Цель работы :
Определить угол естественного откоса испытуемого грунта в лабораторных условиях в сухом состоянии и под водой.
Сущность метода:
Угол естественного откоса песков - это предельный угол свободного отсыпания песка, при котором грунтовая масса находится в устойчивом состоянии. Этот показатель определяется как в сухом состоянии, так и под водой.
Угол естественного откоса испытуемого грунта определяется в лабораторных условиях прибором для определения угла естественного откоса, входящим в состав полевой лаборатории Литвинова ПЛЛ-9.
Угол естественного откоса песка в сухом состоянии равен углу внутреннего трения этого песка
Оборудование:
Прибор для определения угла естественного откоса;
Воронка;
Нож с прямым лезвием;
Мерный сосуд.
Рис.5. Прибор для определения угла естественного откоса песков
1- выдвижная створка;
2- малое отделение.
Определение угла естественного откоса песков в сухом состоянии
Порядок работы:
3. Песок разровнять ножом.
4. После этого постепенно поднимают выдвижную створку, следя, чтобы не было толчков; при этом прибор придерживают рукой.
5. Песок частично пересыпается в другое отделение, пока не наступает положение устойчивого равновесия; угол между плоскостью свободного откоса и горизонтальной плоскостью и есть угол естественного откоса.
6. По делениям на днище и боковой стенке отсчитывают высоту и заложение откоса и вычисляют тангенс угла естественного откоса. Отсчеты ведут с точностью 1 мм.
7. Испытания проводят два раза.
8. Числовое значение тангенса угла естественного откоса определяется как среднее арифметическое из результатов двух замеров.
9. Результаты определений заносят в таблицу 5.
Определение угла естественного откоса песков в подводном состоянии
Порядок работы:
1. Прибор ставят на стол или иную горизонтальную поверхность. Выдвижная створка при этом опущена до дна.
2. В малое отделение прибора насыпают песок небольшими порциями через воронку вровень с краями.
3. Песок разровнять ножом.
4. После того, как в малое отделение прибора насыпан испытываемый грунт, в большое отделение наливают доверху воду.
5. После этого выдвижную створку поднимают на несколько миллиметров, чтобы вода могла проникнуть в малое отделение.
6. Когда грунт пропитается водой, постепенно поднимают выдвижную створку, следя, чтобы не было толчков; при этом прибор придерживают рукой.
7. Песок частично пересыпается в другое отделение, пока не наступает положение устойчивого равновесия; угол между плоскостью свободного откоса и горизонтальной плоскостью и есть угол естественного откоса.
8. По делениям на днище и боковой стенке отсчитывают высоту и заложение откоса и вычисляют тангенс угла естественного откоса. Отсчеты ведут с точностью 1 мм.
9. Испытания проводят два раза.
10. Числовое значение тангенса угла естественного откоса определяется как среднее арифметическое из результатов двух замеров.
11. Результаты определений заносят в таблицу 5.
Таблица 5 Результаты определений угла естественного откоса.
Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта
Цель работы:
Определить коэффициент фильтрации испытуемого песчаного грунта в лабораторных условиях.
Сущность метода:
Коэффициент фильтрации К ф - это численная характеристика водопроницаемости (способности грунта фильтровать воду). Он представляет собой скорость фильтрации и выражается обычно в см/с или в м/сут.
Коэффициент фильтрации определяется на грунтах нарушенного сложения при оптимальной влажности и максимальной стандартной плотности, значения которых предварительно определяются в лабораторной работе №4.
Коэффициент фильтрациииспользуется при подсчете запасов подземных вод, определении притока воды в строительные котлованы и горные выработки, при расчете утечек воды из водохранилищ, проектировании дренажных сооружений и фильтров, а так же в ряде других расчетов.
В настоящей лабораторной работе установлен порядок определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов и строительных песков, применяемых в строительстве.
Оборудование:
Прибор Союздорнии ПКФ-СД;
Весы с точностью 0.01 г.;
Чашки металлические емкостью не менее 5 л;
Цилиндры мерные с носиком емкостью 100 и 500 мл;
Лопаточка - мастерок;
Линейка металлическая длиной 30 см;
Секундомер;
Термометр;
Резиновая груша.
Рис 6. Общий вид прибора ПКФ-СДдля определения коэффициента фильтрации.
1- рабочий цилиндр; 2- пьезометр; 3- перфорированное дно;
10- наковальня; 11-ударник; 12-рукоятка.
Прибор состоит из следующих основных частей: фильтрационной трубки в сборе, загрузочной воронки, подставки, трамбующего устройства, стакана, и ванны.
Фильтрационная трубка в сборе включает рабочий цилиндр 1, на котором размещен пьезометр 2. Снизу к цилиндру навинчено перфорированное дно 3 с сеткой 4. После уплотнения грунта фильтрационная трубка устанавливается на подставку 6. Трамбующее устройство состоит из направляющего стержня 9, наковальни 10, ударника 11 массой 500 гр и рукоятки 12.
Для проведения опыта по определению коэффициента фильтрации К ф при гидравлическом градиенте i=1, фильтрационная трубка с подставкой помещается в стакан 7. При гидравлическом градиенте i=2 , фильтрационная трубка с подставкой помещается непосредственно в ванну 8.
Порядок работы:
Формирование образца
1. Засыпать в рабочий цилиндр первую навеску, вставить в него трамбовку (масса груза 0,5кг, высота падения груза 0,3м), провести 40 ударов по уплотняемому грунту.
2. Замерить с помощью линейки с точностью до 1мм в трех точках расстояние от поверхности уплотненного грунта до верха цилиндра. Результаты замеров записать в таблицу 6.2 и определить среднее значение.
3. Взрыхлить поверхность уплотненного слоя ножом на глубину 1-2мм. Засыпать в рабочий цилиндр вторую навеску, повторить уплотнение образца и замерить расстояние от поверхности уплотненного грунта до верха цилиндра. Результаты замеров записать в таблицу 6.2 и определить среднее значение.
4. Засыпать в рабочий цилиндр третью навеску, повторить операции по уплотнению, проведению замеров. Записать результаты в таблицу 6.2 и определить среднее значение.
5. После завершения операций уплотнения грунта рабочий цилиндр с грунтом взвесить с точностью до 1гр. Результаты взвешивания занести в таблицу 6.2.
6. На поверхность уплотненного грунта в рабочем цилиндре засыпать гравий с размером частиц 2-5мм таким образом, чтобы толщина слоя гравия составила 5-10мм.
Насыщение образца водой.
1. Фильтрационную трубку с уплотненным грунтом поместить во входящий в комплект прибора металлический стакан 7, высота которого соответствует верхнему уровню грунта в рабочем цилиндре. Заполнить этот стакан водой на 2/3 высоты и выдержать перед проведением следующей операции в течении 15 минут.
2. Перенести стакан с помещенной в него фильтрационной трубкой в резервуар с водой емкостью 8-10 литров и довести уровень воды в этом резервуаре до высоты на 10-15 мм выше верхней кромки стакана.
3. Выдержать стакан в резервуаре с водой до появления зеркала воды над слоем гравия и зафиксировать время насыщения грунта водой в таблицу 6.2.
Проведение испытаний.
1. Осторожно долить воду во внутреннюю полость фильтрационной трубки на 1/3 её высоты и перенести прибор вместе с металлическим стаканом в ванну для проведения замеров длительности фильтрации, расположив ее таким образом, чтобы нулевая отметка водомерной трубки располагалась на уровне глаз.
2. Долить во внутреннюю полость фильтрационной трубки воду до уровня, превышающего не менее, чем на 0,5см нулевую отметку водомерной трубки (каждое деление на водомерной трубке соответствует 0,5см).
3. Проверить уровень воды в металлическом стакане и, в случае необходимости, заполнить его водой до верху.
4. Установить в металлический стакан термометр для измерения температуры воды в процессе испытания.
5. Провести первый замер длительности фильтрации по секундомеру, включить последний в момент, когда уровень воды в водомерной трубке достигнет нулевого деления, и выключить, когда он установится на отметке 5см, и зарегистрировать при этом температуру воды. Уровень воды в фильтрационной трубке в процессе испытания не должен отпускаться ниже поверхности слоя гравия.
6. В случае, если длительность фильтрации превышает 2 минуты, второй замер провести при падении уровня воды до отметки 2см. В противном случае все последующие замеры проводить при падении уровня до отметки 5см, во всех случаях регистрируя потерю воды. Уровень воды в фильтрационной трубке в процессе испытания не должен отпускаться ниже поверхности слоя гравия.
7. В случае, если длительность фильтрации по предыдущему пункту превышает две минуты, все последующие замеры проводить при падении уровня воды до отметки 1см. В противном случае все последующие замеры проводить при падении уровня до отметки 2см, во всех случаях регистрируя температуру воды. Уровень воды в фильтрационной трубке в процессе испытаний не должен отпускаться ниже поверхности слоя гравия.
8. В случае, если длительность фильтрации по предыдущему пункту превышает 10 минут, градиент напора при проведении испытания необходимо принять равным 2. Для этого фильтрационную трубку вместе с подставкой необходимо извлечь из металлического стакана и установить ее в ванну без стакана.
9. Результаты каждого измерения и регистрируемую в его процессе температуру воды занести в таблицу 6.2.
Обработка результатов:
где K 10 - коэффициент фильтрации, м/сут;
I - высота фильтрующего слоя песка, определяемая, как разность между общей высотой фильтрационной трубки Н о и расстоянием от верхнего торца трубки до поверхности грунта h 3 , см.
t m – средняя продолжительность фильтрации, сек;
Т ср – температура воды, ˚С;
Значение функции падения уровня воды, определяемое по таблице 6.1;
S – падение уровня воды в водомерной трубке, см;
h o – высота первоначального напора воды в приборе от его дна до нулевого деления водомерной трубки, равная 10 для градиента напора 1 или 20 для градиента напора 2.
2. Занести полученные значения в таблицу 6.2 с округлением результатов до 0,1м/сут, если величина коэффициента фильтрации составляет менее 5м/сут, и округлением результатов до целых чисел, если коэффициент фильтрации более 5м/сут.
3. После проведения расчетов сравнить полученные результаты с усредненными значениями коэффициента фильтрации различных типов грунтов:
Галечник чистый ……………………………более 100 м/сут;
Галечник с песчаным заполнителем..………100-200 м/сут;
Пески чистые разной крупности ……………50-2 м/сут;
Пески глинистые, супеси…………….………2-0,1 м/сут;
Суглинки …………………………...…………менее 0,1 м/сут;
Глины ……………………………...…………..менее 0,01 м/сут.
Таблица 6.1. Зависимость величины падения уровня воды от первоначального напора.
| S/h 0 | φ(S/h 0) | S/h 0 | φ(S/h 0) | S/h 0 | φ(S/h 0) | S/h 0 | φ(S/h 0) |
| 0,01 | 0,010 | 0,26 | 0,301 | 0,51 | 0,713 | 0,76 | 1,427 |
| 0,02 | 0,020 | 0,27 | 0,315 | 0,52 | 0,734 | 0,77 | 1,470 |
| 0,03 | 0,030 | 0,28 | 0,329 | 0,53 | 0,755 | 0,78 | 1,514 |
| 0,04 | 0,040 | 0,29 | 0,346 | 0,54 | 0,777 | 0,79 | 1,561 |
| 0,05 | 0,051 | 0,3 | 0,357 | 0,55 | 0,799 | 0,8 | 1,609 |
| 0,06 | 0,062 | 0,31 | 0,371 | 0,56 | 0,821 | 0,81 | 1,661 |
| 0,07 | 0,073 | 0,32 | 0,385 | 0,57 | 0,844 | 0,82 | 1,715 |
| 0,08 | 0,083 | 0,33 | 0,400 | 0,58 | 0,863 | 0,83 | 1,771 |
| 0,09 | 0,094 | 0,34 | 0,416 | 0,59 | 0,892 | 0,84 | 1,838 |
| 0,1 | 0,105 | 0,35 | 0,431 | 0,6 | 0,916 | 0,85 | 1,897 |
| 0,11 | 0,117 | 0,36 | 0,446 | 0,61 | 0,941 | 0,86 | 1,966 |
| 0,12 | 0,128 | 0,37 | 0,462 | 0,62 | 0,957 | 0,87 | 2,040 |
| 0,13 | 0,139 | 0,38 | 0,478 | 0,63 | 0,994 | 0,88 | 2,120 |
| 0,14 | 0,151 | 0,39 | 0,494 | 0,64 | 1,022 | 0,89 | 2,207 |
| 0,15 | 0,163 | 0,4 | 0,510 | 0,65 | 1,050 | 0,9 | 2,303 |
| 0,16 | 0,174 | 0,41 | 0,527 | 0,66 | 1,079 | 0,91 | 2,408 |
| 0,17 | 0,186 | 0,42 | 0,545 | 0,67 | 1,109 | 0,92 | 2,526 |
| 0,18 | 0,196 | 0,43 | 0,562 | 0,68 | 1,139 | 0,93 | 2,659 |
| 0,19 | 0,210 | 0,44 | 0,580 | 0,69 | 1,172 | 0,94 | 2,813 |
| 0,2 | 0,223 | 0,45 | 0,593 | 0,7 | 1,204 | 0,95 | 2,996 |
| 0,21 | 0,236 | 0,46 | 0,616 | 0,71 | 1,238 | 0,96 | 3,219 |
| 0,22 | 0,248 | 0,47 | 0,635 | 0,72 | 1,273 | 0,97 | 3,507 |
| 0,23 | 0,261 | 0,48 | 0,654 | 0,73 | 1,309 | 0,98 | 3,912 |
| 0,24 | 0,274 | 0,49 | 0,673 | 0,74 | 1,347 | 0,99 | 4,605 |
| 0,25 | 0,288 | 0,5 | 0,693 | 0,75 | 1,386 | - | - |
Таблица 6.2. Результаты определения коэффициента фильтрации.
| оп. | Влажность грунта, W, % | Масса, гр. | Высота фильтрационной трубки, см. | Плотность грунта, г/см 3 | Время фильтрации, сек. | Падение уровня воды в трубке, см. | Температура воды, ˚С | Градиент напора | Коэффициент фильтрации, м/сут. | ||||||
| Цилиндра | цилиндра с грунтом | грунта | Начальная, h 0 . | Над уплотненным образцом грунта, h 3. | Влажного | Сухого | Отдельного замера | Среднее значение | Отдельного замера | Среднее значение | |||||
Измерение длительности фильтрации при выбранных уровнях падения воды и градиенте напора следует провести не менее 2 раз, рассчитав после этого среднее значение.
Лабораторная работа №7
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
Цель работы:
Ознакомление с методикой определения угла естественного откоса для песчаных грунтов.
Приобретение навыков в работе с прибором для определения угла естественного откоса сыпучих грунтов.
Определение угла естественного откоса песка в воздушно-сухом и подводном состоянии.
Необходимое оборудование и материалы
Методические указания к выполнению работы.
Журнал лабораторных работ.
Прибор для определения угла естественного откоса полевой лаборатории Литвинова.
Емкость с водой.
Отсутствие сцепления в песках позволяет определять угол внутреннего трения φ 0 по углу естественного откоса грунта в условиях предельного равновесия (рис. 2.3.).
Рис.2.3. Схема к определению угла естественного откоса песчаного гранта.
T 1 =
где φ – угол внутреннего трения; tg φ – коэффициент трения
Углом естественного откоса песчаного грунта называют максимальное значение угла, образуемого с горизонтальной плоскостью, поверхностью грунта, отсыпанного без толчков и динамических воздействий.
Угол естественного откоса определяют для песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии и под водой. Для испытания используем прибор Литвинова.
Порядок выполнения работы
Определение угла естественного откоса грунта в воздушно-сухом состоянии производят следующим образом. Прибор устанавливают на стол, выдвижная створка при этом опущена до дна. В малое отделение прибора до верха засыпают испытываемый песок (рис.2.4). После этого постепенно поднимают выдвижную створку без толчков; при этом прибор придерживают рукой. Грунт постепенно частично пересыпается в другое отделение до наступления положение равновесия.
Рис. 2.4. Общий вид прибора для определения угла естественного откоса песков (Ящик Кулона).
Угол между плоскостью свободного откоса и горизонтальной плоскостью и есть угол естественного откоса. По делениям на днище и боковой стенке отсчитывают высоту и заложение откоса и вычисляют тангенс угла естественного откоса; отсчеты ведут с точностью до 1мм.
Определение угла естественного откоса грунта в подводном состоянии отличается от предыдущего тем, что после того, как в малое отделение прибора насыпают испытываемый грунт, в большое отделения до верха наливают воду. Верхнюю створку подымают на несколько миллиметров, чтобы вода могла проникнуть в малое отделение. Когда весь грунт пропитается водой, поднимают створку выше и испытание продолжают так же, как и предыдущее. Результаты испытаний заносят в таблицу 2.4.
При строительстве фундаментов или прокладке коммуникаций в грунте требуется рыть котлованы и траншеи. Земляные работы обязательно сопровождаются мероприятиями по технике безопасности. Они определяют правила закрепления боковых сторон и дна. Чтобы определить угол откоса котлована, используется таблица. Ее применение позволяет для грунта на строительном участке подобрать нужный уровень наклона стен вырытого углубления к его дну, чтобы не произошло обрушение.
Виды земляных сооружений
Строительство зданий и коммуникационных сооружений сопряжено с проведением трудоемких земляных работ. Под ними подразумевают разработку грунта при рытье котлованов и траншей, его транспортировку, складирование.
Земляными сооружениями являются насыпи, выемки. Они могут быть постоянного типа и временного. Первые делают для продолжительной эксплуатации. К ним относятся:
- каналы;
- плотины;
- водохранилища;
- дамбы и прочие сооружения.
Временные выемки – это траншеи и котлованы. Они предназначены для проведения последующих строительных работ.
Котлован — это выемка, ширина и длина которой практически не отличаются заметно по размерам. Они необходимы для сооружения фундаментов под постройки.
Траншея же представляет собой борозду большой протяженности по сравнению со своим поперечным сечением. Предназначена она для монтажа коммуникационных систем.
По требованиям ГОСТ 23407-78 рытье котлованов, траншей в населенных пунктах, местах движения транспорта, либо людей, должно сопровождаться созданием защитных ограждений. Их устанавливают по периметру рабочего участка. На них размещают предупреждающие знаки и надписи, а ночью задействуют даже сигнальное освещение. Также специально оборудуют мостики для движения людей.
Откосы – это наклонные боковые стенки выемок или насыпей. Важной характеристикой их является уклон (крутизна). Окружающие откосы горизонтальные поверхности называются бермами.
Под дном выемки понимают ее нижнюю, плоскую часть. Бровка является верхней кромкой созданного откоса, а подошва – нижней частью.
При эксплуатации земляных сооружений они не должны:
- изменять своих очертаний и линейных размеров;
- просаживаться;
- размываться водой или поддаваться действию осадков.
Прокладка водопроводов, подземных линий электропитания, канализации, строительство фундаментов под здания не обходятся без рытья траншей, либо котлованов. В строительстве приняты специальные определения для обозначения элементов конструкций данного типа. Все работы обязательно должны проводиться со строгим соблюдением правил безопасности, чтобы свести к минимуму возможность возникновения несчастных случаев.
Разновидности котлованов
Рытье выемок под основание сооружения – это ответственное дело, требующее больших временных, денежных, трудовых затрат. Котлованы принято разделять сегодня по следующим признакам:
- наличию откосов;
- применению креплений, предназначенных для предотвращения осыпей грунта;
- типу боковых поверхностей (стенок).
Стенки котлованов могут быть:
- вертикальные;
- наклонные;
- ступенчатые.
Чтобы земляные работы выполнить правильно, вначале проводят исследования на стройплощадке. Эти мероприятия включают такие операции:
- анализ свойств грунта: установление его группы и вида;
- определение нагрузок от возводимой постройки;
- вычисление глубины выемки;
- установление наличия старых коммуникаций;
- определение глубины залегания подземных вод;
- анализ погодных условий местности.
Выбор способа проведения работ определяется в зависимости от следующих факторов:
- типа и габаритов строимой конструкции;
- глубины заложения фундамента;
- объема предстоящей деятельности.
Если планируется сооружение мелкозаглубленного основания ленточного, либо столбчатого типа, то грунт можно разрабатывать без привлечения техники, вручную. Когда необходимо построить дом, имеющий подвал, либо цокольный этаж, тогда в работах понадобится задействовать землеройные механизмы.
Для извлечения основной массы грунта из выемки часто используют экскаваторы различных видов, оснащенные обратной, либо прямой лопатой. Работы, связанные с рытьем котлована, следует выполнять, не нарушая при этом плотность грунта на дне фундамента. Это требование реализуется на практике путем его недобора, величина которого составляет от 5 до 20 см.
Зачистку земли с боков и со дна выемки до плановой отметки производят вручную рабочие. При этом следует обязательно следить за укреплением ее стен с помощью откосов, либо за счет монтажа специальных конструкций. Выпадение осадков и подъем грунтовых вод весной, летом, воздействие морозов зимой – все это способствует разрушению котлована.
Грунт из котлована сразу же должен быть вывезен или размещен на стройплощадке не ближе, чем через 1 м от его края. Для отвода почвенных вод создают дренажную систему.
Важным моментом при рытье котлованов является создание рабочего пространства нужных по правилам размеров. Оно должно занимать не менее полуметра от фундаментной опалубки до подошвы уклона. Крутизну откосов котлована выбирают по таблицам или графикам, приведенным в СНиП 3.02.01-87.
Виды и назначение траншей
Прокладка под различные коммуникации траншей – это наиболее распространённый вид земляных работ. Рытье их вручную происходит медленно и обходится недешево, поэтому зачастую используют технику, которую покупают или арендуют.
По назначению выемки данного вида разделяют на такие типы:
- для заземления;
- водопроводные;
- кабельные;
- газопроводные;
- дренажные (водоотводные);
- канализационные.
По конструкции траншеи бывают 3 видов:
- прямоугольные;
- трапецеидальные;
- смешанные.
Внутри траншей без уклонов боковых стенок для повышения уровня безопасности людей устанавливают распорки. Укрепление откосов проводить не требуется, потому что их делают с целью защиты от обвалов. Траншеи, предназначенные для прокладки коммуникаций, вырывают различной глубины, используя разную технику.
Грунт: группы и виды
Из-за того, что земляные сооружения создают в грунтах, обязательно следует знать основные их характеристики. От них напрямую зависит подходящий тип фундамента. Выбор осуществляют с учетом достижения максимально возможного уровня надежности и стойкости возводимого основания.
Основные свойства грунта определяются следующими факторами:
- формой, размером, прочностью, расположением частиц, входящих в его состав;
- степенью взаимосвязи между ними;
- способностью составляющих веществ к растворимости, поглощению влаги.
Грунт характеризуют с помощью таких коэффициентов:
- сжимаемости;
- трения;
- пластичности;
- разрыхления.
Классификация предусматривает деление грунтов по различным критериям. Существуют следующие их виды:
- песчаные;
- пылеватые;
- глинистые;
- скалистые;
- обломочные.
В зависимости от содержания воды выделяют грунт:
- сухой (присутствует до 5% влаги);
- влажный (5-30%);
- мокрый (содержит больше 30 % воды).
Деление по группам представлено в таблице далее.
| Категория | Входящие разновидности грунта |
|---|---|
| 1 | супесь, песок, суглинок лёгкий (влажный), торф, грунт растительного слоя |
| 2 | легкая влажная глина, мелкий и средний гравий, суглинок |
| 3 | плотный суглинок, средняя и тяжелая (разрыхленная) глина |
| 4 | мерзлые грунты (глинистые, суглинистые, торфяные, песчаные, супесчаные, растительный слой), тяжелая глина |
| 5 | непрочный известняк и песчаник, сланец крепкий глинистый, вечномерзлые (с примесями щебня, гальки, валунов, гравия до 10%), моренные и речные (с содержанием крупных размеров валунов и гальки до 30%) |
| 6 | крепкие сланцы, глинистый песчаник, известняк мергелистый, непрочные змеевик и доломит, речные и моренные (включения валунов и гальки – до 50%), вечномерзлые (с долей гравия, валунов, гальки, щебня – до 20%) |
| 7 | твердый известняк и песчаник, доломит, змеевик, слюдяные и окварцованные сланцы, мрамор, вечномерзлые (каменные компоненты составляют до 70% объема) |
Также грунты разделяют на следующие разновидности:
- плывуны;
- мягкие;
- средние;
- крепкие.
Структура и свойства почвы на строительном участке играют главную роль при проведении расчетов во время проектирования фундамента. Это связано с тем, что в зависимости от вида грунта находится его несущая способность. Также каждая разновидность по-своему реагируют на погодные условия.
План проведения земляных работ, требования к ним
Проведение земляных работ проходит в ряд этапов. Они прописаны в СНиП 3.02.01-87. Основные стадии процесса следующие:
- выполнение подготовительных мероприятий;
- опытно-производственная часть;
- создание котлована или траншеи;
- проведение контрольных мероприятий;
- приемка выполненных работ.
СНиП 3.02.01-87 предусматривает такие требования:
- разрабатывать рабочий проект допускается только специалистами, которые имеют нужную квалификацию, опыт;
- между ними должна быть обеспечена связь и координация действий в вопросах проектирования, строительства, инженерных решений;
- постоянно необходимо контролировать качество производства строительных работ на площадке;
- реализовывать проект должен персонал, имеющий соответствующую квалификацию;
- возведенное сооружение допускается использовать только назначению согласно с проектом;
- мероприятия по техническому обслуживанию конструкции и сопутствующих ей инженерных коммуникаций должны поддерживать ее в безопасном, рабочем состояние все время эксплуатации.
При рытье котлованов и траншей необходимо придерживаться предписаний:
- правил организации их строительства;
- норм проведения геодезических работ;
- нормативов по охране труда;
- разделов правил пожарной безопасности, касающихся проведения строительных работ.
Земляные сооружения должны создаваться строго по действующему проекту.
Ведение работ взрывным метолом требует соблюдения соответствующих правил безопасности при их производстве.
Применяемые в работе материалы, конструкции, изделия должны отвечать требованиям стандартов и проекта. Их замену допускается проводить только после предварительного согласования с организацией, разработавшей документацию, заказчиком.
Выделяют такие виды контроля во время проведения земляных работ:
- входной;
- операционный;
- приемочный.
Контроль осуществляют в соответствии с СП 48.13330.
Приемка работ происходит с оформлением необходимой документации (актов), подтверждающих их выполнение.
Рассмотренные требования в индивидуальном строительстве сильно упрощаются. Небольшие постройки часто возводят без каких-либо проектов, а глубина выемок при этом не превышает 1,5-2 м, но соблюдать технику безопасности необходимо всегда.
Меры безопасности при рытье котлованов
Грунт с боковых стенок котлована или траншеи в результате действия на них силы тяжести может сдвинуться и засыпать дно выемки. Из-за неконтролируемого обрушения земляных масс возможны несчастные случаи с людьми. Также разрушения приводят к возрастанию затрат труда и средств: потребуется восстанавливать плановый контур выемки, делать обратную засыпку основания большим объемом грунта.
Чтобы предотвратить осыпания и свести возможность материальных убытков к минимуму, следует еще на стадии проектирования правильно рассчитать согласно СНиП 111-4-80 крутизну откосов создаваемой выемки.
Если глубина траншеи или котлована, в среднем, превышает 1,25 метра, то необходимо укрепить их стенки с целью предотвращения возможных обрушений, земляных оползней. По контуру вырытых сооружений должны оставаться свободные от вынутой грунтовой массы полосы, минимальная ширина которых составляет более 0,6 м. Земля с выемки не должна скатываться обратно.
Параметры боковых откосов перед разработкой котлована должны быть определены правильно. Это позволит:
- предотвратить возможность возникновения обрушений;
- выполнить оптимальный объем земляных работ;
- избавит от затрат на переделку уклонов во время проведения строительных работ.
Предотвращение оползней – это главная задача обеспечения техники безопасности для персонала.
Соответствие откосов оптимальным углам наклона для данного вида грунта минимизирует денежные и трудовые затраты на проведение обратной засыпки, переделки.
Перед началом работ проводят геологические и гидрологические обследования участка под застройку. При наличии почвенных вод, неустойчивых грунтов, либо при необходимости рытья выемки более 5 м глубиной – создают проект под выявленные индивидуальные условия.
По СНиП 111-4-80 для невлажных грунтов, имеющих равномерную структуру, можно при рытье траншей или котлованов оставлять вертикальные боковые стены. При этом должны отсутствовать сооружения вблизи от выемок и подземные воды. Допустимая глубина выемок для разных грунтов с вертикальными стенами составляет для:
- гравийных, песчаных – 1 м;
- супесей – 1,25 м;
- глинистых и суглинистых – не более 1,5 м;
- сильно плотных – 2 м.
В котлованах, имеющих глубину около 1,25 м, требуется использовать стремянки, которые будут возвышаться над землей на высоты не меньше 1 м. В более глубоких выемках применяют лестничные марши.
Боковые поверхности котлованов допускается укреплять обстройкой. В случае возможности возникновения дополнительных нагрузок, либо вымываний откосов, их укрывают пленкой или проводят торкретирование (бетонирование тонким слоем).
Таблица откосов
Когда нужно выкопать выемку от 1,5 м глубиной, тогда следует принимать угол откоса котлована по таблице, приведенной в СНиП 111-4-80. В ней учтены как разновидность грунта, так и глубина заложения основания.
В строительной литературе, нормативах, правилах крутизна откоса выемки измеряется в градусах (углом), либо отношением его высоты к заложению.
Таблица крутизны откосов для котлованов разной глубины и на различных видах грунта представлена ниже.
Несмотря на наличие откосов, остается вероятность обрушений грунтовой массы под действием веса задействованной техники. Поэтому расстояние от стоянки машин до их подошвы также регламентируется СНиП.
Когда на стройплощадке присутствует грунт разных видов, тогда крутизну откосов выбирают по самой неустойчивой его разновидности.
Имеющиеся включения валунов, камней рекомендуется убирать с помощью экскаватора для предотвращения возможности оползней, обрушений.
Стенки выемок глубиной до 3 м закрепляют согласно проектным указаниям.
Если в худшую сторону изменяется на рабочем участке связность грунта при попадании в него воды, во время высыхания, под действием низких температур, то рекомендуется обустраивать откосы меньшей крутизны, либо с отступами.
Когда формируют боковые поверхности котлованов глубиной до 3 м со ступеньками, то ширина последних должна быть минимум 1,5 м. При этом откосы также должны быть сделаны.
Если проектная глубина выемки превышает 5 м, либо значение крутизны стенки котлована отличается от табличной величины, тогда устойчивость откосов необходимо рассчитывать.
Котлованы, либо траншеи, вырытые в осенние или зимние морозы, во время весенних оттепелей обязательно осматривают и определяют устойчивость их откосов.
При рассмотренных в таблице углах откосов для каждого вида грунта и глубины котлована рабочие могут находиться в выемке без необходимости закрепления уклонов. Если уклоны подверглись увлажнению, то перед началом работ проводят их осмотр на наличие трещин, отслоений.
Способы проведения земляных работ, используемые механизмы
В зависимости от грунта, в работах по обустройству траншей и котлованов используется разная техника, применяются различные методы ведения разработки участков под строительство. Они отличаются трудоемкостью и уровнем требуемых материальных затрат. Согласно СНиП 111-4-80 выделяет такие способы:
- гидромеханический;
- механический;
- проведение взрывных работ.
Механический способ разработки котлованов и траншей является основным. Суть его заключается в рытье грунта с применением землеройных (экскаваторов) машин, либо землеройно-транспортных (скреперов, бульдозеров, грейдеров).
Гидромеханический способ базируется на размывании грунтовой массы струей воды от гидромонитора. Затем происходит всасывание полученного раствора земснарядом.
Взрывные работы применяют в основном при проведении загородного строительства. Предварительно в земле бурят отверстия (скважины). Далее в них закладывают взрывчатку и подрывают ее. Образовавшуюся рыхлую массу вывозят с помощью техники.
Механический способ состоит из ряда этапов:
- рыхления грунта;
- разработки горной массы;
- ее транспортировки;
- выравнивания, уплотнения боковых уклонов и дна.
Работы по созданию выемок гидромеханическим способом проходят в следующей последовательности:
- обозначают с помощью ограждений, надписей, предупреждающих знаков зону рабочего участка;
- по нормам устанавливают гидромонитор, управляемый вручную оператором: расстояние от его насадки до стенки котлована должно быть не меньше высоты выемки, а до ближайшей воздушной ЛЭП – не менее двух промежутков, на которые способна подаваться струя воды данной техникой;
- за охранным периметром линий электропередачи размещают пульпопроводы, водоводы;
- ограждают места отвалов намытой земляной массы;
- производят размывание и выемку.
Управлять гидромонитором при грозе запрещается.
Проведение взрывных работ регламентируется соответствующими правилами.
Когда выполняют механическое разрыхление земляной массы ударным методом, тогда рабочие не должны находиться в радиусе 5 м от места проведения рыхления.
Любая техника должна располагаться при работе согласно действующим нормативам и правилам. Отступление от них часто вызывает возникновение несчастных случаев.
Технологии закрепления грунтов
В зависимости от геологических характеристик строительного участка и климатических особенностей местности, глубины выемки, особенностей сооружаемой или реконструируемой постройки на практике применяют различные способы закрепления грунтов. Технологии позволяют улучшить их в плане сопротивления разрушению. В СНиП111-4-80 выделены следующие способы закрепления:
- термический;
- цементный;
- с помощью цементного раствора.
Очень часто используют различные виды механических креплений. По конструкции различают такие их типы:
- подкосные;
- консольно-распорные;
- распорные;
- консольно-анкерные;
- консольные.
Выбор типа крепления производят на основании вышеизложенных факторов, влияющих на правильное проведение работ.
По исполнению и возможности быстрого монтажа-демонтажа выделяют следующие разновидности крепежа:
- стационарный;
- инвентарный;
- с промежутками;
- сплошной.
Верхняя часть креплений после их монтажа должна возвышаться над бровкой котлована или траншеи более чем на 0,15 м. При этом саму установку выполняют сверху вниз во время выемки земляных масс, а разборку – в обратном направлении при засыпке.
Распорный тип креплений получил наибольшее распространение. Используют данный вариант, если глубина траншеи не превышает 3 м. Состоит конструкция из таких элементов:
- щитов;
- распорок винтовых, либо рам;
- стоек.
Закрепление боковых поверхностей траншей проводят сразу после их отрывки.
На слабых, влажных почвах используют консольно-распорные или консольные типы креплений. Глубина выемок при этом должна находиться в пределах 3 м.
Разновидностью креплений консольного типа являются шпунтовые. Ими закрепляют стены глубоких котлованов, где присутствуют большое давление с боков и тяжелые гидрогеологические условия.
Подкосные ограждения используют редко, потому что они затрудняют проведение работ.
Способ закрепления определяется проектной документацией. При необходимости данных мероприятий во время проведения индивидуальной застройки можно взять различные крепежи в аренду, либо изготовить металлические или деревянные аналоги заводских изделий самостоятельно. Определяться с выбором в пользу того или иного варианта креплений, требуется в зависимости от условий на стройплощадке.
В роликах ниже показаны различные способы закрепления грунта склонов котлована.
Процесс формирования уклона экскаватором продемонстрирован в следующих видео.
Придание устойчивости боковым поверхностям котлованов – это первое требование, которое предъявляется при их создании. С целью обеспечения безопасных условий труда, предотвращения осыпей и соблюдения технологии строительства возводят выемки с откосами требуемой крутизны.
Если глубина котлована не превышает 1 м, то на любом виде грунта уклон на боковых поверхностях не делают, а для твердых пород оставляют вертикальные стены выемки и при заглублениях до 2 м. Откосы котлованов формируют по таблицам СНиП, если глубина до 5 м. После превышения этого значения – выполняют специальные расчеты.
Гранулометрический состав. Практически характер и качество разрушения породы четко определяется ее гранулометрическим составом. Он характеризует разрыхленную горную породу по процентному содержанию в ней частиц различной крупности и может быть изображен кривой (рис. 2.1), если по оси абсцисс отложить диаметр частиц, мм, а по оси ординат - суммарное содержание частиц диаметром, меньшим данного, в процентах.
Для характеристики неоднородности рыхлых пород используется отношение d60/d10=Kн называемое коэффициентом неоднородности (d60, d10 - максимальные диаметры кусков, составляющих 60 и 10% общего объема рыхлой породы соответственно).
Особенно важное значение гранулометрический состав породы имеет при процессах гидромеханизации. От него зависят удельный расход воды на разработку и транспортирование, наименьший допустимый уклон подошвы забоя и лотков, критическая скорость воды.
Угол естественного откоса φ - максимальный угол, образуемый свободной поверхностью рыхлой раздробленной породы с горизонтальной плоскостью. Частицы породы, находящиеся на этой поверхности, испытывают состояние предельного равновесия. Если вес частицы Р (рис. 2.2), то в состоянии предельного равновесия на свободной поверхности на частицу действуют силы: Рп - сила нормального давления, прижимающая частицу к свободной поверхности; Рτ - сила, стремящаяся сдвинуть частицу вниз; Fт - сила трения, зависящая от Рn и коэффициента трения fтр, R - реакция опоры. Поскольку частица находится в равновесии, имеем
т. е.
Таким образом, угол естественного откоса зависит от коэффициента трения между кусками породы и поверхностью, по которой возможно ее скольжение. Для рыхлой (сыпучей) среды, например песка, он может быть определен с помощью цилиндрической емкости без дна. Емкость устанавливают на горизонтальной площадке и заполняют породой. Затем емкость поднимают и порода формирует свободную поверхность, соответствующую углу естественного откоса.
В общем случае угол естественного откоса зависит от шероховатости зерен, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от плотности материала. С увеличением влажности до некоторого предела у таких горных пород, как уголь или песок, угол естественного откоса возрастает. С увеличением крупности и угловатости частиц он также увеличивается. В целом у рыхлых пород он находится в пределах 0-40°.
По углам естественного откоса определяют максимальные допустимые углы откосов уступов и бортов карьеров, насыпей, отвалов и штабелей.
