Определение угла естественного откоса грунтов. Углы естественного откоса грунтов и отношение высоты откоса к заложению Определение угла естественного откоса песчаных грунтов

Угол естественного откоса

Угол естественного откоса

Угол естественного откоса - угол, образованный свободной поверхностью рыхлой горной массы или иного сыпучего материала с горизонтальной плоскостью. Иногда может быть использован термин «угол внутреннего трения».

Частицы материала, находящиеся на свободной поверхности насыпи, испытывают состояние критического (предельного) равновесия. Угол естественного откоса связан с коэффициентом трения и зависит от шероховатости зерен, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от удельного веса материала.

По углам естественного откоса определяются максимально допустимые углы откосов уступов и бортов карьеров, насыпей, отвалов и штабелей. угол естественного откоса из различных материалов

Список из различных материалов и их угла естественного откоса. Данные приблизительные.

Материал (условия)	Угол естественного откоса (градусы)
Пепел	40°
Асфальт (измельченный)	30-45°
Кора (деревянные отходы)	45°
Отруби	30-45°
Мел	45°
Глина (сухой кусок)	25-40°
Глина (мокрой раскопки)	15°
Семена клевера	28°
Кокос (измельченный)	45°
Кофе зерна (свежие)	35-45°
Земля	30-45°
Мука (пшеница)	45°
Гранит	35-40°
Гравий (насыпной)	30-45°
Гравий (натуральный с песком)	25-30°
Солод	30-45°
Песок (сырой)	34°
Песок (с водой)	15-30°
Песок (влажный)	45°
Пшеница сухая	28°
Кукуруза сухая	27°

См. также

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Угол естественного откоса" в других словарях:

угол естественного откоса - Предельный угол, образуемый свободным откосом сыпучего грунта с горизонтальной плоскостью, при котором не происходит нарушения устойчивого состояния [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] угол… … Справочник технического переводчика

Максимальный угол наклона откоса, сложенного г. п., при котором они находятся в равновесии, т. е. не осыпаются, не оползают. Зависит от состава и состояния г. п., слагающих откос, их водоносности, а для глинистых п. и высоты откоса. Геологический … Геологическая энциклопедия

Угол (естественного) откоса - (Böschungswinkel) – угол относительно горизонтали, образующийся при насыпании сыпучего материала. [СТБ ЕН1991 1 1 20071.4] Рубрика термина: Общие, заполнители Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

угол естественного откоса - Предельная крутизна склона, при которой слагающие его рыхлые отложения находятся в равновесии (не осыпаются). Syn.: естественный откос … Словарь по географии

угол естественного откоса - 3.25 угол естественного откоса: Угол, образованный образующей откоса с горизонтальной поверхностью при отсыпке сыпучего материала (грунта) и близкий к значению его угла внутреннего трения. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

УГОЛ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА - угол, при котором неукрепленный откос песчаного грунта еще сохраняет равновесие, или угол, под которым располагается свободно насыпаемый песок. У. е. о. определяется в воздушно сухом состоянии и под водой … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

угол естественного откоса - угол у основания конуса, образованный при свободной насыпке сыпучего материала на горизонтальную плоскость; характеризует сыпучесть этого материала; Смотри также: Угол угол смачивания угол касания … Энциклопедический словарь по металлургии

Предельный угол, образуемый свободным откосом сыпучего грунта с горизонтальной плоскостью, при котором не происходит нарушения устойчивого состояния (Болгарский язык; Български) ъгъл на естествения откос (Чешский язык; Čeština) úhel přirozeného… … Строительный словарь

Экологический словарь

УГОЛ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА ПОЧВЫ - (грунта) наибольшая возможная величина угла, который образует с горизонтальной поверхностью устойчивый откос насыпи сухой почвы (грунта), или влажной почвы (грунта) под водой. Экологический словарь, 2001 Угол естественного откоса почвы (грунта)… … Экологический словарь

Углом естественного откоса грунта называется наибольшее значение угла, который образует с горизонтальной плоскостью поверхность грунта, отсыпанного без толчков; сотрясений и колебаний.
Угол естественного откоса зависит от сопротивления грунта сдвигу. Для установления этой зависимости представим себе грунтовое тело, рассеченное плоскостью а - а, наклоненной к горизонту под углом а (рис. 22).

Часть грунта выше плоскости а - а, рассматриваемая как единый массив, может оставаться в покое или прийти в движение под действием силы P - собственного веса и воздействия возведенного на нем сооружения.
Разложим P на две силы: N = P cos а, направленную нормально к плоскости а - а и силу T = P sin а, параллельную плоскости а - а. Сила T стремится сдвинуть отсеченную часть, которая удерживается силами сцепления и трения в плоскости а - а.
В состоянии предельного равновесия, когда сдвигающая сила уравновешивается сопротивлением трения и сцепления, но когда сдвига еще нет, выполняется равенство 26, т. е. T = N tg ф + CF.
В глинистых грунтах сдвигу в основном противодействует сцепление.

В сухом песке сцепления почти нет и состояние предельного равновесия характеризуется соотношением T = N tg ф. Подставляя значения N и T, получим P sin а = P cos a tg ф или tg a = tg ф и а = ф, т. е. угол а соответствует углу внутреннего трения грунта ф в состоянии предельного равновесия массива несвязного грунта.
Определение угла естественного откоса песка показано на рис. 23. Угол естественного откоса песка определяют дважды - для состояния естественной влажности и под водой. Для этого в стеклянный прямоугольный сосуд насыпают песчаный грунт, как показано на рис. 23, а. Затем сосуд наклоняют под углом не менее 45° и осторожно возвращают в прежнее положение (рис. 23, б). Далее определяется угол а между образовавшимся откосом песчаного грунта и горизонталью; о величине угла а можно судить по отношению hl, равному tg а.

В последние годы для определения характеристик сопротивления грунтов сдвигу предложен ряд новых методов: по данным испытания грунтов в стабилометрах (см. рис. 11), по вдавливанию шарикового штампа в грунт (рис. 24), аналогично определению твердости по Бринеллю и др.
Испытание грунта методом шариковой пробы (рис. 24) заключается в измерении осадки шарика S при действии на него постоянной нагрузки р.
Значение эквивалентного сцепления грунта определяется по следующей формуле:

где P - полная нагрузка на
D - диаметр шарика, см;
S - осадка шарика, см.

Величина сцепления сш учитывает не только силы сцепления грунта, но и внутреннее трение.
Для определения удельного сцепления с значение сш умножается на коэффициент К, который зависит от угла внутреннего трения ф (град).

В последние годы метод шариковой пробы стали применять в полевых условиях. В этом случае применяются полусферические штампы размером до 1 м (рис. 25).
Характеристики сдвига ф и с называются прочностными и точность их определения имеет большое значение при расчете оснований сооружений по прочности и устойчивости. СП 48.13330.2011 Организация строительства; СП 50.101.2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений; СТО НОСТРОЙ 2.3.18.2011 Укрепление грунтов инъекционными методами в строительстве

Также смотрят :

1. Общие положения

Назначение и виды земляных сооружений

Объем земляных работ очень большой, он имеется при строительстве любого здания и сооружения. Из общей трудоемкости в строительстве земляные работы составляют 10%.

Различаются следующие основные виды земляных сооружений :

Планировка площадки;

Котлованы и траншеи;

Земляные полотна дорог;

Дамбы;

Плотины;

Каналы и др.

Земляные сооружения делятся на :

Постоянные;

Временные.

К постоянным относятся котлованы, траншеи, насыпи, выемки.

К постоянным земляным сооружениям предъявляются требования :

Должно быть прочным, т.е. сопротивляться временным и постоянным нагрузкам;

Устойчивым;

Хорошо сопротивляться атмосферным влияниям;

Хорошо сопротивляться размывающим действиям;

Должны обладать безосадочностью.

Временные земляные сооружения выполняются для последующих строительно-монтажных работ. Это траншеи, котлованы, перемычки и т.д

Основные строительные свойства и классификация грунтов

Грунтом называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. К ним относятся: растительный грунт, песок, супесь, гравий, глина, суглинок лессовидный, торф, различные скальные грунты и плывуны.

По крупности минеральных частиц и их взаимной связи различают следующие грунты :

Связные - глинистые;

Несвязные - песчаные и сыпучие (в сухом состоянии), крупнообломочные несцементированные грунты содержащие более 50% (по массе) обломков кристаллических пород размером более 2 мм;

Скальные - изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткой связью между зернами.

К основным свойствам грунтов, влияющим на технологию производства, трудоемкость и стоимость земляных работ относятся :

Объемная масса;

Влажность;

Размываемость

Сцепление;

Разрыхленность;

Угол естественного откоса;

Объемной массой называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии в плотном теле.
Объемная масса песчаных и глинистых грунтов 1,5 - 2 т/м3, скальных не разрыхленных до 3 т/м3.
Влажность - степень насыщения пор грунта водой

g b - g c - масса грунта до и после сушки.

При влажности до 5% - грунты называются сухие.

При влажности от 5 до 15% - грунты называются маловлажными.

При влажности от 15 до 30% - грунты называются влажные.

При влажности более 30% - грунты называются мокрые.

Сцепление - начальное сопротивление грунта сдвигу.

Сила сцепления грунтов :

Песчаных грунтов 0,03 - 0,05 МП

Глинистых грунтов 0,05 - 0,3 МП

Полускальных грунтов 0,3 - 4 МПа

Скальных более 4 МПа.

В мерзлых грунтах сила сцепления значительно больше.

Разрыхляемость - это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке, вследствие потери связи между частицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентом разрыхления К р.

После уплотнения разрыхленного грунта называется остаточной разрыхленностью К ор.

Грунты	Первоначальная разрыхленность К р	Остаточная разрыхленность К ор
Песчаные грунты	1,08 - 1,17	1,01 - 1,025
Суглинки	1,14 - 1,28	1,015 - 1,05
Глины	1,24 - 1,30	1,04 - 1,09
Мергели	1,30 - 1,45	1,10 - 1,20
Скальные	1,45 - 1,50	1,20 - 1,30

Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта.

Величина угла естественного откоса зависит от угла внутреннего трения, силы сцепления и давления вышележащих слоев.

При отсутствии сил сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения.

Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса. Крутизна откосов выемок и насыпей характеризуется отношением высоты к заложению m - коэффициент откоса.

Углы естественного откоса грунтов и отношение высоты откоса к заложению

Грунты	Значение углов естественного откоса и отношений высоты откоса к его заложению при различной влажности грунтов
	Сухой		Влажный		Мокрый
	Угол в град	Отношение высоты к заложению	Угол в град	Отношение высоты к заложению	Угол в град	Отношение высоты к заложению
Глина		1: 1		1: 1,5		1: 3,75
Суглинок средний		1: 0,75		1: 1,25		1: 1,75
Суглинок легкий		1: 1,25		1: 1,75		1: 2,75
Песок мелкозернистый		1: 2,25		1: 1,75		1: 2,75
Песок среднезернистый		1: 2		1: 1,5		1: 2,25
Песок крупнозернистый		1: 1,75		1: 1,6		1: 2
Растительный грунт		1: 1,25		1: 1,5		1: 2,25
Насыпной грунт		1: 1,5		1: 1		1: 2
Гравий		1: 1,25		1: 1,25		1: 1,5
Галька		1: 1,5		1: 1		1: 2,25

Размываемость грунта - унос частиц текучей водой. Для мелких песков наибольшая скорость воды не должна превышать 0,5-0,6 м/сек, для крупных песков 1-2 м/сек, для глинистых грунтов 1,5 м/сек.

Согласно производственным нормам, все грунты группируются и классифицируются по степени трудности разработки различными землеройными машинами и вручную :

Для одноковшевных экскаваторов - 6 группы;

Для многоковшевных экскаваторов - 2 группы;

Для разработки вручную - 7 группы и т.д.

Подсчет объемов земляных работ

В практике строительства приходится главным образом рассчитывать объемы работ по вертикальной планировке площадок, объем котлованов и объем линейных сооружений (транше, земляные полотна, насыпи и т.д.).

Объем подсчитывается в рабочих чертежах и уточняется в проекте производства работ.

В проекты производства земляных работ должны входить картограмма земляных работ, ведомость объемов насыпей и выемок и общий баланс грунта

В проекте должны быть объем и направление перемещения масс грунта в виде ведомости или картограммы.

Должна быть продумана технология разработки, транспортировки грунта, обратной засыпки и уплотнения.

В состав проекта должны входить календарный график земляных работ, должны быть указаны людские, материальные ресурсы и выбор комплекса машин.

При подсчете объемов земляных работ котлованов, траншей, выемок насыпей,пользуются всеми известными формулами геометрии.

При сложных формах выемок и насыпей их разбивают на ряд более простых геометрических тел, которые затем суммируют.

Определение объемов грунтовых масс при разработке котлованов

В большинстве случаев котлован представляет собой усеченную прямоугольную пирамиду, объем которой определяют по формуле :

Въездная траншея определяется по формуле :

Определение объемов грунтовых масс при устройстве линейных сооружений

Объем земляных работ для линейных сооружений насыпи, выемки, траншеи можно вычислить по формуле :

При уклоне не превышающем 0,1 можно пользоваться формулой Ф.Ф.Мурзо :

m -коэффициент откоса.

Если уклон превышает 0,1, то пользуются формулой

Подсчет объема на кривых (формула Тюльдена) :

r - радиус кривых

α - центральный угол поворота

Подсчет объемов земляных работ при планировке площадок

Наиболее целесообразно проектировать планировку площадки так, чтобы соблюдался нулевой баланс земляных масс, т.е. перераспределение земляных масс на самой площадке, без завоза или вывоза грунта.

Объем земляных работ определяют на основе картограммы.

План участка разбивают на квадраты со стороной от 10 до 50 м в зависимости от рельефа местности. При более сложном рельефе местности квадраты делят на треугольники.

Среднюю отметку поверхности площадки, при разбивке ее на квадраты определяют по формуле :

ΣH 1 - сумма отметок точек, где имеется одна вершина квадрата;

ΣH 2 - сумма отметок точек, где имеются две вершины квадрата;

ΣH 4 - сумма отметок точек, где имеются четыре вершины квадрата;

n - Количество квадратов.

При разбивке на треугольники, по формуле :

ΣH 1 - сумма отметок точек, где имеется одна вершина треугольника;

ΣH 2 - сумма отметок точек, где имеются две вершины треугольника;

ΣH 3 - сумма отметок точек, где имеются три вершины треугольника;

ΣH 6 - сумма отметок точек, где имеются шесть вершин треугольника;
n - количество квадратов.

Как правило, на планируемом участке всегда возводят дополнительные земляные сооружения в виде насыпей и выемок.

Для обеспечения нулевого баланса земляных работ возведение этих сооружений учитывается путем введения поправки к средней планировочной отметке и коэффициент остаточного разрыхления грунта.

Распределение земляных масс на площадке.

После того, как будут подсчитаны объемы земляных работ, приступают к распределению земляных масс. Из какого участка куда перевозить землю.

Перед этим надо составить баланс земляных работ. Сколько будет выемки, сколько насыпи.

При распределении земляных масс нужно учитывать профильный объем земляных работ и рабочий объем земляных работ. Рабочий больше, он учитывает откосы.

Распределение земляных масс в линейном сооружении

Учитывается :

Продольная транспортировка грунта;

Поперечная транспортировка грунта.

Какой способ принять, можно решить используя неравенство:

С вк + С нр ≤ С вн

С вк - стоимость разработки выемки и укладки грунта в кавальер;

С нр - стоимость отсыпки в насыпь из резерва;

С вн - стоимость разработки грунта и отсыпка его в насыпь.

Имеет значение правильный подсчет стоимости перевозок на те или иные расстояния.

Чтобы правильно определить длину перемещения грунта берут центры тяжести насыпи и выемки и это будет среднее расстояние для перевозок.

Общие сведения о машинах, предназначенных для производства земляных работ

Грунты разрабатываются механическим, гидромеханическим, взрывным, комбинированным и другими специальными способами.

Механический способ - 80-85% выполняется этим способом, путем отделения грунта резанием с помощью землеройных машин (одноковшовых и многоковшовых экскаваторов) работающих на транспорт или в отвал, или землеройно-транспортных машины: бульдозеры, скреперы, грейдеры, грейдеры-элеваторы и канавокопатели.

Гидромеханический способ - гидромониторами - размывают грунт, транспортируют и укладывают или всасывают грунт со дна водоема землеснарядами.

Взрывной способ - основанный на использовании силы взрывной волны различных взрывчатых веществ, закладываемых в специально устроенные скважины, является одним из мощных средств механизации трудоемких и тяжелых работ.

Комбинированный способ - сочетает механический с гидромеханическим или механический со взрывным.

Специальные способы - разрушают грунт ультразвуком, током высокой частоты, термическими установками и др.

Для подготовительных работ применяют кусторезы, корчеватели, рыхлители и др.

Грунт транспортируют автосамосвалами, автоприцепом, транспортерами, ж.д. транспортом и гидравлическим способом.

Для уплотнения грунта применяют всевозможные катки, трамбовочные и вибрационные машины.

Одноковшовый экскаватор - самоходная землеройная машина циклического действия; навесное оборудование: прямая лопата, обратная лопата, драглайн, грейфер, струг и засыпатель.

Кроме того применяют сменное оборудование: кран, копер, трамбующая плита, корчеватель пней, бетонолом и др.

С емкостью ковша 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,65; 1; 1,25; 2,5; 3; 4,5 м 3 - применяют в строительстве, а 40; 50; 100; 140 м 3 применяют на вскрышных работах.

Самое большее на стройке обычно 2,5 м 3 .

Многоковшовый экскаватор - самоходная землеройная машина непрерывного действия. Бывают цепные и роторные.

Бульдозер - навешивается нож-отвал к трактору. Мощность трактора 55 - 440 кВт (от 75 до 60 л.с.).

Бульдозеры используются для копания, перемещения и планировки грунта, а также его зачистки в котлованах.

Скреперы - состоят из ковша и ходовой части на пневмоходу. Бывают прицепные скреперы с емкостью ковша 2,25 - 15 м 3 , самоходные 4,5 - 60 м 3 . Рабочая скорость передвижения 10 - 35 км/час.

Применяют для послойного копания, транспортирования и отсыпки слоями грунтов. (Самые дешевые в земляных работах).

Дорожные грейдеры - самоходная машина на раме которой имеется отвал с режущим ножом. Предназначены для планировочных и профилировочных работ с грунтом.

Грейдеры-элеваторы - оборудованы дисковым плугом. Применяются для послойного резания грунта и перемещения его в отвал или транспортные средства.

2. Устройство выемок и насыпей

Устройство котлованов

Котлован представляет собой выемку, предназначенную для возведения части здания или сооружения, расположенной ниже поверхности земли, для устройства фундаментов.

Котлованы бывают с вертикальными стенками, с креплениями и с откосами.

Согласно СНиП допускается рытье котлованов с вертикальными стенками без креплений в грунтах естественной влажности с ненарушенной структурой, при отсутствии грунтовых вод и глубине котлованов в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах не более 1 м; в супесчаных и суглинках 1,25 м; в глинистых 1,5 м и особоплотных 2 м.

Крепления бывают :

подкосное анкерное шпунт

Но лучше выполнять котлован с откосами. Наибольшую допустимую крутизну откосов котлованов в грунтах естественной влажности и при отсутствии грунтовых вод принимают для выемок

Глубиной до 1,5 м от 1: 0,25 до 1: 0;
глубиной 1,3 - 3 м от 1: 1 до 1: 0,25;
глубиной 3 - 5 м от 1: 1,25 до 1: 1,5.

Для более глубоких котлованов откосы рассчитываются.

Разработка котлована включает в себя следующие рабочие операции :

Разработка грунта с выгрузкой на бровку или погрузкой в транспортные средства;

Транспортирование грунта;

Планировка дна котлована;

Обратная засыпка с подравниванием и уплотнением.

Рытье котлована - это ведущий процесс. Котлованы разрабатывают одноковшовым экскаватором, скрепером, бульдозером и гидромеханическим способом.

Одноковшовый экскаватор применяют :

При строительстве жилья 0,3 - 1 м 3 ;

В промышленном строительстве 0,5 - 2,5 м 3 иногда 4 м 3 .

Устройство траншей

Траншеи представляют собой временные выемки, предназначенные для укладки в них ленточных фундаментов или монтажа трубопроводов и кабелей.

Различают 3 вида траншей : с вертикальными стенками, с откосами, и смешанные траншеи :

Траншеи с вертикальными стенками в большинстве требуют крепления, а значит дополнительный расход материалов, дополнительные трудозатраты

Без крепления можно рыть от 1 до 2 м в зависимости от плотности грунтов. Но рекомендуют сразу, укладывать трубопроводы или возводить фундамент.

В вязких грунтах роторными экскаваторами копают до 3 метров, укладывая трубопроводы (газопроводы, нефтепроводы и т.д.), крепления выполняют там, где спускаются люди.

При устройстве траншей с откосами наибольшую крутизну принимают в соответствии с углом естественного откоса и погодными условиями.

Траншеи смешанного вида устраивают при большой глубине и наличии грунтовых вод, уровень которых выше дна траншеи.

Крепления траншей бывают :

Горизонтальные или вертикальные;

С прозорами или сплошные;

Инвентарные или неинвентарные.

Инвентарные ограждения состоят из сборно-разборных рам и инвентарных щитов, инвентарных распорок.

Для разработки траншей применяют одноковшовые экскаваторы: обратная лопата или драглайн с емкостью ковша 0,3 - 1 м 3 .

Обратной лопатой можно разрабатывать с вертикальными стенками. Драглайном с откосами и при наличии грунтовых вод.

Если траншеи не глубокие, то отвал организовывают рядом с траншеей (движение боковое или торцевое).

Если траншея глубокая, то отвал с двух сторон и экскаватор движется по зигзагу.

Многоковшовый экскаватор используется при разработке траншей для укладки трубопроводов.

Эксплутационная сменная производительность многоковшового экскаватора :

c - продолжительность смены;

n 1 - количество разгружаемых ковшей в минуту, зависит от скорости движения и расстояния между ними;

k1 - коэффициент использования экскаватора;

k3 - коэффициент загрузки ковшей;

g - ёмкость ковша.

Если грунт в траншее перебран, то укладывают песок или мелкий щебень и его трамбуют (но не грунт). При разработке траншей под фундаменты, грунт из под экскаватора обычно увозят автосамосвалами.

Иногда в очень стесненных условиях или при прохождении трубопроводов через дорогу или другие препятствия, копают штольни или выполнят прокол (бестраншейная прокладка).

Крепление траншей разбирают снизу вверх, но могут и оставлять (например, в плывунах).

Обратная засыпка траншей выполняется после геодезической съемки уложенных трубопроводов или других коммуникаций.

Засыпку выполняют в два этапа: сначала присыпают трубу на 0,2 м песком или мелким щебнем, а затем все остальное с послойным уплотнением.

Устройство подводных траншей

Подводные траншеи устраивают для прокладки дюкеров.

Траншею всегда разрабатывают с откосами, крутизну которых принимают для песчаных грунтов от 1:1,5 до 1:3, для супесков и суглинков 1:1 - 1:2, для глин 1:0,5 - 1:1.
При ширине разработки траншей учитывают скорость течения реки (у малых рек русло отводят).

Разработку подводных траншей в зависимости от местных условий выполняют экскаватором, канатно-скреперной установкой, землеснарядами, гидромониторами.

В некоторых случаях траншеи разрабатывают вручную.

Устройство земляного полотна

Земляное полотно является основанием верхнего строения автомобильных и железных дорог, состоит из насыпей и выемок.

Крутизну откоса принимают в зависимости от рода грунта и высоты насыпи.

Для несвязных грунтов при высоте насыпи до 6 м, рекомендуют крутизну откоса 1:1,5.

Насыпи от 6 м и выше должны иметь откосы ломаного профиля, более пологие в нижней части.

Процесс устройства земляного полотна состоит из 2-х работ : подготовительной и основной.

Подготовительная - очистка трассы и разбивка полотна.

Основная - разработка, перемещение, планировка и уплотнение грунта.

На каждом участке земляного полотна грунт разрабатывается машинами одного или нескольких типов, которые выбирают с учетом условий их применения и обеспечения наибольшей производительности.

Бульдозеры применяют при устройстве выемок до 2 м и насыпей высотой 1 - 1,5 м при длине перемещения 80 - 100 м.

Скреперы применяются для продольного перемещения грунта из выемок в насыпь при расстоянии перемещения более 100 м, а также когда устраивают насыпи из боковых резервов.

Грейдеры-элеваторы - целесообразно применять при возведении невысоких (до 1 метра) насыпей из резервов в равнинной местности. Фронт работ каждой машины должен быть в пределах 1,2 - 3 км, длина захватки не менее 400 м.

Грейдеры и автогрейдеры в основном предназначены для планировочных и профилированных работ, можно также применять в качестве основных машин при возведении земляного полотна с высотой насыпи до 0,75 м.

Экскаваторы - прямая лопата или драглайн применяют, где сосредоточенные массы грунта по высоте не менее нормального забоя.

Средства гидромеханизации применяют если в зоне работ по устройству земляного полотна есть естественные водоемы и источники электроэнергии.

Крепление откосов постоянных земляных сооружений и берегов

При строительстве земляного полотна, каналов, водопроводно-канализационных и других сооружений приходится выполнять работы по креплению откосов и берегов.

Грунт откосов и берегов закрепляют органическими вяжущими (битум), засевом трав, устройство защитной одежды в виде одерновки, а также хворостом, камнем, ж/б плитами и специальными защитными сооружениями.

Более прочным креплением является мощение или каменная наброска в плетневых клетках размером от 1 х 1 до 1,2 х 1,2 м.

3. Вспомогательные работы при производстве земляных работ

Водоотлив

Выемки в водоносных грунтах разрабатывают с применением открытого водоотлива или искусственного водопонижения уровня грунтовых вод.

Водоотлив применяется при небольшом поступлении воды.

Недостатки водоотлива :

Размывает стенки выемок;

Приток воды затрудняет выемку грунта;

Дно котлована не всегда сухое.

Поэтому устраивают искусственное понижение уровня грунтовых вод.

Водопонижение

Понижение уровня грунтовых вод осуществляют : с применением легких иглофильтровальных установок, обеспечивающих одноярусное понижение уровня грунтовых вод до 4 - 5 м, а при двухъярусном на 7 - 9 м; эжекторных иглофильтров, допускающих одноярусное понижение уровня грунтовых вод до 15 - 20 м; и трубчатых колодцев с глубинными насосами.

Легкие иглофильтровальные установки состоят из комплекса иглофильтров, всасывающего коллектора и насосов.

Погружают трубы гидравлическим методом или бурением. Для глубоких котлованов может быть 2 и 3 яруса.

Для траншей, возможно устраивать с одной стороны.

Иглофильтры с эжекторным устройством применяют для понижения уровня грунтовых вод одним ярусом на глубину до 15 - 20 м.

Глубинные трубчатые колодцы осуществляют одноярусное понижение грунтовых вод на глубину до 60 м и более.

Погружные насосы устанавливают в заранее пробуренные фильтрованные скважины (обсадные трубы) d 200 - 400 мм.

Применяют также артезианские насосы.

Искусственное ограждение выемок от грунтовых вод

Выемки грунтов при проходке слоев со значительным притоком воды могут быть осуществлены под защитой ледяной водонепроницаемой стены из замороженного грунта или при помощи тиксотропных противофильтрационных экранов.

Искусственное замораживание грунтов применяется при разработке выемок в плывунах в целях создания временной водонепроницаемой ледяной стены

Тиксотропные экраны делают из бентонитовых глин или из простых глин смешанных с цементом 1:2.

Глины поглощают воду в 7 раз больше собственной массы и после водонасыщения загустевают, приобретая водоотталкивающее качество.

4. Особенности устройства земляных работ в зимних условиях

Общие сведения

Зимой структура грунта меняется: механическая прочность а также удельное сопротивление резанию и копанию резко возрастает (в несколько раз).

Поэтому земляные работы резко отличаются от летних.

Но иногда зимние условия способствуют земляным работам. Например, в болотах, при разработке илистых грунтов, грунтов, насыщенных водой.

За счет грунтовых вод весной грунт подтаивает снизу. Поэтому в момент оттаивания грунтовые воды повышаются.

Первые кристаллы льда в грунтовой воде появляются при t = -0.1° С. Замерзание грунта начинается с - 6° С и ниже.

В рыхлых грунтах песок, супесок вода замерзает при t = (- 2°С - 5°С), в глинистых при t = (- 7°С - 10°С).

Температура внутри грунта распределяется в зависимости от глубины.

Температура грунта, в °С	Глубина, в м
	Без снега	Снег 35 см
	0,75
		0,75
	1,25	1,15
	1,85	1,75
	2,25

Глубина промерзания грунта зависит от :

Влажности - чем выше влажность, тем больше глубина. При влажности 30 - 40% приводит к пучению грунта;

Уровня грунтовых вод - чем ближе к поверхности грунтовые воды, тем меньше промерзание;

Характера зимы и времени выпадения снега. Чем резче колебания наружного воздуха, тем больше глубина промерзания.

Глубину промерзания можно определить по следующей формуле (грунт не покрыт снегом) :

H - глубина промерзания

k - коэффициент, учитывающий особенности грунта:

Глина - 1;

Суглинок - 1,06;

Супесь - 1,08;

Песок - 1,12.

z - число дней зимы до расчетного дня.

t - средняя температура наружного воздуха за период от начала зимы до расчетного дня.

Кроме того глубину промерзания можно определить по различным графикам и таблицам. А вообще глубину промерзания определяют в натуре.

Предохранение грунта от промерзания

Вообще предохранять грунт от промерзания трудно.

Наиболее простым является рыхление: боронование глубиной 0,15 - 0,2 м, вспашка 0,25 - 0,35 м, глубокое рыхление экскаватором до 1,5 м.

Обеспечивают водоотвод осенних вод.

Устраивают снегозадержание толщиной 0,5 - 1,0 м. Для утепления укрывают сухим торфом, листвой, шлаком (опилом нельзя).

Водовоздушное покрытие пеной из поверхностно-акивных веществ (ПАВ), устраевоемое при помощи пеногенераторных установок слоем 30 - 40 см снижает глубину промерзания в 10 раз.

Но утепление грунта целесообразно лишь в первой половине зимы.

Рыхление мерзлого грунта

При промерзании грунта до 0,1 м разрабатывается без рыхления.

Мерзлый грунт разрыхляют взрывным или механическим способом .

Взрывной способ рыхления выгоден при глубине промерзании более 0,8 м (способ дешевый).

Объем делят на захватки, бурят шпуры, закладывают взрывчатку, взрывают и разрабатывают обычным способом.

Механизированное рыхление при глубине 0,25 - 0,4м рыхлителем или экскаватором с ковшом 0,5 - 1 м 3 .

Если глубина промерзания 0,5 - 0,7 м и объем не большой применяют молоты свободного падения, которые имеют форму клина или шара, бетоноломы на базе гидравлического экскаватора.

При глубине промерзания до 1,3 м лучше применять дизельмолот с клином.

Кроме того, мерзлый грунт можно нарезать барой на блоки, которые затем удаляются.

Небольшой объем работ выполняют отбойными молотками.

Оттаивание мерзлого грунта

Этот способ применяют при небольших объемах работ, обычно в стесненных условиях.

Грунт можно оттаивать :

Горячей водой;

Паром;

Электрическим током;

Огневым способом;

Химическим способом (негашеной известью).

Горячую воду или пар подают через иглы, помещенные в предварительно пробуренные шпуры.

Электротоком - электрические иглы, электрические печи, ТЭНы, коаксиальные нагреватели, горизонтальные или забивные электроды.

Огневой способ - сжигание какого-либо топлива (торф, уголь, дрова, щепа, солярка и т.д.) под металлическим коробом или трубой.

Разработка грунта, обратная засыпка и устройство насыпей

Зимой грунт разрабатывают обычным способом.

Разработка грунта производится последовательно, быстро и укладывают фундаменты пока грунт теплый.

Неглубокие траншеи (глубиной до 1,5 м) под фундаменты - утепляют.

Обратная засыпка производится с соблюдением следующих требований: при засыпке пазух котлованов и траншей мерзлые комья должны составлять не более 15% от объема засыпок, внутри здания засыпают только талым грунтом.

Трубопроводы на 0,5 м засыпают талым грунтом.

Выше можно засыпать мерзлым грунтом, не содержащим комьев размером более 5-10 см.

Возведении насыпей земляного полотна в зимних условиях: при устройстве дорожной насыпи допускается до 20% мерзлого грунта, железнодорожной насыпи - до 30%.

Глинистые грунты в насыпи должны быть не свыше 4,5 м.

Верхний слой насыпи - талый грунт толщиной 1 м.

При планировке площадки допускается до 60% мерзлого грунта.

Основание под фундаменты можно сдавать мерзлые, но не в пучинистых грунтах.

5. Организация комплексно-механизированного процесса возведения земляных сооружений

При комплексной механизации все процессы земляных работ выполняются механизировано: рыхление, разработка грунта, транспортировка грунта, планировка, уплотнение.

Выбирается ведущая машина, которая должна использоваться наиболее полно.

К ней подбирают остальной комплект машин.

Определяют стоимость 1 м 3 переработанного грунта и комплекс машин сравнивают с другим комплексом.

С с - удельные затраты на 1 м 3

С 0 - общая стоимость земляных работ

V - общий объем

С м.см. - стоимость машиносмены в руб.

T - продолжительность работы машины на данном объекте

С д - дополнительные затраты связанные с организацией производства земляных работ, руб.(устройство дорог, содержание дорог и т.д.)

З - зарплата рабочих не учтенная в стоимости машин.

6. Контроль качества земляных работ и их приемка

Необходимо систематически проверять выполнение работ проектной документации и требований СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты».

Необходимо вести журнал работ, в котором отражаются свойства грунта (пластичность, влажность, вязкость и т.п.).

После устройства выемок составляется трехсторонний акт (заказчик, подрядчик, геолог или проектировщик) о соответствии несущего основания проекту для возможности ведения дальнейших работ.

При сдаче земляных сооружений исполнитель должен представить комиссии исполнительные чертежи, в которых нанесены все изменения, отступления от проекта, акты скрытых работ, акты испытания грунта, акты геодезических съемок.

Угол естественного откоса - это наибольший угол, который может быть образован откосом свободно насыпанного грунта в состоянии равновесия с горизонтальной плоскостью.

Угол естественного откоса зависит от гранулометрического состава и формы частиц. С уменьшением размера зерен угол естественного откоса становится положе.
В воздушно-сухом состоянии угол естественного откоса песчаного грунта равен 30-40°, под водой - 24-33°. Для грунтов, не обладающих сцеплением (сыпучих), угол естественного откоса не превышает угла внутреннего трения

Для определения угла естественного откоса песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии используют прибор УВТ (рис. 9.11, 9.12 ), под водой - ВИА (рис. 9.13 ).

Согласно рис. 9.12 при наклоне ящика песок осыпается и, разрыхляясь, образует откос с углом, который можно определить транспортиром или по формуле

Понятие об угле естественного откоса относится только к сухим сыпучим грунтам, а для связных глинистых оно теряет всякий смысл, так как у последних он зависит от влажности, высоты откоса и величины пригрузки на откос и может изменяться от 0 до 90°.

Рис. 9.11. Прибор УВТ-2: 1 - шкала; 2 - резервуар; 3 - мерительный столик; 4 - обойма; 5 - опора; 6 - образец песка

Рис. 9.12. Определение угла естественного откоса вращением емкости (а) и медленным снятием пластинки (б): А - ось вращения емкости

Рис. 9.13. Прибор ВИА: 1 - ящик ВИА; 2 - образец песка; 3 - емкость с водой; 4 - транспортир; 5 - ось вращения; 6- пьезометр; 7- штатив

При разработке и усадке разрыхленного грунта выемки и насыпи образуют естественные откосы различной крутизны. Наибольшую крутизну плоских откосов земляных сооружений, траншей и котлованов, устраиваемых без креплений, следует принимать согласно табл. 9.2. При обеспечении естественной крутизны откосов обеспечивается устойчивость земляных насыпей и выемок.

Таблица 9.2. Наибольшая крутизна откосов траншей и котлованов, град.

Грунты	Крутизна откосов при глубине выемки, м (отношение высоты к заложению)
	1,5	3,0	5,0
Насыпные неуплотненные	56(1:0,67)	45(1:1)	38(1:1,25)
Песчаные и гравийные влажные	63(1:0,5)	45(1:1)	45(1:1)
Глинистые:
супесь	76(1:0,25)	56(1:0,67)	50(1:0,85)
суглинок	90(1:0)	63(1:0,5)	53 (1:0,75)
глина	90(1:0)	76(1:0,25)	63(1:0,5)
Лессы и лессовидные сухие	90(1:0)	63(1:0,5)	63(1:0,6)
Моренные:
песчаные, супесчаные	76(1:0,25)	60(1:0,57)	53 (1:0,75)
суглинистые	78(1:0,2)	63(1:0,5)	57(1:0,65)

Откосы насыпей постоянных сооружений выполняют более пологими, чем откосы выемок.

Лабораторная работа №1

Определение гранулометрического состава песка и степени его однородности

Цель работы: определение свойств грунта (песка) по его гранулометрическому составу. Зная его состав и содержание в нем определения фракций, можно судить о его свойствах и применении в практике строительства (растворы, песчаные подушки, фундаменты и т.п.).

Задачи работы : получить навыки определения процентного содержания каждой фракции, квартования, определения однородности и неоднородности грунтов по графику.

Обеспечивающие средства: сита, электронные весы, навеска воздушно-сухого песка.

Наименование определений	Размер фракции	Сумма весов фракций	Потеря
> 2,0	1,0	0,5	0,25	0,1	< 0,1
Вес фракции, г (1 отвес)
Вес фракции, г (2 отвес)
Вес фракции, г (3 отвес)
Вес фракции, г (среднее значение)
% от общего количества
Сумма % менее данного диаметра

U = d60/d10 = 0,35/0,14 = 2,5 ≤ 3

Заключение (вывод): Так как U< 3 – песок по составу однородный. Согласно ГОСТ песок средней крупности, так как содержание фракций крупнее d 0,25 больше 50 %.

Исполнители:Сельков Д.М., Старченко В.П., Яковлева Н.В.

Лабораторная работа №2

Определение угла естественного откоса песчаного грунта в сухом и влажном состоянии

Цель работы: исследовать зависимость изменения величины угла естественного откоса песка от его влажности.

Задачи работы : получить навыки работы с прибором Литвинова, научиться правильному взятию отсчетов и определению угла естественного откоса в градусах.

Обеспечивающие средства: прибор системы Литвинова, совок, сосуд с водой, песчаный грунт.

Таблица определения угла естественного откоса

Заключение (вывод):

Угол естественного откоса, угол внутреннего трения (в механике грунтов)- угол, образованный свободной поверхностью рыхлой горной массы или иного сыпучего вещества с горизонтальной плоскостью. Иногда может быть использован термин «угол внешнего трения».

Частицы вещества, находящиеся на свободной поверхности насыпи, испытывают состояние предельного (критического) равновесия. Угол естественного откоса связан с коэффициентом трения и зависит от шероховатости зёрен, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от удельного веса материала.

Угол естественного откоса грунта является параметром прочности почв, и он используется для описания сопротивления трения при сдвиге почвы вместе с нормальным эффективным напряжением.

По углам естественного откоса определяются максимально допустимые углы откосов уступов и бортов карьеров, насыпей, отвалов и штабелей.

При разработке (резании) грунты разрыхляются, структура их нарушается, и они теряют связность. Также изменяются силы трения и сцепления, уменьшаясь с увеличением влажности. Поэтому устойчивость незакрепленных откосов также непостоянна и сохраняется временно до изменения физико-химических свойств грунта, связанного в основном с атмосферными осадками в летнее время и последующим увеличением влажности грунта. Так, угол естественного откоса φ для песка сухого 25...30°, песка влажного 20°, глины сухой 45° и глины влажной 15°. Установление безопасной высоты уступа и угла откоса является важной задачей. От правильного выбора угла откоса зависит безопасность разработки котлована, карьера.

Исполнители:Мелехин С.А., Морохин А.В.