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.
РЕСПУБЛИКАНСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ
СТРОИТЕЛЬСТВА.
ПРОИЗВОДСТВО ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ
РСН 51-84
Госстрой РСФСР
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ
СТРОИТЕЛЬСТВА
Разработаны трестами инженерно-строительных изысканий МосЦТИСИЗ, УралТИСИЗ, ТулаТИСИЗ Производственного объединения по инженерно-строительным изысканиям («Стройизыскания») Госстроя РСФСР.
Исполнители: И.Н. Шишелов, канд. тех. наук Ю.В. Сырокомский, И.Б. Когос, Т.Д. Белоглазова, Р.А. Меньшикова, Л.И. Подкорытова, А.С. Романова.
Внесены и подготовлены к утверждению Производственным объединением по инженерно-строительным изысканиям («Стройизыскания») Госстроя РСФСР.
Вводятся впервые.
Настоящие Республиканские строительные нормы распространяются на организации, выполняющие исследования грунтов при инженерных изысканиях для строительства объектов промышленного, жилищно-гражданского и сельскохозяйственного назначения и устанавливают основные требования к производству лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Лабораторные исследования грунтов следует выполнять в соответствии с требованиями государственных стандартов, строительных норм и правил, а также настоящих Республиканских строительных норм.
1.2. Состав лабораторных исследований грунтов должен устанавливаться в соответствии с требованиями действующих нормативных документов и программ на производство изыскательских работ.
1.3. Лабораторные исследования грунтов должны выполняться с применением прогрессивных методов, современных приборов и оборудования, обеспечивающих высокое качество испытаний грунтов, наибольшую производительность труда и сокращение продолжительности лабораторных работ.
1.4. При производстве лабораторных исследований грунтов следует осуществлять мероприятия по экономии материалов и электроэнергии, а также обеспечивать бережное отношение к оборудованию, приборам, инструменту и инвентарю.
1.5. Стоимость лабораторных работ определяется согласно Сборнику цен на изыскательские работы для капитального строительства.
1.6. При производстве лабораторных работ необходимо выполнять требования, предусмотренные правилами и инструкциями по охране труда и технике безопасности.
2. ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
2.1. Лабораторные работы следует проводить в соответствии с планом-графиком и заданиями на их выполнение.
План-график составляется начальником лаборатории и согласовывается с начальником инженерно-геологических производственных подразделений - заказчиками лабораторных исследований грунтов.
Задани е на лабораторные исследования грунтов составл яется подразделением-заказчиком эти х работ. Задани е должно быть подпи сано на чальни ком подраз деления и главным геол огом производственного подразд еления-заказчика.
2.2. Контроль качества лабораторных исследовани й грунтов - вход но й, операционный, приемочный - следует осуще ствлять в соответстви и со станда ртом предприятия комплексной си стемы управ лени я качеством инжене рных из ысканий в строительстве (К СУКИИС) на всех стади ях работ.
Входному конт ролю следует подвергать образцы грунта, поступающие на исследования, з адани я з аказчика, вновь поступающи е оборудование, при боры, и нструменты. Входной контроль должен быть сплошным и осуществляться н ачальн иком лаборатори и или специа льн о уполномоченным работником.
Операци он ный контроль следует проводи ть в п роцессе произ водства лабораторных иссл едований грунтов и ведения пе рви чной документаци и. Особому контролю подлежат сле дующие рабочи е процессы: отбор средней пробы, вырезка образ цов грунта, поддержание темпе ратуры при определенной влажности, периодическая тари ровка аре ометра при определении гранулометрического состава, подсче т нагрузок при определении сопротив ления срез у.
Опе раци онный контроль при боров следует п роводить в соответствии с требованиями . Исп ол ни тели раб от должн ы проводить сплошной операционный контрол ь (самокон троль), на ча льник лаборатории ил и специа льно уполномоченный работник - выборочн ый.
Прие мочн ому контролю следуе т подве ргать результа ты лабораторных иссле дований грунтов, подготовленны е к передаче з аказчи ку. Прие мочный кон троль должен быть сплош ным и осуществля ться начальником лаборатории.
2.3. Рез уль таты лабораторных и сследовани й грунтов выдаются з аказ чика м в виде машинно-ориентированных ведомостей при обра ботке данных на ЭВМ или в виде ведомостей паспортов рез ультатов исследований грунтов.
2.4. Информа цию об отклонениях от стандартов при проведен ии лабораторных исследований грунтов начальник лабора тории н ем едленно передает з аказчику лабораторных работ.
3. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ, ПОМЕЩЕНИЯ
3. 1. Лаборатори и иссл ед овани я грунтов должны быть обеспечены оборудов анием, приборами, инструментом и ин вентарем в соотве тстви и с Табел ями осна щени я из ыскательских и проектно-изыскательских организаций при борами, оборудование м, транспортными средствами, лагерным снаряже нием и средствами связ и.
3.2. Д ля метрологи ческого обеспечен и я производства ла бора торных исследований физ ико-меха нических свойств грунтов оборудование и п риборы грунтовой лаборатории должны подвергаться прове рке в установле нные сроки в соответствии с тре бованиями ГОСТ 8.002 -71 и стандартов предприятия КСУКИИС.
3.3. Д ля обе спече ни я постоянной эксплуатац ионной готовности оборудования и приборов сле дует применять си стему планово - предупредительных ремонтов, предусматривающую проведение компле кса предупредительных ме ро при ятий, направленных на устранени е прогрессирующих изн осов.
3. 4. Техническое обслужи вание, предусматривающее над зор, уход, пров ерку состоя ния оборудования и приборов, за исключением электрооборудования, должно проводиться co гласно год овому плану-графику пе рсоналом г py нтовой лаборатории - препараторами, лаборантами, техниками, инженерами.
3 .5. Текущий рем онт оборуд овани я и приборов, предусматривающи й замену или в осстанов ление дета лей и узлов, операции, устраняющ ие неисправности, и те хни ческое обслужи вание электрооборудования должны пров одиться ремонтно-механической службой из ыскател ьской организаци и.
3.6. В помещени ях лаборатории исслед ования грунтов оборудование след ует группировать исходя из необход имости его совместной работы, а также по принци пу одинакового во здействия на окружающую среду (выделение пыли, тепла, паров; шум и т.п.) и воздействия окружающей с реды (вибрация, температура, влажность).
3.7. Состав помещени й лаборатори и иссле дован ия грунтов устанавлив ают в зависимости от состава, свойств, состояния грунтов; состава и коли чества оборудования. Ми нимальный и максимальный составы помещений приведены в .
3.6. Последовательность распол ожения помещени й устанавливают согласно марш рутам движения грунтов по анализам.
3.9. Площадь помеще ний устанавливают в зависимости от состава и количества оборуд ования, размеров проход ов между оборудованием, количества сотрудни ков.
3.10. Особые требования к пла ниров ке ла бораторий ис следовани й грунтов при вед ен ы в .
3.11. Особые требования к водоснабжению, кана ли заци и, вентиляции, электроснабжению ла бора тории исследования грунтов при ведены в .
4. ХРАНЕНИЕ, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗАМ ОБРАЗЦОВ ГРУНТОВ
4.1. Приемку и х ра нен ие образцов грунтов в л або ратори и исследования грунтов следует производить в соответствии с требова ни ями ГОСТ 12071 -72.
Подразделению-заказчику сле дует доставлять и раскладывать н а полки храни ли ща лаборатории образцы в том порядке, в котором он и вне сены в задание.
Нач ал ьни ку ла боратории и ли спе циально уполномоченному работнику в при сутствии геолога , ве дущего объек т, следует п роверять сохранн ость образц ов , отсутствие механических повреждений упак овки , достаточность и пригодн ость образ цов для производства, предусмотренного заданием состава определений.
4.2. Горизонтальное транспортирование грун та в помещении лаборатории следует осущ ествл ять с помощ ью ручн ых тран спортн ых тележ ек, верти кальн ое - груз овыми лиф та ми или специальными подъемниками.
4.3. Исследование физико-механических свойств грунтов при вскрытии образцов следует на чи нать с визуального изучения и описания образ цов. Описание должно содержать сведения о соста ве, литологических особе нн остя х и состоянии образцов.
4.4. Вырезку обра зцов и подг отовку грунтов к анализам следует производить, как правило, с помощью механизмов.
5. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ
5.1. Классификацию грунтов следует проводить в соответствии с требованиями ГОСТ 25100-82.
5.2. Гранулометрический и микроагрегатный состав следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 12536-79. Просеивание грунтов следует производить с п омощью механических с и т, взбалтывание - с помощью механического взбалтывателя.
5.3 . П лот нос ть следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 5180 - 75.
5.4. Плотность грунта следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 5182-78. Плотность грунта в рыхлом и плотном состоянии следует определять в соответствии с требованиями .
5.5. Плотность частиц грунта следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 5181-78.
5.6. Плотность частиц скального грунта следует определять в соответствии с требованиями .
5.7. Границы текучести и раскатывания следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 5183-77.
5.8. При определении границы текучести следует применять механизированные способы опускания конуса (без дополнительного усилия) и автоматизированные способы отсчетов промежутков времени опыта.
5.9. Максимальную молекулярную влагоемкость, следует определять в соответствии с требованиями .
5.10. Характеристики набухания и усадки следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 24143-80.
5.11. Размокаемость следует определять в соответствии с требованиями .
5.12. Характеристики просадочности, следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 23161-78.
5.13. Удельное сопротивление пенетрации, следует определять в соответствии с требованиями .
5.14. Максимальную плотность следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 22733-77. Следует применять механизированный способ поднятия груза и автоматизированный способ отключения прибора после проведения цикла ударов.
Угол естественного откоса следует определять в соответствии с требованиями .
Коэффициент фильтрации следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 25584 -83. Следует применять автоматизированные способы отсчета времени понижения жидкости на заданную величину.
5.17. Суффозионную сжимаемость следует определять по ГОСТ 25585-83.
5.18. Сжимаемость следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 23908-79.
5.19. Сжимаемость элювиальных грунтов, следует определять в соответствии с требованиями .
5.20. Сопротивление срезу следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 12248-78. В приборах с постоянной скоростью среза следует применять механизированные устройства перемещения каретки и автоматизированные средства фиксации максимального усилия динамометра на участке деформации образца 0-5 мм и отключения прибора при достижении деформации 5 мм.
5.21. Предел прочности скальных грунтов от пониженной до весьма низкой прочности при одноосном сжатии образцов правильной формы следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 17245-79.
5.22. Предел прочности скальных грунтов от очень прочных до мало прочных при одноосном сжатии образцов правильной фирмы следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 21153.0-75 * и ГОСТ 21153.2 -75.
5.23. Предел прочности скальных грунтов образцов произвольной формы следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 21941-81.
5.24. Коэффициент выветрелости следует определять в соответствии с требованиями .
5.25. Коррозионную активность следуют определять в соответствии с требованиями ГОСТ 9.015-74 .
5 .26. Относительное содержание растительных остатков и степени разложения заторфованных грунтов следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 23740-79 .
6. ЛАБОРАТОРНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
6.1. Рабочие журнал ы, выход ные ведомости, паспорта и другие лабора торные документы следует оформлять в соответствии с требованиями государственных стандартов и « Пособия по составлени ю и оформлени ю документац ии инженерных из ысканий д ля строительства».
6.2. Терм ины и опред еления, п ри меняемые в ла бораторной д окуме нтации , должны соотве тствовать п риведенным в государственном стандарте.
6.3. Еди ницы фи зи ческих величин, наи меновани е и обозн ачен ие этих единиц, применяющиеся в лабораторной докуме нта ции, должны соответствовать ед иницам, при вед енным в ГОСТ 8.417 -81 и в СН 528-80 .
ОПЕРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ПРИБОРОВ
Настоящая методика контроля распространяется на: балансирный конус, сита, весы, компрессионные и срезные приборы, приборы предварительного уплотнения. Общим требованием контроля является внешний осмотр. Устанавливают отсутствие на деталях приборов изгибов, вмятин, зазубрин, частиц грунта. Контроль разделяется на ежесменный и ежеквартальный. Для каждого прибора в первом подпункте настоящей методики приведены требования ежесменного контроля, во втором - ежеквартального. Приборы, не удовлетворяющие требованиям методики, к применению не допускаются.
1. Балансирный конус
Острие конуса не должно быть затуплено.
Измерьте глубиномером (штангенциркулем) расстояние от вершины до основания конуса (25 мм) с точностью 0,1 мм. Сверьте показания с полученными при введении конуса в работу. Расхождение показаний не должно превышать 0,2 мм. Конус должен быть прочно соединен с дугой, дуга - с грузами.
2. Сита для просеивания грунтов
Просмотрите сетки сит на свет. Сетки не должны иметь нарушений плетения, смещения и обрыва проволок, разрывов в местах крепления к корпусу.
Просмотрите под микроскопом с сорокакратным увеличением сита № 0,1; 0,25; 0,5 в пяти местах по радиусу сита. Отверстия по форме должны представлять квадрат . Определите размеры отверстий по шкалеокуляpa Гюйгена. Результаты не должны отличаться от номинальных более чем на 20 %.
Определите размеры 5-ти отверстий в ситах № 1 и 2 по радиусу каждого сита. Измерьте штангенциркулем пять отверстий по радиусу каждого сита № 5 и 10. Размеры отверстий сеток не должны отличаться от номинальных более чем на 10 %.
Нажмите рукой последовательно на обруч, диск сверленых сит, диск днища. Детали при нажиме на них не должны качаться.
3. Весы лабораторные квадрантные
3.1. Проверьте положение воздушного пузырька уровня весов. Переведите пузырек в центр контрольной окружности, вращая ножки весов.
Совместите нулевую отметку шкалы с нулевой отметкой на экране. Поместите на чашку весов образцовую гирю, масса которой соответствует диапазону измерения массы по шкале. Операции повторяйте до достижения необходимого предела взвешивания. Разность показаний не должна превышать допустимой погрешности взвешивания.
3.2. Проверьте четкость изображения шкалы на экране, добейтесь четкости перемещением лампы освещения шкалы весов.
4. Компрессионный прибор
4.1. При подготовке прибора к опыту просмотрите на свет днище и штамп. Все отверстия должны пропускать свет.
Канаты механизма сжатия должны лежать в проточенных канавках.
3.5. Допускается использовать воздушно-сухие грунты с поправкой на гигроскопическую влажность по ГОСТ 5181-78.
3 .6. Дистиллированную воду кипятят в течение 1 ч и хранят в закупоренной бутыли.
3.7. Составляют таблицу масс пикнометров с дистиллированной водой при различных температурах. Массы пикнометров с дистиллированной водой при различных температурах вычисляют по ГОСТ 5181-78.
4. Проведение испытания
Соответствует ГОСТ 5181-78.
5. Обработка результатов
Соответствует ГОСТ 5181-78.МЕ ТОД ОПРЕДЕЛ ЕНИ Я МАКСИМАЛЬНОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ВЛАГОЕМКОСТИ
Настоящ ая методик а распространяется на пылевато-глинистые и пе счаные грунты и устанавлив ает метод лабораторного определе ния максимальной молекуля рной влагоемк ости.
1. Общие положения
1.1. Молекулярная влагоемкость грунта - способность частиц грунта удерживать молекулярным притяжением на своей поверхности т о или иное количество волы.
1.2. Максимальную молекулярную влагоемкость, следует определять как влажность грунтовой пасты после, прессования ее до завершения водоотдачи грунта.
1.3. Максимальную молекулярную влагоемкость пылевато-глинистых грунтов определяют на образцах с естественной влажностью.
1.4. Определение максимальной молекулярной влагоемкости проводят с двух кратной повторностью.
2. Аппаратура
1.4. Взвешивания производят с точностью ± 1 г
1.5. Результаты вычисления К вк должны иметь погрешность не более 0,01.
2. Аппаратура
Полочный барабан со скоростью вращения 50-70 об/мин.
Сито с сеткой № 2 по ГОСТ 3584-73 с поддоном.
Весы лабораторные с пределом взвешивания 5 кг по ГОСТ 19491-74.
3. Подготовка к испытания м
3.1. Отбирают среднюю пробу массой 2-2,5 кг, избегая «круглых» значений 2 или 2,5 кг.
3.2. Проводят просеиванием грунта через сито № 2 разделение на мелкозем и обломки.
3.3. Устанавливают массу мелкозема т 1 и обломков т 2 .
4. Проведение испытаний
4.1. Образец загружают в полочный барабан.
4.2. Испытания проводят циклами вращения барабана по 2 мин, устанавливая каждый раз просеиванием массу мелкозема за природную степень разрушения принимают отношение т 1 к т 2 после четырехминутного испытания в барабане.
4.6. В случае увеличения выхода мелкозема более 25 % за К принимают значение, установленное до начала испытания.
4.7. Полученные значения масс мелкозема и обломков, соответствующие различным циклам, заносят в журнал.
5. Обработка результатов
5.1. К вычисляют по формуле ( ).
5.2. Наименование крупнообломочных грунтов по степени выветрелости в зависимости от К вк приведено в табл. 1.
Таблица 1
Наименование крупнообломочных грунтов по степени выветрелости
Угол естественного откоса или угол покоя – это угол между плоскостью основания штабеля и образующей, который зависит от рода и кондиционного состояния груза.Угол естественного откоса – максимальный угол наклона откоса гранулированного материала, не обладающего сцеплением, т. е. свободно текучего материала. Рыхлые и пористые навалочные грузы имеют больший угол покоя, чем твердые кусковые грузы. С увеличением влажности угол покоя растет.При длительном хранении многих навалочных грузов угол покоя за счет уплотнения и слеживаемости возрастает. Различают угол естественного откоса в покое и в движении. В покое угол естественного откоса на 10 – 18° больше, чем в движении (например, на ленте транспортера).
Величина угла естественного откоса груза зависит от формы, размера, шероховатости и однородности грузовых
частиц, влажности массы груза, способа его отсыпки, исходного состояния и материала опорной поверхности.
Применяются различные методы определения величины угла естественного откоса; к числу наиболее распространенных относятся способы насыпки и обрушения.
Экспериментальное определение сопротивления сдвигу и основных параметров груза производится обычно методами прямого среза, одноосного и трехосного сжатия. Испытания свойств груза методами прямого среза применимы как к идеальным, так и к связным сыпучим телам. Метод испытания на одноосное (простое) сжатие – раздавливание применим только для оценки общего сопротивления сдвигу связных сыпучих тел при условном допущении, что во всех точках испытываемого образца сохраняется однородное напряженное состояние. Наиболее надежные результаты испытаний характеристик связного сыпучего тела дает метод трехосного сжатия, позволяющий исследовать прочность образца груза при всестороннем сжатии.
Определение угла естественного откоса мелкозернистых веществ (размеры частиц менее 10 мм) производится с помощью «наклонного ящика». Угол естественного откоса в этом случае – угол, образованный горизонтальной плоскостью и верхней кромкой испытательного ящика в тот момент, когда только начнется массовое осыпание вещества в ящике
Судовой метод определения угла естественного откоса вещества используют при отсутствии «наклоняемого ящи-
ка». В этом случае угол естественного откоса – это угол между образующей конуса груза и горизонтальной
плоскостью.
Угол естественного откоса. Способы определения в натурных условиях
Угол естественного откоса или угол покоя – э то угол между плоскостью основания штабеля и образующей, который зависит от рода и кондиционного состояния груза. Угол естественного откоса – максимальный угол наклона откоса гранулированного материала, не обладающего сцеплением, т. е. свободно текучего материала.
На практике данными о величине угла естественного откоса пользуются при определении площади штабелирования груза, количества груза в штабеле, объема внутритрюмных штивочных работ, при подсчете величин давления груза на ограждающие его стенки
Применяются различные методы определения величины угла естественного откоса; к числу наиболее распространенных относятся способы насыпки и обрушения .
Экспериментальное определение сопротивления сдвигу и основных параметров груза производится обычно методами прямого среза , одноосного и трехосного сжатия .
Определение угла естественного откоса мелкозернистых веществ (размеры частиц менее 10 мм) производится с помощью «наклонного ящика ». Угол естественного откоса в этом случае – угол, образованный горизонтальной плоскостью и верхней кромкой испытательного ящика в тот момент, когда только начнется массовое осыпание вещества в ящике.
Судовой метод определения угла естественного откоса вещества используют при отсутствии «наклоняемого ящика». В этом случае угол естественного откоса – это угол между образующей конуса груза и горизонтальной плоскостью.
Практика производства замеров углов естественного откоса в натурных условиях показывает, что их величина несколько изменяется в зависимости от метода отсыпки груза (струей или дождем), массы исследуемого груза, высоты , с которой производится экспериментальная отсыпка.
Для быстрых измерений удобен способ Мооса , при котором зерно насыпают в прямоугольный ящик со стеклянными стенками размерами 100х200х300 мм на 1/3 его высоты. Ящик осторожно поворачивают на 90° и измеряют, угол между поверхностью зерна и горизонтальной (после поворота) стенкой.
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.
Лабораторная работа 1. Определение величины угла ссыпания и угла естественного откоса зернисто-кускового материала
Цель работы. Определить величины угла естественного откоса и угла ссыпания зернисто-кускового материала.
Теоретические положения . Зернисто-кусковой материал, лежащий на наклонной плоскости (например, на наклонной плоскости бункера , на наклонном ленточном транспортере и т. д.), при определенном угле наклона этой плоскости к горизонту начинает ссыпаться по ней. Такой предельный угол наклона называется углом ссыпания.
В зависимости от формы кусочков можно наблюдать два вида движения кускового материала по плоскости ссыпания: скольжение и перекатывание. Скольжение наблюдается при кусках с развитыми плоскими гранями; передвижению кусков здесь препятствует трение скольжения между гранями кусков и плоскостью ссыпания. Качение наблюдается при форме кусков, близкой к шару. В этом случае передвижение куска происходит как скатывание его, с сопротивлением трения качения.
Предельное состояние покоя слоя кускового материала на наклонной плоскости имеет место тогда, когда сила трения F равна проекции М силы тяжести G на эту плоскость (рисунок 1). С другой стороны, эта же сила трения пропорциональна нормальному давлению кускового материала на наклонную плоскость
F = M = fN ,
откуда f = М / N = tgα
где f – коэффициент трения, определяемый свойствами самого материала, равный tga ;
α – угол ссыпания зернисто-кускового материала.
Рисунок 1
Если рассматривать весь слой сыпучего материала , который перемещается по гладкой наклонной плоскости, то здесь, даже в случае кусков шарообразной формы, происходит скорее скольжение материала по плоскости, чем перекатывание, так как весь материал «течет» сплошной массой.
Угол ссыпания зависит от коэффициента трения материала о плоскость ссыпания, от формы и крупности кусков, от структуры поверхности, по которой происходит ссыпание (поверхность может быть гладкой, шероховатой, ребристой и т. д.), а также он влажности самого кускового материала.
Если насыпать зернисто-кусковой материал на горизонтальную плоскость, то он располагается на ней в виде конуса. Угол между образующей этого конуса и горизонтальной плоскостью называется углом естественного откоса зернисто-кускового материала.
Угол естественного откоса всегда больше угла ссыпания (для одного и того же материала), так как наличие неровностей на поверхности материала препятствует скатыванию, а тем более скольжению кусков. Угол естественного откоса в большой степени зависит от фракционного состава кускового материала, ибо последний определяет собой общую структуру поверхности конуса. Эта разнородность размера кусков вызывает в то же время преимущественное скатывание крупных кусков материала на край насыпаемой кучи, вследствие того, что неровности поверхности оказывают меньшее сопротивление перекатыванию крупн ых кусков, чем мелких (рисунок 2). Неравномерное распределение кусков по крупности необходимо учитывать при загрузке насадочных абсорберов, шахтных печей и т. д., так как в местах расположения крупных кусков, т. е. на-периферии, получается большее сечение каналов и газ пойдет преимущественно по этим каналам, имеющим меньшее гидравлическое сопротивление.
Тонко измельченные материалы имеют больший угол естественного откоса, т. е. меньшую сыпучесть, в связи с более развитой поверхностью трения.
Рисунок 2
Угол естественного откоса значительно зависит от влажности материала, потому что вода, располагаясь на поверхности кусков, вызывает слипание их и тем самым затрудняет движение отдельных кусков. Чем меньше куски материала, тем больше проявляется влияние влажности; но чрезмерное увлажнение приводит к увеличению послойной текучести жидкости между кусочками материала, и угол естественного откоса вновь уменьшается (таблица 1).
Таблица 1
Порода | Угол естественного откоса, град, для породы |
||
сухой | влажной | мокрой |
|
Песок крупный | 30 – 35 | 32 – 40 | 25 – 27 |
Песок средний | 28 – 30 | ||
Песок мелкий | 30 – 35 | 15 – 20 |
|
Гравий | 35 – 40 |
Угол естественного откоса и угол ссыпания резко уменьшаются при движении материала и плоскости, на которой он лежит. При сотрясениях или вибрациях материал интенсивно рассыпается, растекается, стремясь принять горизонтальное положение, так как при вибрациях в отдельные моменты уменьшается взаимное трение по поверхности соприкосновения кусочков друг с другом и кусочков с плоскостью. На этом основано применение вибротранспортирующих устройств, вибраторов для облегчения разгрузки бункеров, самосвалов и дозирующих устройств.
Знание углов естественного откоса и ссыпания необходимо при проектировании складских помещений, транспортеров, шахтных печей, где имеют дело с сыпучими материалами. Невозможность учета теоретически всех факторов, определяющих величину этих углов, приводит к необходимости экспериментального их определения.
Описание установки. Для определения угла естественного откоса используется гладкая горизонтальная плоскость с нанесенными на ней делениями в сантиметрах и короткий металлический цилиндр; для определения угла ссыпания - прибор, состоящий из вала 1, на который навертывается шнур, кронштейна 2, через который шнур соединяется с подъемной доской 3, и угломера 4, установленного у оси вращения подъемной доски. Подъемная доска снабжена указателем, показывающим на угломере угол ее подъема (рисунок 3). Для сбора ссыпавшейся массы поставлен ящик. В работе используется также линейка, весы и прямоугольная металлическая рамка.
Рисунок 3
Проведение опыта и запись наблюдений. При определении углов естественного откоса и ссыпания используется сыпучий материал двух или трех сортов крупности.
А. Определение угла естественного откоса
1. Установить металлический цилиндр в центре горизонтальной плоскости,
2. Набрать совком сыпучий материал и высыпать его в цилиндр.
3. Медленно поднять цилиндр, предоставив материалу свободно рассыпаться по плоскости.
Б. Определение угла ссыпания
1. Уложить на подъемной доске прямоугольную металлическую рамку и полностью засыпать ее сыпучим материалом.
2. Снять прямоугольную рамку и, медленно вращая вал, привести подъемную доску в наклонное положение.
3. Когда материал начнет ссыпаться, прекратить подъем доски и записать угол ее наклона. Перенести весь материал с подъемной доски и ее подставки на лист бумаги, взвесить материал, добавить определенное количество воды (заданное преподавателем), тщательно перемешать и произвести с влажным материалом те же определения (этапы А, 1 - 4 и Б,
Результаты опытов внести в таблицу 2.
Таблица 2
Наименование исследуемого материала | Угол естественного откоса | Угол ссыпания |
||||||||
сухой материал | влажный материал | Сухой материал | Влажный материал |
|||||||
tg α | tg α | |||||||||
Обработка результатов опыта. Пользуясь соотношением определить величину tg α и по таблицам найти соответствующее значение α.
font-size:14.0pt; font-family:" times new roman>где α – угол естественного откоса, град.;
Н – высота насыпанной кучи материала, см;
D – диаметр насыпанной кучи материала, см;
font-size:14.0pt; font-family:" times new roman>– радиус насыпанной кучи материала, см,
1) Краткое изложение теории и цель работы.
2) Схема установки.
3) Таблица 2.
4) Вывод по работе.
Задание на подготовку к лабораторной работе .
1) Измельчение твёрдых материалов и их классификация .
2) Измельчение, грохочение и дозирование твёрдых тел .
Контрольные вопросы .
1) Объясните понятие «угол ссыпания».
2) Виды движения кускового материала по плоскости ссыпания.
3) Назовите факторы, от которых зависит величина угла ссыпания зернисто-кускового материала.
4) Объясните понятие «угол естественного откоса зернисто-кускового материала».
5) Назовите факторы, от которых зависит величина угла естественного откоса.
6) Скажите какая величина больше - угол ссыпания или угол естественного откоса, объясните почему.
7) Как изменяется величина угла ссыпания и угла естественного откоса при движении материала и плоскости, на которой он лежит?
8) Как угол естественного откоса зависит от влажности?
9) тонко или крупно измельчённый материал имеет больший угол естественного откоса?
10) Для чего необходимо знание углов естественного откоса и ссыпания?
