выгоднее всего нагревать воду.

Средневзвешенную температуру смеси определяют по формуле:

,где

Gi - весовые дозы каждого из смешиваемых материалов - песка, гравия, щебня, цемента - за вычетом содержащейся в них воды, кг;

gi - весовые количества воды, содержащейся в каждом материале; См,

Св- удельная теплоемкость смешиваемых сыпучих материалов и воды, кДж/(кг-°С);

ti - начальная температура каждого из смешиваемых материалов, °С.

Число слагаемых под знаком суммы 2 будет равно числу смешиваемых материалов.

Температуры составляющих подбирают в определенном порядке. При сухих заполнителях предусматривают нагрев в первую очередь воды, если нагрева воды недостаточно, то предусматривают нагрев гравия, и если этого недостаточно, то песка; цемент не подогревают, так как при нагреве ухудшаются его свойства.

Предельная температура подогрева не должна превышать во всех случаях для воды 60 .90°, для гравия и песка40 .60°. Для активных цементов высоких марок берут нижние из названных пределов, для малоактивных - верхние.

При смерзшихся заполнителях вначале нагревают гравий и песок до 5°, а затем воду; если этого недостаточно, то нагревают гравий и песок до 40 °С.

Воду подогревают (рис. 108, г, д) в водяных котлах-теплообменниках, бойлерах. При небольшом объеме работ воду можно подогревать в баках огневым способом.

Гравий и песок подогревают в бункерах или штабелях на складе. Бункера располагают (рис. 108, а) на стыке складов этих материалов и транспортных устройств для подачи материалов в надбункерное отделение завода бетонной смеси. Подогрев ведут открытым или закрытым паром, нагретым воздухом.

В первом случае (рис. 108, б) бункера в нижней части оборудуют паропроводами с отверстиями, через которые пар поступает в массу подогреваемого материала. Это способ наиболее быстрого подогрева. Однако в данном случае расходуется значительное количество пара, и, кроме того, должны быть приняты меры по отводу конденсата. Последний обильно и неравномерно увлажняет подогреваемый материал, что требует учета влажности материала при дозировке воды.

Во втором случае (рис. 1-08, в) пap циркулирует по системе паропроводов в бункерах и передает тепло подогреваемому материалу через стенки паропроводов. Такой подогрев будет более продолжительным, но он имеет значительные преимущества в отношении постоянства влажности материала и благоприятных условий работы персонала. Непосредственно в штабелях материалы подогревают с помощью регистров, сваренных из труб, по которым циркулирует пар или горячая вода от котельной. Регистры размещают возле течек и горловин, через которые щебень, гравий или песок поступает в подштабельные галереи на транспортеры.

При большом удалении места укладки от места приготовления бетона за время транспортировки смесь сильно охладится, и может возникнуть потребность в ее подогреве непосредственно перед укладкой. Это проще всего достигается электроразогревом от сети с напряжением 220 .380 В непосредственно в бадьях, оборудованных пластинчатыми электродами, изолированными друг от друга и от корпуса (рис. 109).

При соответствующих мерах безопасности электроразогрев бетонных смесей допускается непосредственно в кузовах автосамосвалов на специально оборудованных площадках. Расход электроэнергии на разогрев 1 м3 смеси таким способом составляет около 0,9 кВт-ч на 1°С.

Подогрев бетона на месте укладки. В случаях, когда начальный запас тепла недостаточен для набора бетоном необходимой прочности (тонкостенные конструкции, суровые условия и др.), приходится подогревать его непосредственно в блоках с помощью электричества, пара, теплого воздуха.

Электроэнергию используют, пропуская ток через бетон с помощью электродов разных типов (рис. 110, а .д).

Поверхностные нашивные электроды делают из проволоки диаметром 6 мм или полосок, прикрепляя их к рабочей поверхности опалубки.

В неармированных бетонных конструкциях такие электроды могут быть утоплены в бетон на глубину 3 .4 см. Внутренние электроды применяют в виде коротких стержней из проволоки диаметром 6 .8 мм или в виде струн длиной до 3 м, помещаемых в толщу бетона. Все устанавливаемые электроды должны быть изолированы друг от друга и от арматуры. Они могут опираться на деревянную опалубку, а при необходимости крепления к арматуре применяют изоляторы в виде бетонных кубиков со стороны 5 . 10 см (рис. 110, е).

Электронагрев проводят током по­ниженного напряжения порядка 60 . 90 В. Для прогрева неармированных бетонных конструкций допустимо сетевое напряжение 127 и 220 В.

Расстояния между электродами на­значают с учетом используемого напряжения.

Выделяющееся при прохождении тока через бетон количество тепла (кДж) можно вычислить по известной формуле:

,где

Р - расходуемая мощность, Вт,

t - продолжительность пропускания тока, ч,

V -используемое напряжение, В,

R - удельное со противление, зависящее от минералогического состава, подвижности бетонной смеси и нали­чия добавок (4 25 Ом/м). По мере твердения и высыхания бетона удельное сопротивление увеличивается.

Во избежание ухудшения качества бетона необходимо строго выдерживать режим электропрогрева: скорость подъема температуры не должна превышать 6 .8 °С в час, скорость остывания - 5 .10°С в час, предельная температура при прогреве наружными электродами 40 °С, а при внутренних электродах 50 .70°С. На электропрогрев бетона требуется большое количество электроэнергии, поэтому его можно применять только при наличии вблизи стационарных электростанций или ЛЭП.

На прогрев бетона с доведением его прочности до 50 % расчетной требуется следующее количество электроэнергии:

Для поддержания необходимой температуры в блоках можно использовать греющую - термоактивную опалубку. Наиболее удобна и менее энергоемка в сравнении с электродным прогревом опалубка с вмонтированными в нее электронагревательными элементами (рис. 111). В качестве электронагревателей применяют: высокоомную проволоку нихром на асбестокартоне, пластины из токопроводящих материалов (токопроводящая резина, металлическая сетка, запрессованная с клеем между слоями стеклоткани); проволоку в хлорвиниловой изоляции (до t=60 . 90 °С); специальные высокотемпературные кабели (до t = 150 .200 °С); теплоэлектронагревательные трубки - ТЭН (до t=300 .350°C). В зависимости от поставленных задач электрическую греющую опалубку можно использовать для компенсации потерь тепла при твердении бетона (необходимая мощность 100 .200 Вт/мг), для подогрева бетона (400 . 1200 Вт/м2), для оттаивания грунта и прогрева замерзшего основания (до 2000 Вт/м2).

В соответствующих местных условиях (наличие действующих котельных, топлива) в качестве греющей может быть опалубка с паропрогревом: «паровые рубашки», «капиллярные» опалубки (рис. 100, ж).

Способы прогрева бетона на месте укладки могут быть дополнены применением калориферов для нагрева воздуха, которые работают на жидком топливе, газе или электроэнергии.

Для местного прогрева бетона при малых объемах бетонной кладки, в случае замоноличивания стыков между железобетонными деталями сборных сооружений в качестве источников тепла применяют электронагревательные приборы разных конструкций или лампы накаливания мощностью 500 Вт и более.

Широкое применение находят ограждения - тепляки (рис. 100, з). Имея разборный металлический каркас и оболочку из брезента или другого пленочного материала, тепляк можно быстро установить над бетонируемым блоком. Он эффективно сохраняет тепло при выдерживании бетона способом «термоса» и обеспечивает лучшие условия для рабочих при установке опалубки, монтаже арматурных конструкций и укладке бетона. При необходимости подогрева воздуха в тепляке применяют калориферы.

При производстве бетонных работ зимой следует постоянно следить за температурой блоков, не допуская их преждевременного замерзания или чрезмерного перегрева. Температуру измеряют техническими термометрами, опускаемыми в скважины, сделанные заранее при укладке бетона. Устье скважин в процессе измерения и после него следует закрывать пробкой или ветошью, чтобы избежать искажения показаний приборов.

Контроль температуры в блоках бетонирования проводят при способе «термоса» через каждые 12 ч, при электропрогреве - через 1 .2 ч, при паропрогреве - через 4 .8 ч до момента, когда можно допустить замораживание бетона.

§ 12. Контроль качества бетонных работ

В ходе выполнения бетонных работ контроль необходим на следующих стадиях: при приемке и хранении всех исходных материалов (цемента, песка, щебня, гравия, арматурной стали, лесоматериалов и др.); при изготовлении и монтаже арматурных элементов и конструкций; при изготовлении и установке элементов опалубки и закладных частей; при подготовке основания, опалубки и форм к укладке бетона; при изготовлении и транспортировании бетонной смеси; при уходе за бетоном в процессе его твердения. Все исходные материалы для бетонных работ должны отвечать требованиям ГОСТа. |

Показатели свойств материалов определяют в соответствии с единой методикой, рекомендованной для строительных лабораторий.

В процессе производства арматурных работ контроль осуществляют при приемке стали (наличие заводских марок и бирок, качество арматурной стали); при складировании и транспортировке (правильность складирования по маркам, сортам, размерам, сохранность при перевозках); при изготовлении арматурных элементов и конструкций (правильность формы и размеров, качество сварки, соблюдение технологии сварки).

После установки и соединения всех арматурных элементов в блоке бетонирования проводят окончательную проверку правильности размеров и положения арматуры с учетом допускаемых отклонений.

В процессе производства опалубочных работ контролируют правильность установки опалубки, креплений, пробок и закладных частей, а также плотность стыков в щитах и сопряжениях, взаимное положение опалубки и арматуры (для получения заданной толщины защитного слоя). Правильность положения опалубки в пространстве проверяют привязкой к разбивочным осям и нивелировкой, а ее размеры - обычными измерениями. Допускаемые отклонения в положении и размерах опалубки приведены в СНиП 3 и справочниках.

Таблица 68. Объем бетона, от которого берется одна серия контрольных образцов для испытания на сжатие

*Но не менее чем от каждого блока.

** Но не реже чем один раз в смену.

Непосредственно перед укладкой бетонной смеси контролируют чистоту рабочей поверхности опалубки и качество ее смазки.

На стадии приготовления бетонной смеси проверяют точность дозирования материалов, продолжительность перемешивания, подвижность (пластичность) и плотность смеси. Подвижность бетонной смеси оценивают не реже двух раз в смену по значению осадки стандартного конуса в сантиметрах или по значению показателя жесткости, определяемого на вискозиметре в секундах. Осадка конуса не должна отклоняться от заданной более чем на ±1 см, а плотность - более чем на 3 %.

При транспортировке бетонной смеси следят за тем, чтобы она не начала схватываться, не распадалась на составляющие, не теряла подвижности из-за потерь воды, цемента или схватывания.

На месте укладки следует обращать внимание на высотусбрасывания смеси, продолжи тельность из-за потерь воды, цемента или схватывания.

На месте укладки следует обращать внимание на высоту сбрасывания смеси, продолжительность вибрирования и равномерность уплотнения, не допуская расслоения смеси и образования раковин, пустот.

Окончательная оценка качества бетона может быть получена лишь на основании испытания его прочности на сжатие до разрушения образцов - кубиков, изготовляемых из бетона одновременно с его укладкой и выдерживаемых в тех же условиях, в которых твердеет бетон бетонируемых блоков. Для испытания на сжатие готовят образцы в виде кубиков с длиной ребра 200 мм. Допускаются и другие размеры кубиков, но с введением поправки на полученный результат при раздавливании образцов на прессе.

При необходимости испытать прочность бетона, затвердевшего в блоке, вырубают куски бетона, из которых затем вырезают кубические образцы обычных размеров, или выбуривают керны и из них готовят цилиндрические образцы высотой, равной двум диаметрам.

Бетон, укладываемый в гидротехнические сооружения, испытывают на морозостойкость и водонепроницаемость.

Число образцов для испытаний устанавливают с учетом назначения и массивности сооружения (табл. 68). Для каждого вида испытаний готовят одну серию образцов из 2 .3 кубиков.

Наряду со стандартными лабораторными методами оценки прочности бетона в образцах применяют косвенные неразрушающие методы оценки прочности непосредственно в сооружениях на основе механических и физических явлений (табл.69).

Очень проста методика определения прочности бетона эталонным молотком, предложенным К.П. Кашкаровым. При пользовании этим молотком отпечатки от стального шарика образуются одновременно на поверхности бетона и на поверхности эталона - стального стержня (сталь 3, диаметр 10 мм, длина 150 мм). Для определения прочности бетона по тарировочной кривой используют отношение диаметра отпечатка на бетоне dб к большему (вдоль оси стержня) диаметру отпечатка на эталоне dэ. Методика определения прочности бетона эталонным молотком довольно хорошо отработана и позволяет учитывать влажность поверхности бетона и возраст бетона, качество стали эталонного стержня. Для возможности учета свойств эталонной стали к молотку придается простой в обращении эталономер.

Таблица 69. Методы и способы контроля прочности бетона в сооружениях

При использовании приборов, основанных на упругом отскоке ударника от поверхности бетона, также необходимо иметь тарировочные кривые связи. Так, в приборе системы КИСИ (Киевского инженерно-строительного института) для оценки прочности бетона используется высота отскока ударника, падающего под действием пружины определенной упругости. Прибор может быть использован для горизонтальных поверхностей. Прочность бетона на вертикальных поверхностях бетона оценивают маятниковым прибором по отклонению маятника, заканчивающегося стальным шариком.

Для оценки прочности бетона импульсным ультразвуковым методом применяют специальную электронную аппаратуру, позволяющую определить время прохождения ультразвукового сигнала через толщу исследуемой конструкции. Зная длину пути, преодолеваемого сигналом между излучателем и приемником ультразвуковых импуль­сов, вычисляют скорость (м/с) прохождения ультразвуковых волн через толщу бетона:

,где

l - длина пути (расстояние между датчиком и приемником ультразвуковых колеба­ний), м;

t-время прохождения ультразвукового импульса, регистрируемое прибором в микросекундах;

t0 - поправка на время прохождения сигнала в пределах самого прибора в микросекундах;

α - поправка, учитывающая влияние армирования бетона (выявляется при тарировке).

Скорость прохождения ультразвуковых волн через ,бетон лежит в пределах 2000 .5000 м/с, вменяясь в большую сторону с увеличением плотности и прочности.

Скорость прохождения ультразвука через толщу бетона зависит от очень многих факторов: состава и крупности заполнителей, вида и содержания цемента, способа уплотнения бетона при укладке, влажности, продолжительности выдерживания бетона, насыщения арматурой, направления прозвучивания (вдоль или поперек слоев укладки) и др. В связи с тем, что учесть влияние всех факторов очень трудно, для каждого конкретного состава бетона и принятой технологии бетонирования следует строить индивидуальные тарировочные графики, сопоставляя результаты прозвучивания с прочностью бетона, полученной при раздавливании образцов на прессе.

Точность определения прочности бетона ультразвуковым методом ±8 . 15%.

Кроме оценки прочности бетона, ультразвуковым методом можно обнаружить некоторые дефекты бетонной кладки: пустоты, раковины, трещины. При их наличии резко изменяются условия прохождения ультразвукового сигнала: появляются акустические тени, увеличивается длина пути сигнала между источником и приемником ультразвуковых колебаний. С учетом этих особенностей можно определить размеры внутренних дефектов.

Качество уплотнения бетона и отсутствие в нем пор, пустот, раковин оценивают испытанием на водопоглощение путем нагнетания воды в скважины, пробуренные в контролируемых блоках. Качество укладки в этом случае оценивают по значению удельного водопоглощения:

, где

Q - количество воды, поглощаемое скважиной, л/мин;

Н - давление, при котором проводится испытание (3.5 МПа),

l- длина скважины, испытываемой на поглощение воды, м.

Для оценки плотности и однородности бетона в тонкостенных конструкциях, плитах, лотках, облицовках можно применять радиоизотопные методы контроля, основанные на поглощении или отражении лучей гаммаисточника.

На все работы по контролю качества работ и качества материалов составляют акты испытаний, которые предъявляют комиссии, принимающей сооружения. В ходе производства бетонных работ оформляют актами приемку основания, приемку блока перед бетонированием и заполняют журналы работ, контроля температур по установленной форме.

Лекция № 14: «Технология каменной кладки»

ГЛАВА 7 ТЕХНОЛОГИЯ КАМЕННОЙ КЛАДКИ.

7.1. Назначение каменных работ. Общие положения.

Большое распространение в природе естественных каменных материалов и обилие сырья для изготовления искусственных материалов, а также такие важные свойства, как прочность и долговечность, огнестойкость, способствуют широкому распространению каменных материалов в строительстве.

Назначение каменных работ - возведение фундаментов, несущих и ограждающих конструкций зданий, декоративная отделка.

Каменные конструкции состоят из отдельных камней, соединенных в одно целое раствором, при затвердевании которого образуется монолитный массив.

Недостатки каменной кладки - большая относительная масса конструкций, малая производительность труда, высокие материальные затраты, невозможность механизировать процесс кладки.

В зависимости от вида применяемых материалов каменную кладку подразделяют на кладку из искусственных и природных камней. В свою очередь для кладки из искусственных камней широко используют кирпич сплошной и пустотелый, сплошные и пустотелые прямоугольные камни (блоки).

Виды кладки в зависимости от применяемых камней:

кирпичная - из глиняного и силикатного сплошного и пустотелого кирпича;

кирпичная с облицовкой - из искусственных и естественных камней и блоков;

мелкоблочная - из природных (ракушечники, пористые туфы) или искусственных, бетонных и керамических камней, укладываемых вручную;

тесовая - из природных обработанных камней правильной формы, укладываемых вручную или краном;

7.1.2. Материалы для каменной кладки.

К искусственным каменным материалам относят кирпичи керамический и силикатный полнотелые и пустотелые, керамические и силикатные камни пустотелые и камни бетонные и гипсовые стеновые.

Полнотелый глиняный кирпич имеет размеры 250 х 120 х 65 мм и модульный (утолщенный) - 250 х 120 х 88 мм, масса кирпича 3,6 .5 кг. Плотность 1,6 . 1,8 т/м3, марки кирпича 75, 100, 150, 200, 250 и 300, водопоглощение до 8%. Кирпич изготовляют пластическим прессованием с последующим обжигом. Основной недостаток - высокая теплопроводность.

Пустотелый, пористый и дырчатый кирпичи имеют при тех же размерах в плане высоту 65, 88, 103 и 138 мм (в 1,25, 1,5 и 2 раза большую высоту по сравнению с полнотелым кирпичом), меньшую плотность - 1,35 .1,45 т/ м3. Марки кирпича - 75, 100 и 150. Применение этой разновидности кирпичей позволяет уменьшить массу стеновых изделий до 30%.

Силикатный кирпич применяют для стен с относительной влажностью не более 75%, марки кирпича - 75, 100 и 150. Кирпич изготовляют посредством автоклавной обработки.

Керамические и силикатные пустотелые камни имеют размеры: обычные - 250 х 120 х 133 мм, укрупненные - 250 х 250 х 138 мм и модульные - 288 х 138 х 138 мм. Толщина камня соответствует двум кирпичам, уложенным на постель, с учетом толщины шва между ними. Поверхность камней бывает гладкой и рифленой.

Камни бетонные и гипсовые стеновые выпускают сплошными и пустотелыми. Их изготовляют из тяжелых, облегченных и легких бетонов и гипсобетона с размерами 400 х 200 х 200 мм, 400 х 200 х 90 мм и массой до 35 кг.

Пустотелые и силикатные кирпичи нельзя применять для кладки стен ниже гидроизоляционного слоя, для кладки цоколей, стен мокрых помещений.

7.1.3. Растворы для каменной кладки.

Растворы, применяемые для устройства каменных конструкций, называют кладочными. Растворы связывают отдельные камни в единый монолит, с их помощью выравнивают постели камней, в результате чего обеспечивается равномерная передача действующего усилия от одного камня другому; раствор заполняет промежутки между камнями и препятствует проникновению в кладку воздуха и воды. Таким образом, растворы обеспечивают равномерную передачу усилий, предохраняют кладку от продувания, проникновения воды, повышают морозостойкость зданий.

Классификация растворов по виду заполнителей:

Ø тяжелые или холодные - растворы на кварцевом или естественном песке из плотных горных пород с плотностью более 1500 кг/м3;

Ø легкие или теплые - растворы на шлаковом, пемзовом или туфовом песке, золе ТЭЦ, доменных гранулированных или топливных шлаках с плотностью менее 1500 кг/м3.

Размер зерен песка для всех видов раствора не должен превышать 2,5 мм, подвижность раствора для каменной кладки - 9 . 13 см. Широко используют пластифицирующие добавки: органические - сульфитный щелок и мылонафт и неорганические - известь и глина.

Классификация растворов по типу вяжущего:

Ø цементные растворы - применяют для конструкций ниже поверхности земли, в сильно загруженных столбах, простенках, в армированной кладке. Состав от 1: 2,5 до 1: 6, марки раствора от 100 до 300. Минимальный расход цемента на 1 м3 песка - для подземной части зданий не менее 75 кг, для надземной части - 125 кг. Портландцемент и шлакопортландцемент применяют только в растворах высоких марок

Ø для ответственных конструкций, в армированной кладке, в кладке подземных конструкций, в грунтах, насыщенных водой, или при зимних кладках, выполняемых методом замораживания;

Ø известковые растворы используют в сухих местах и при небольшой нагрузке. Они обладают большой подвижностью, пластичностью, обеспечивают наибольшую производительность труда. Применяют составы от 1: 4 до 1: 8 и марки 4, 10 и 25;

Ø смешанные или сложные растворы - цементно-известковые и цементно -глиняные состава от 1: 0,1: 3 до 1: 2: 15, марки растворов 10, 25, 50, 75 и 100. Такие растворы применяют для кладки большинства строительных конструкций. Второе вяжущее отодвигает начало схватывания, улучшает удобоукладываемость и пластичность, но значительно снижает прочность раствора. В объемной дозировке смешанных растворов первая цифра обозначает расход цемента, вторая - известкового или глиняного теста, третья - песка.

Скорость нарастания прочности раствора зависит от свойств вяжущих и условий твердения. При температуре 15°С прочность простого раствора будет нарастать следующим образом: через 3 сут - 25% марочной прочности, через 7 сут - 50%, через 14 сут - 75% и через 28 сут - 100%. С повышением температуры твердеющего раствора его прочность нарастает быстрее, при понижении - медленнее.

Удобоукладываемость приготовленного раствора зависит от степени его подвижности и водоудерживающей способности, предохраняющей раствор от расслоения - быстрого отделения воды и оседания песка. Степень подвижности растворов определяют в зависимости от погружения в него стандартного конуса массой 0,3 кг.

Растворы для каменной кладки должны быть не только прочными, но и пластичными, т. е. они должны позволять укладывать их в кладке тонким однородным слоем. Такой удобоукладываемый раствор хорошо заполняет все неровности основания и равномерно сцепляется со всей его поверхностью. Кроме этого такой удобный в работе раствор способствует повышению производительности труда каменщиков и улучшению качества кладки.

Водоудерживающая способность раствора, препятствующая отделению воды и оседанию осадка, особенно важна при укладке раствора на пористые основания и для предохранения раствора от расслаивания при его транспортировании на большие расстояния, при подаче к месту работ по трубопроводам. Обычно водоудерживающую способность раствора повышают путем введения поверхностно-активных органических добавок или тонкодисперсных минеральных веществ (извести, глины).

7.1.4. Правила разрезки каменной кладки.

Каменная кладка, выполняемая из отдельных кирпичей, соединяемых раствором в единое целое, должна представлять собой монолит, в котором уложенные камни не смещались бы под влиянием действующих на кладку нагрузок. Действующим на кладку силам противостоит в основном камень (раствор значительно менее прочен). Поэтому необходимо, чтобы камень воспринимал только сжимающие усилия и в основном - постелью. Чтобы смещение камней не происходило, их укладывают с соблюдением определенных условий, называемых правилами разрезки каменной кладки (рис. 7.3).

Правило первое. Кладку выполняют плоскими рядами, перпендикулярными действующей силе, т. е. правило устанавливает максимально допустимый угол наклона силы, действующей на горизонтальный ряд кладки. Допустимое отклонение усилия по вертикали не более 15 . 17°, оно зависит от силы трения камня по поверхности раствора.

Правило второе. Продольные и поперечные вертикальные швы в кладке не должны быть сквозными по высоте конструкции, кладка окажется расчлененной на отдельные столбики. Правило регламентирует расположение вертикальных плоскостей разрезки кладки относительно постели. По отношению к лицевой поверхности стены швы должны быть перпендикулярны или параллельны ей. Невыполнение этого правила может привести к расклиниванию рядов кладки.

Правило третье. Плоскости вертикальной разрезки кладки соседних рядов должны быть сдвинуты, т. е. под каждым вертикальным швом данного ряда кладки должны быть расположены камни, а не швы. Правило определяет взаимное расположение вертикальных продольных и поперечных швов в смежных рядах кладки. Камни вышележащего ряда необходимо укладывать на нижележащий ряд так, чтобы они перекрывали вертикальные швы между камнями в продольном и поперечном направлениях, кладку следует вести с перевязкой швов

Рис. 7.3. Правила разрезки каменной кладки:

а - воздействие на кладку наклонной силы;

б - правильное, взаимно-перпендикулярное расположение вертикальных плоскостей разрезки кладки;

в - то же, неправильное;

г - кладка с правиль­ной перевязкой вертикальных швов.

7.2. Системы перевязки и типы кладки

7.2.1. Системы перевязки швов.

Раскладку кирпичей и камней в слоях кладки и чередование слоев производят в определенной последовательности, которую называют системой перевязки швов кладки. Слои кладки из камней правильной формы называют рядами кладки.

Горизонтальные швы имеют среднюю толщину 12 мм для кирпича и 15 мм для природных камней, а вертикальные швы должны иметь толщину 10 мм для кирпича и 15 мм для природных камней. Допускаемая толщина отдельных швов от 8 до 15 мм.

Толщину стен и столбов принимают кратными половине или целому кирпичу или камню, исключение составляют армированные перегородки в 1/4 кирпича. В большинстве случаев кирпич в кладке укладывают плашмя, т. е. на постель, в отдельных случаях, например при кладке карнизов, кирпич укладывают на ребро - боковую ложковую грань.

Толщину сплошной кирпичной кладки назначают кратной 0,5 кирпича, поэтому стены могут иметь следующую толщину: полкирпича -12 см; кирпич - 25 см; полтора кирпича - 38 см; два кирпича - 51 см; два с половиной - 64 см; три кирпича - 77 см.

Высота рядов кладки складывается из высоты кирпича или камней и толщины горизонтальных швов раствора. При средней толщине слоя раствора 12 мм и кирпича 65 мм высота ряда кладки составит 77 мм, при толщине утолщенного кирпича 88 мм - соответственно 100 мм. Таким образом, при кирпиче толщиной 65 мм на 1 м кладки по высоте размещается 13 рядов, при кирпиче толщиной 88 мм - 10 рядов.

Прямоугольность формы и изготовление камней и кирпичей в соответствии со стандартами позволили установить определенный порядок и взаимосвязь их расположения в конструкциях, обеспечивающих целостность и монолитность кладки. Достигают этого за счет укладки камней по так называемым системам перевязки кладки.

Все разработанные и применяемые на практике системы перевязки соответствуют правилам разрезки кладки. Для каменной кладки различают перевязку вертикальных, продольных и поперечных швов. Перевязка продольных швов необходима для того, чтобы кладка не расслаивалась вдоль стены на более тонкие составляющие и чтобы возникающие от приложенной нагрузки напряжения в кладке распределялись равномерно по всей ширине стены. Перевязка поперечных швов необходима для продольной связи между отдельными кирпичами, обеспечивающей перераспределение нагрузки на соседние участки кладки и сохранение монолитности стены при возможных неравномерных осадках, температурных деформациях и т.п. Перевязку поперечных швов выполняют ложковыми и тычковыми рядами, а продольных - только тычковыми. Основные применяемые системы перевязки: однорядная, многорядная и четырехрядная.

Цепная однорядная кладка применима при кладке стен из всех видов кирпича и камней. Кладку выполняют чередованием через один тычковых и ложковых рядов, при этом каждый вертикальный шов между кирпичами или камнями нижерасположенного ряда перекрывают кирпичами или камнями следующего ряда. Вертикальные поперечные швы при такой системе перевязки перекрывают на 1/4 кирпича за счет применения кирпичей четверток и трехчетверток и осуществляя перевязку для продольных швов в полкирпича.

Многорядная шестирядная кладка, в которой поперечные вертикальные швы перекрывают в каждом ряду, а продольные вертикальные - только через 5 горизонтальных рядов, т. е. система перевязки 1редусматривает чередование в наружных верстах шести рядов кирпича - одного тычкового и пяти ложковых. При такой кладке поперечные швы в смежных ложковых рядах сдвинуты на ½ кирпича, а продольные перекрывают лишь кирпичом 6-го ряда. Особенность кладки в том, что пять рядов подряд укладывают одними ложками вдоль стены, в этом значительное преимущество кладки по отношению к однорядной, так как укладка кирпичей в забутку значительно проще, чем верстовых камней.

Прочность у многорядной кладки меньше на 2 .5%, чем у однорядной, но она имеет ряд преимуществ:

1. проще и быстрее выполнение работ;

2. для работы не требуются кирпичи- трехчетвертки;

3. в наружные версты укладывают в 1,3 раза меньше целого кирпича;

4. объем забутки у однорядной кладки 25%, а у многорядной -42%;

5. используют любой бой кирпича для забутки.

Как недостаток системы перевязки можно отметить значительное усложнение выполнения кладки в зимних условиях при отрицательных температурах. Это обусловлено тем, что замерзание раствора в продольных вертикальных швах может вызвать выпучивание наружных или внутренних верст кладки толщиной в 1/2 кирпича, которые не имеют поперечной перевязки на высоту пяти рядов.

Четырехрядную кладку применяют для кладки столбов и узких простенков длиной до 1 м. Допускается совпадение поперечных вертикальных швов в трех смежных рядах кладки. Столбы и простенки следует выкладывать только из целого отборного кирпича.

Кладку из кирпича начинают и заканчивают тычковыми рядами. Их располагают в местах опирания балок, прогонов, ферм, плит перекрытий и покрытий, в выступающих рядах кладки - карнизах, поясках, независимо от последовательности кладки рядов принятой системы перевязки. Тычковыми рядами также связывают верстовые ряды с забуткой, поэтому они всегда должны выполняться из целого кирпича.

7.2.2. Типы кладки.

Кладку стен с облицовкой применяют для придания фасадам лучшего внешнего вида и повышения сопротивляемости наружных поверхностей стен атмосферным воздействиям. Используют лицевой кирпич, плиты керамические и из естественного камня с обязательной перевязкой всей кладки по типу однорядной или многорядной кладки.

Кладку стен с облицовкой кирпичами и камнями правильной формы применяют для оформления фасадов уникальных зданий и объектов массового строительства, для внутренних стен вестибюлей, лестничных клеток, подземных переходов, для замены трудоемкой штукатурки. Облицовку ведут одновременно с кладкой стен или со сдвигом по времени специальным лицевым кирпичом и керамическими камнями различной обработки и расцветки. Наиболее часто применяют следующие размеры камней и кирпичей: обычного лицевого кирпича -250 х 120 х 65 или 88 мм, камней - 250 х 120 х 140 мм, трехчетверток -188 х 120 х 140 мм.

Облицовку стен кирпичом и керамическими камнями одновременно с кирпичной кладкой выполняют путем укладки ее ложковыми рядами и перевязкой с основной кладкой путем укладки тычковых рядов с заделкой кирпичей на ½ длины в монолит основной кладки. Допускают связывание облицовочной кладки с основной с помощью штырей из нержавеющей стали. Применяют различные варианты перевязки облицовочного слоя с кладкой массива стены, но они должны быть обязательно увязаны, и составлять единое целое с основной кладкой, выполняемой по одно- или многорядной системе перевязки.

При однорядной системе перевязки облицовку фасадной плоскости производят чередованием ложкового и тычкового рядов. Лицевой кирпич значительно дороже обыкновенного, по этой причине способ оказывается наименее экономичным, так как половина рядов из лицевого кирпича выполняют тычковыми.

При возведении стен по многорядной системе перевязки с фасадной стороны пять ложковых рядов перекрывают одним тычковым. Дорогой лицевой кирпич используют более рационально.

Облицовку стен из керамических камней выполняют заведением в массив двух тычковых рядов через пять ложковых, а при использовании облицовочных камней - тычковый ряд чередуют тремя ложковыми. Для придания облицовочному слою большей архитектурной выразительности перевязку швов допускается выполнять с отступлениями от общих требовании: вертикальные поперечные швы можно не перевязывать по всей высоте здания или в пределах 3 .5 рядов кладки.

Кладку стен облегченной конструкции используют для уменьшения расхода кирпичей и общего снижения собственной массы кладки. Кладка состоит из двух параллельных ложковых стенок с перевязкой тычками через 3 .5 рядов, иногда и более. Образовавшуюся полость заполняют теплоизоляционной засыпкой, легким бетоном, блоками или плитами утеплителей. Для большей жесткости конструкции при стенах в два и менее кирпичей тычковые ряды устраивают в разных уровнях в шахматном порядке. Применение облегченных кладок позволяет снизить расход кирпича на 30 .40%, значительно сократить трудоемкость и стоимость работ.

Армированная каменная кладка - специфика ее в том, что для повышения прочности в швы укладывают арматурные сетки или отдельные стержни. Для поперечного армирования применяют прямоугольные проволочные сетки или сетки «зигзаг». Расстояние между стержнями сетки при их диаметрах 3 .8 мм должно быть в пределах 30 . 120 мм. Сетки «зигзаг» целесообразно располагать в двух смежных рядах так, чтобы расположение прутков в них было взаимно перпендикулярным. Сетки по вертикали укладывают по проекту, но не реже чем через 5 рядов кладки. Обычно прямоугольные сетки имеют диаметр стержней до 5 мм, «зигзаг» - от 5 до 8 мм. Для обеспечения защитного слоя раствора необходимо, чтобы толщина швов кладки превышала диаметр проволоки не менее чем на 4 мм.

Для продольного армирования диаметр сжатой арматуры должен быть не менее 3 мм, а растянутой - 8 мм. Армирование осуществляют стержнями или сетками, размещенными как в самой кладке, так и рядом с ней с наружной стороны, крепление с кладкой во втором случае осуществляют хомутами, заделанными в кладку. Для предохранения армирования от коррозии в сухих условиях эксплуатации марка раствора должна быть не менее 25, во влажных условиях - не менее 50.

Кладка из керамических, бетонных и природных камней правильной формы Из керамических камней с поперечными щелевыми пустотами стены, простенки и столбы выкладывают по однорядной системе перевязки. Камни укладывают пустотами вверх на растворах подвижностью, исключающей затекание раствора в пустоты камней. толщина вертикальных и горизонтальных швов должна соответствовать швам каменной кладки. При кладке из бетонных и природных камней применяют многорядную систему перевязки, но с укладкой поперечных тычковых рядов не реже, чем в каждом третьем ряду.

В связи с новыми требованиями по теплозащите зданий в конструкции наружных кирпичных стен должны быть внесены значительные конструктивные изменения: увеличена их толщина до 4 .5 кирпичей при использовании только кирпича или для уменьшения толщины :В кладку должен быть введен дополнительный, теплоизоляционный слой.

В этой связи наружные стены выполняют в виде трех основных конструктивных схем: массив, массив с утеплителем внутри или на поверхностях стены (рис. 7.7).

Массив - наиболее распространенная форма, но по последним нормативным требованиям для обеспечения требуемой теплозащиты толщина стены для климатического пояса Москвы должна быть более 100 см. Это приводит к значительному увеличению расхода кирпича и возрастанию массы стены. Сейчас широко внедряют вторую и третью схемы. При укладке утеплителя в теле стены первоначально ведут кладку основной части стены на высоту яруса (в 1,5, 2 кирпича). В процессе работ в швы через два ряда кирпичей с шагом 50 см укладывают штыри из нержавеющей стали диаметром 5 8 мм. Выступающий за кладку конец должен на 3 .5 см превышать толщину утеплителя. После выполнения кладки на высоту яруса на стержни нанизывают плиточный утеплитель (пенополистирол, роквул), далее на высоту яруса с учетом выступающих стержней выкладывают внутреннюю часть кладки (0,5 . 1 кирпич).

Третья схема предусматривает установку утеплителя с наружной или внутренней сторон кладки. Снаружи, как элемент отделки фасада (технологии «Алсеко» и «Тексколор») устанавливают плитный утеплитель, сверху закрепляют отделочную сетку, по ней устраивают защитный слой и окрашивают. Утеплитель может оказаться внутри конструкции стены при оштукатуривании по кирпичу наружной версты кладки или отделке фасада декоративными панелями, витражами, искусственным или естественным камнем. При установке внутри помещения утеплитель облицовывают гипсокартонными панелями по металлическому каркасу или, что реже, оштукатуривают по сетке, далее поверхность грунтуют и окрашивают.

7.2.3. Бутовая и бутобетонная кладка.

Естественные каменные материалы подразделяют на камень бутовый и блоки из природного камня.

Бутовой называют кладку из природных камней (кусков камней) неправильной формы максимальным размером не более 500 мм, связанных между собой строительным раствором. Для кладки применяют массой не более 50 кг разной конфигурации и размеров, а именно рваный камень неправильной формы, постелистый, у которого две примерно параллельные плоскости, и булыжник, имеющий округлую форму.

Блоки из природного камня вырезают или выпиливают из известняка ракушечника, туфа, песчаника и т. д. Блоки применяют для наружых и внутренних стен, а также для фундаментов и стен подвалов, настоящее время в строительстве в основном используют искусственный камень, природный применяют в случае экономической целесообразности - при строительстве в районе его массового залегания, невозможности доставки других материалов и т. д.

Из бута возводят фундаменты, стены подвалов, подпорные стены другие конструкции, а в районах с большими запасами постелистого камня - стены малоэтажных зданий. Бутовую кладку желательно вести перевязкой швов, чередуя тычковые и ложковые камни. В местах примыканий и пересечениях нужно укладывать более крупные камни постелистой формы.

Первый ряд бутовой кладки выкладывают из постелистых камней насухо, тщательно заполняют пустоты щебнем, утрамбовывают и заливают жидким раствором. Последующие ряды кладки выполняют одним из двух способов - «под залив» или «под лопатку» (рис. 7.8, о). Кладка «под залив» - каждый ряд камней высотой 15 .20 см выгадывают насухо в распор со стенками траншеи или опалубки, пустоты заполняют щебнем и заливают жидким раствором подвижности 13 .15 см. Раствор не заполняет все отверстия, кладка получается пустотами, что снижает ее прочность. Камни укладывают без строгой перевязки швов и устройства верстовых рядов; это менее трудоемко и не требует высокой квалификации каменщиков. Поэтому на таких фундаментах и при такой системе кладки разрешают возводить здания высотой не более двух этажей.

Р и с 7 8 Кладка из природных камней неправильной формы

а - бутовая кладка,

б - бутобетонная кладка,

1 - верстовые камни,

2 – раствор,

3 – постелистые камни,

4 - бетонная смесь.

Кладку «под лопатку» выполняют горизонтальными рядами из подобранных по высоте камней с перевязкой швов по однорядной системе перевязки. Начинают кладку с укладки наружной и внутренней верст на растворе с высотой ряда до 30 см. В промежутки между верстами набрасывают раствор подвижностью 4 .6 см и укладывают камни забутки. Образовавшиеся промежутки между камнями расщебенивают. Кладка получается достаточно прочной, способом «под лопатку» выкладывают фундаменты, стены и столбы.

Для придания кладке большей прочности ее можно вести с облицовкой наружной стороны кирпичом по многорядной системе с перевязкой через 4 .6 рядов.

Камень и раствор всегда располагают вне траншеи, часто каменщик находится в самой траншее, а подсобник, находясь на бровке, подает в зону работ необходимые материалы.

Бутобетонная кладка отличается тем, что камни утапливают в уложенную бетонную смесь горизонтальными рядами с последующим вибрированием (рис. 7.8, б). Кладку ведут в распор со стенками траншеи или опалубкой. Бетонную смесь укладывают слоями по 20 см, камни утапливают на половину их высоты с зазорами между ними в 4 .6 см. Максимальный размер камней не должен превышать 1/3 толщины возводимой конструкции. Кладку вибрируют при подвижности бетонной смеси 5 .7 см или уплотняют трамбовками при подвижности смеси в пределах 8 . 12 см. Эта кладка прочна, менее трудоемка, чем бутовая, но она требует большего расхода древесины для устройства опалубки и очень значительного расхода цемента, так как объем камня от общего объема кладки составляет немного более 50%.

7.6. Возведение каменных конструкций в экстремальных условиях.

7.6.1. Возведение каменных конструкций в зимних условиях.

Отрицательные температуры оказывают сильное влияние на физико-механические процессы, происходящие в свежевыложенной каменной кладке. Твердение раствора в кладке прекращается из-за перехода воды раствора в лед, а реакция гидратации цемента, начавшаяся с укладкой раствора, по мере снижения температуры раствора затухает и приостанавливается. Раствор при замерзании превращается в прочную механическую смесь цемента (извести), песка и льда. Вода, переходя в лед, увеличивается в объеме, что приводит к увеличению объема раствора, в результате чего он разрыхляется, нарушаются связи между его частицами, прочность резко снижается. На поверхности камней образуется ледяная пленка, а это дополнительно снижает прочность сцепления раствора с камнем. В итоге при раннем замерзании кладки конечная прочность ее в возрасте 28 дн. оказывается значительно ниже прочности нормально твердевшей кладки.

В известковом растворе при замораживании процесс твердения также прекращается, но в отличие от цементного раствора после оттаивания процесс гидратации не возобновляется. Для выполнения каменной кладки в зимних условиях используют способ замораживания. Его отличительные особенности заключаются в следующем:

Ø при положительной температуре после оттаивания кладка будет дальше набирать свою прочность, если раствор к моменту замерзания набрал кртипическую прочность, которая составляет обычно более 20% марочной прочности;

Ø способ замораживания не применим для внецентренно сжатых конструкций со значительным эксцентриситетом и конструкций, подвергаемых вибрации, а также в бутовой кладке, в стенах из бутобетона, в сводах;

Ø используют только цементные и сложные растворы, так как известковые и известково-глиняные не сохраняют способности к твердению после оттаивания;

Ø транспортные средства, в которых доставляют раствор на строительную площадку, обязательно утепляют, к месту работ подают порцию раствора только на 20 .30 мин работы и при температуре раствора не ниже +20°С;

Ø обязателен журнал контроля за выполнением кирпичной кладки и за ее размораживанием, так как из-за неодинаковой плотности раствора при оттаивании возможны неравномерные осадки.

На практике применяют следующие способы кладки в зимних условиях.

Чистый способ замораживания, при котором кладку осуществляют на подогретых составляющих раствора. Воду нагревают в бойлерах или регистрами до 80 .90°С, песок отогревают до положительной температуры, или разогревают до 60°С. Применяют цементные ли цементно-известковые растворы с минимальной температурой момент укладки не ниже +20°С при температуре окружающего воздуха 0°С. При понижении температуры окружающей среды на несколько градусов, на столько же градусов необходимо повысить температуру применяемого строительного раствора. Кладку ведут на кирпиче, очищенном от снега и наледи. Раствор замерзает, не набрав арочной прочности, но, приобретя уже критическую прочность, поэтому при положительной температуре набор прочности будет продолжаться, но марочной прочности кладка обычно не набирает. Для получения марочной прочности используют марку раствора превышающую на 1 или 2 класса проектную.

Кладку ведут на всю ширину стены одновременно. Желательно добиться, чтобы раствор замерз после укладки 5 .6 последующих рядов кладки, что обеспечит лучшее его уплотнение и уменьшит осадку весной. Для повышения прочности кладки устраивают металлические связи в местах примыканий и пересечений, обычно на уровне перекрытия каждого этажа (рис. 7.14). Сборные элементы монтируют непосредственно после завершения кладки этажа, а плиты перекрытий - с обязательной анкеровкой в швах кладки наружной версты.

Рис. 7.14. Усиление кладки стальными связями в процессе работ:

а-в углах;

1 - вертикальные анкеры диаметром 10. .12 мм;

2 - горизонтальные связи диаметром 8 . 10 мм;

Замораживание с применением противоморозных добавок. Цементные и смешанные растворы с противоморозными химическими добавками обеспечивают набор прочности при отрицательной температуре не менее 20% проектной, а при благоприятных погодных условиях за зимние месяцы раствор может приобрести до 70 .80% марочной прочности. В результате применения растворов с противоморозными добавками прочность каменной кладки в зимних условиях оказывается не меньше, чем прочность аналогичной кладки, выполненной летом.

Растворы с добавками 3 .6% хлористого натрия, кальция, аммония позволяют отодвинуть температуру замерзания раствора до -10°С. Для зданий с постоянным пребыванием людей эти растворы применять не разрешается, используют только поташ и 3 .6%-ный раствор нитрита натрия.

Кирпич и камень при кладке на растворах с противоморозными добавками очищают от снега и наледи. При морозах до - 15°С кладку ведут на растворах с добавкой нитрита натрия (5 . 10% от массы цемента). Удобоукладываемость таких растворов сохраняется на морозе в течение 1,5 .3 ч. Растворы с нитритом натрия при температуре ниже - 15°С почти не набирают прочности, но при более высоких температурах растворы вновь «оживают» и их твердение продолжается.

При морозах до - 30°С в кладочные растворы вводят поташ (5 . 10% от массы цемента) и замедлитель схватывания раствора сульфитно-дрожжевую бражку. Процесс схватывания раствора замедляется, но остается достаточно интенсивным и поэтому выработать раствор необходимо в течение 1 ч. Добавки поташа способны вызвать коррозию разрушение силикатов. Растворы с такими добавками не рекомендуется применять при возведении конструкций из силикатного кирпича.

Применение быстротвердеющих растворов состава 1: 3 на смеси глиноземистого цемента (30%) и портландцемента (70%). С учетом подогрева воды затворения раствор быстро набирает критическую прочность.

Электропрогрев кладки применяют при небольших объемах работ для наиболее загруженных простенков и столбов нижних этажей многоэтажных зданий (рис. 7.15). Кладку, подлежащую электропрогреву, выполняют только на цементном растворе. Марки раствора принимают в соответствии с проектом, но не менее 50. Осуществляют электропрогрев с помощью металлических прутьев диаметром 5 и 6 мм, которые укладывают в процессе кладки - в ряду через 15 см друг от друга с выпуском за обрез кладки и повторяют через 2 .3 ряда кладки. При выпуске в 4 .5 см имеется возможность подсоединить эти прутки к проводам с напряжением 127, 220 и 380 В. Прогрев идет за счет преобразования электрического тока в тепло­вую энергию при прохождении его через раствор между электродами. В процессе набора раствором прочности сила тока начинает падать, поэтому обычно прогрев прекращают при наборе только критической прочности.

В армированной кладке столбов роль электродов выполняют стальные сетки. Участки кладки между сетками или электродами, подключенными к разным фазам тока, являются сопротивлениями, а сами растворные швы с наличием жидкой фазы - проводниками электрического тока. В результате прохождения электрического тока растворные швы нагреваются до температуры 30 .35°С, значительно ускоряется процесс твердения раствора. Электропрогрев кладки продолжают до набора раствором прочности не менее 20% марочной прочности.

Армирование кладки с расположением сеток через 1 .4 ряда и прутков в сетке через 5 .7 см, с заведением сеток в примыкания и сопряжения повышает прочность кладки после оттаивания в 2 раза.

Кладку в тепляках, изолированных от наружного воздуха объемах, в которых при помощи подогретого воздуха создается температура выше +10°С, выполняют редко, обычно для отдельных, изолированных участков кладки.

Отличительные особенности кирпичной кладки в зимних условиях:

Ø сокращают размер делянок, увеличивают число каменщиков, обеспечивают быстрое возведение кладки по высоте с обязательным и одновременным выполнением работ сразу на всей захватке;

Ø при многорядной системе перевязки вертикальные продольные швы перевязывают не реже чем через каждые 3 ряда;

Ø запас раствора на рабочем месте допускается только на 20 .30 мин работы, ящик должен быть утеплен и оборудован подогревом;

Ø не разрешается укладывать в конструкцию намокший и обледеневший кирпич, его необходимо просушить;

Ø не допускается при перерывах в работе оставлять раствор на верхнем слое кладки.

Удорожание зимней кладки на обычном цементном растворе при способе замораживания составляет 8 . 12%; на быстротвердеющих растворах - 10 . 15%; при растворах с противоморозными добавками -12 .20%; при применении электроподогрева - 15 .20%; в тепляках -30% и более.

До начала оттаивания кладки весной принимают меры по разгрузке конструктивных элементов кладки или их усиления. Для разгрузки простенков в проемах враспор устанавливают стойки на клиньях, позволяющих регулировать их положение по мере осадки кладки (рис. 7.16, а). Иногда используют металлические стойки с домкратными опорами. Для уменьшения нагрузки от прогонов под их концы подводят стойки, опираемые также на деревянные клинья. Увеличение несущей способности и обеспечение устойчивости столбов обеспечивается установкой стальных обойм или инвентарных хомутов из металлических уголков, стянутых болтами (рис. 7.16, б, в). Участки внутренних свободно стоящих стен, высота которых более чем в 5 раз превышает их толщину, временно закрепляют двухсторонними подкосами (рис. 7.16, г); высокие простенки раскрепляют двухсторонними сжимами (рис. 7.16, д).

7.6.2. Возведение кладки в условиях сухого жаркого климата.

Особое внимание при выполнении каменной кладки в условиях сухого и жаркого климата уделяют сохранению подвижности раствора до его укладки в конструкцию. С этой целью предохраняют раствор от потерь влаги, расслаивания и разогрева солнечными лучами в процессе транспортирования раствора и самого процесса кладки.

Керамический кирпич перед укладкой в конструкцию необходимо обильно смачивать или погружать в воду на время, необходимое для оптимального увлажнения. При перерывах в каменной кладке нельзя оставлять слой раствора на свежевыложенной кладке, продолжение кладки после перерыва необходимо начинать с обильного смачивания поверхности кладки водой. Для защиты кладки от преждевременного испарения влаги из раствора выложенную часть конструкции накрывают влагоемкими материалами, периодически увлажняют, при возможности дополнительно устраивают солнцезащитные покрытия.

7.7. Контроль качества каменной кладки.

При ведении каменной кладки необходимо следить за горизонтальностью и толщиной швов, вертикальностью плоскостей и правильностью углов. Правильность закладки угла проверяют угольником, вертикальность поверхностей отвесом, это делают не реже двух раз на каждый метр высоты кладки. Горизонтальность кладки проверяют уровнем и правилом. Проверку горизонтальности кладки производят также не реже двух раз на каждый метр высоты.

Толщину швов контролируют стальной линейкой или метром через 5 .6 рядов кладки. Допустимые отклонения поверхностей и углов:

от вертикали на один этаж - 10 мм, на всю высоту здания - не более 30 мм;

от горизонтали на 10 м длины кладки - не более 15 мм. Кроме этого проверяют качество заполнения швов, толщину швов, правильность кладки и величину опирания на кладку железобетонных элементов. Для зимней кладки ведут журнал работ котором фиксируют температуру воздуха и раствора в момент его укладки, температуру кладки при искусственном прогреве, состояние кладки в период оттаивания.

Перед началом кирпичной кладки на границе делянок, отводимых отдельным звеньям каменщиков, и на углах стен устанавливают рейки-порядовки, разбитые на деления по рядам кладки. Для создания соблюдения прямолинейности и толщины рядов кладки применяют натянутый шнур-причалку, вертикальное направление кладки проверяют отвесом.

Должны быть четко разграничены обязанности между каменщиком и подсобным. Подсобник раскладывает кирпич на стене и расстилает раствор. Для кладки наружного ряда кирпич раскладывают поближе к внутреннему ряду, для кладки внутреннего ряда - на наружном или ближе к нему. В зависимости от применяемых растворов, используемых пластификаторов, подвижности раствора принимают решение о способе укладки кирпича - вприсык (впустошовку) или в прижим.

Желательно четкое распределение обязанностей в комплексной монтажной бригаде, возводящей кирпичный дом: укладка кирпича, блоков на растворе - каменщики; монтаж сборных конструкций - монтажники; устройство подмостей или лесов - плотники или монтажники; доставка материалов на рабочее место - транспортные рабочие.

Для осуществления контроля качества и производительности рабочих используют основные нормативные данные: расход кирпича на 1 м3 кладки около 400 шт., раствора 0,24 м3; затраты труда на 1м3 кладки от 0,77 до 2 чел/дн; средняя выработка на одного рабочего в смену 0,8 . 1,1 м3. Фактическая производительность на одного рабочего в смену: рабочий «одиночка» - 300 .500 шт. кирпича или 0,7 . 1,2 м3 кладки;

рабочий в звене «двойка» - около 1000 шт. кирпича или 2,5 м3; в звене «пятерка» - 1700 .2000 шт. кирпича или 4,2 .5,0 м3.

7.8. Охрана труда при каменных работах.

При производстве каменной кладки должны быть обеспечены сле­дующие мероприятия по охране труда:

Ø наличие ограждений оконных проемов и проемов дверей балконов и лоджий; проемы в стенах ограждают на высоте 1 м, отверстия в перекрытиях также ограждают (рис. 7.20, б), или закрывают;

Ø в зданиях шириной до 12 м подмости необходимо устраивать по всей площади производства работ. В лестничных клетках работу производить с инвентарных площадок, устраиваемых на внутренних стенах лестничных клеток;

Ø с каждого уровня производить кладку можно на высоту 1,1 . 1,2 м, каждый ярус стены нужно выкладывать так, чтобы уровень стены после перемещения рабочего настила был на 2 .3 ряда кирпичей выше нового положения настила;

Ø защитные инвентарные козырьки шириной 1,5 м устраивать по всему периметру здания с наклоном в сторону стены (рис.7.20, а). Первый ряд козырьков располагают на уровне 6 м от земли, второй - через 6 .7 м с обязательным переносом через каждые два этажа выложенной кладки;

Ø навесы над входами в здание должны быть в плане не менее 2 х 2 м; подача всех штучных материалов должна быть обеспечена в контейнерах или в футлярах, а раствора - только в раздаточных бункерах;

Ø кладку можно выполнять с земли, междуэтажных перекрытий, подмостей и лесов. Разрешается работа на стене в три кирпича и более, при надежном закреплении рабочего за неподвижные части здания;

Ø рабочие места систематически очищать от мусора и боя кирпича;

Ø леса и подмости должны удовлетворять соответствующим нагрузкам, обязательно устройство перил ограждения; землю под наружными лесами предварительно планируют и уплотняют.

Стойки лесов устанавливают на специальные башмаки, щиты крепят к поперечинам трубчатых лесов, а сами леса - к частям здания. Подъем на леса и подмости осуществляют по стремянкам с перилами и бортовыми досками.