Тема 6. Допоміжні
роботи в будівництві
6.1. Зниження рівня ґрунтових вод
6.2. Штучне закріплення ґрунтів
6.3 Влаштування кріплень виїмок
6.1. Зниження
рівня ґрунтових вод
В·
легкі голкофільтрові установки,
які дають змогу в разі їхнього одноярусного розташування знизити рівень ґрунтових вод на 4…5 м, а
двохярусного – на 7…9 м;
В·
ежекторні голкофільтри, що
забезпечують зниження рівня ґрунтових вод на 16…20 м;
В·
свердловини з глибинними
насосами, що здатні викачувати воду ще з більших глибин;
Легкі голкофільтрові установки (ЛГУ) застосовують
переважно для осушення піщаних ґрунтів з коефіцієнтом фільтрації 1,5…2 м/добу.
До комплекту ЛГУ належать голкофільтри (до 100 шт), водозбірний колектор
діаметром 100…200 мм та два центробіжних насоси для забезпечення безперебійної роботи установки, один із яких
є резервним.
Голкофільтр – це труба діаметром 38 чи 50 мм, до 8,5 м завдовжки, що
складається з двох труб: внутрішньої – подовження загальної труби діаметром 38
мм – та зовнішньої діаметром 60 мм з рівномірно розподіленими отворами для
пропускання води. Ланка фільтра закінчується наконечником, у середині якого
розміщені шаровий та кільцевий клапани. Голкофільтри частіше за все занурюють у
ґрунт гідравлічним способом.
Рис. 6.1. Легкі голкофільтрові установки
Голкофільтри встановлюють по периметру осушуваної виїмки
на відстані 0,5 м від бровки укосу. Якщо потрібно знизити рівень ґрунтових вод більш як на 4...5 м, голкофільтри
монтують у два яруси. Проте при двоярусній установці значно збільшується обсяг земляних
СЂРѕР±С–С‚.
Ежекторні голкофільтрові
установки (ЕГУ) застосовують для зниження рівня ґрунтових вод з
коефіцієнтом фільтрації 1 ...40 м/добу з глибини до 20 м..
Ежекторний
голкофільтр складається з двох колон надфільтрових труб діаметром 70 мм та
внутрішньої труби діаметром 48 мм, до нижнього кінця якої прикріплено
ежекторний пристрій – дифузор з
насадкою.
РџС–Рґ
час роботи установки в кільцевий простір між зовнішньою та внутрішньою колонами
труб голкофільтра під тиском 0,6... 1,0 МПа подають «робочу» воду, яка
спрямовується у насадку. Біля виходу з насадки внаслідок різкого зростання
швидкості руху «робочої» води створюється розрідження, під дією якого через
прорізи всмоктується ґрунтова вода, що пройшла до цього через гофрований
фільтр. Ґрунтові води біля входу у горловину змішуються з «робочою» водою і
далі проходять крізь дифузор, піднімаються доверху, де виливаються через
патрубок в бак.
Водознижувальні свердловини з глибинними насосами застосовують для зниження рівня
ґрунтових вод на глибину більш як 20 м, а також при глибині майже 20 м у разі
великої товщини водоносного шару та тривалих термінів відкачування.
По периметру майбутньої виїмки пробурюють свердловини, в які опускають обсадні труби діаметром 90...400 мм, улаштовуючи піщано-гравійний фільтр заввишки 0,2...0,3 м. У кожен колодязь опускають насос із двигуном або артезіанські насоси, що мають довгий вал і електродвигун, розміщений над устям свердловини.
6.2. Штучне закріплення
ґрунтів
Для утворення навколо майбутніх виїмок водонепроникних
завіс та збільшення несівної (несучої) здатності ґрунтів залежно від їхніх
фізико-механічних властивостей та стану застосовують штучне заморожування,
рідше цементацію, бітумізацію, силікатизацію.
Штучне
заморожування – це тимчасове закріплення
водонасичених ґрунтів (пливунів) під час розроблення глибоких виїмок. Навколо
виїмки створюють водонепроникні льодові
стінки. Для цього по периметру виїмки заглиблюють колонки, що
складаються із зовнішніх заморожувальних та внутрішніх живильних труб,
з'єднаних трубопроводом, по якому нагнітається спеціальний розчин солей, що
мають низьку температуру замерзання. Охолоджений до мінус 20...45 °С у
холодильній установці розчин циркулює навколо колонок, створюючи стовпи
мерзлого ґрунту. Поступово збільшуючись Сѓ діамеВтрі, стовпи Р·'єднуються РјС–Р¶
собою у суцільну стіну.
Рис. 6.2. Штучне заморожування
Цементацію застосовують при
закріпленні середньо- та крупнозернистих пісків, тріщинуватих скельних порід
нагнітанням тампонажних розчинів під тиском 25...100 МПа на 1 м заглиблення
ін'єкторів (труб для подавання розчину).
Р’
ін'єктори поршневими чи діафрагмовими насосами нагнітають суспензію, яка має
співвідношення за масою цемент : вода у межах від 1 : 1 до 1 : 10. Ще рідшу
суспензію застосовують для замуровування тріщин у скельних породах. Радіус
закріплення ґрунтів залежить від виду та стану ґрунту й орієнтовно становить,
м: для пісків середньої крупності – 0,3...0,5, крупнозернистих пісків –
0,50...0,75, скельних ґрунтів – 1,2... 1,5.
Бітумізацію застосовують як допоміжний
спосіб до цементації для закріплення тріщинуватих скельних порід гарячою
бітумною мастикою за великої швидкості ґрунтових вод. Піщані ґрунти закріплюють
холодною бітумною емульсією. Мастику чи емульсію нагнітають у ґрунт крізь
пробурені свердловини спочатку під тиском 0,2... 0,3 МПа, а потім поступово
підвищують його до 5...8 МПа.
Силікатизацією підвищують водонепроникність, стійкість та міцність водонасичених пісків та пливунів. За допомогою ін'єкторів під тиском 0,5... 1,5 МПа нагнітають у ґрунт спочатку розчин рідкого скла, а через одну-дві години – хлориду кальцію. Змішуючись, розчини вступають у реакцію й утворюють гель силіцієвої кислоти, який, тверднучи, зв'язує ґрунт у міцний монолітний масив. Розчин можна вводити і за один раз. Компонентами для однорозчинної суміші є рідке скло та ортофосфорна кислота або рідке скло та силіційфтористоводнева кислота тощо.
6.3 Влаштування кріплень виїмок
Необхідність кріплення
стінок котлованів і траншей визначається та регламентується нормативними
документами і залежить від гідрогеологічних умов: виду та вологості ґрунту, наявності
ґрунтових вод, глибини виїмки тощо.
Вертикальні
стінки без
кріплень допускаються в ґрунтах природної вологості із цілісною
структурою, якщо немає ґрунтових вод: при глибині виїмок у насипних, піщаних та
гравелистих ґрунтах не більш як 1 м, у супіщаних – 1,25 м, у суглинкових та
глинистих – 1,5 м, в особливо щільних ґрунтах – 2 м.
У разі відривання глибоких
виїмок із вертикальними стінками або за наявності ґрунтових вод для
забезпечення стійкості стін застосовують тимчасові кріплення. Тип
кріплення визначається проектом виконання робіт залежно від розмірів виїмки,
властивостей ґрунту, величини притоку ґрунтових вод та конкретних умов
виконання процесів.
Кріплення стінок
котлованів класифікується за способами роботи їх як
несучих конструкцій і поділяється на підкісні, анкерні, консольні (шпунтові),
розпірні та консольно-розпірні.
РџС–РґРєС–СЃРЅРµ
кріплення встановлюють
усередині котловаВРЅСѓ. РџС–РґРєРѕСЃРё затруднюють виконання подальших СЂРѕР±С–С‚ Сѓ котловані,
і тому застосування цього кріплення обмежене.
Анкерне
кріплення складається зі стійок та закладок, розміщених
Сѓ котловані, дерев'СЏРЅРёС… чи металевих тяг та паль, розміщеВРЅРёС… Р·Р° межами
котловану. Щоб анкерні тяги не заважали переміщенню людей, їх слід улаштовувати
трохи нижче поверхні ґрунту.
Консольне
(шпунтове) кріплення – це шпунтова стінка, жорстко затиснена
ґрунтом. Таке кріплення влаштовують з металевого або, рідше, дерев'яного
шпунта. Переважно С—С… використовують РїСЂРё огороджуванВРЅС– мілких котлованів Сѓ
водонасичених ґрунтах, коли неможливо штучно знизити рівень ґрунтових вод.
Металевий шпунт, який
постачає промисловість за встановленим сортаментом, має велику несучу здатність
та багаторазово використовується у будь-яких ґрунтових умовах, а також при
розробленні ґрунту на значну глибину.
Р РѕР·РїС–СЂРЅС–
кріплення переважно дерев'яні, для огороджувальних
елементів їх використовують у вигляді інвентарних щитів. У котлованах більш як
2,5 м завглибшки замість щитів можна встановлювати дерев’яну шпунтову стінку,
яку для підвищення стійкості заглиблюють у ґрунт на 0,5...0,7 м. Розпірки, як і
підкоси, утруднюють виконання наступних робіт у котловані.
Консольно-розпірні
кріплення поєднують у собі два види кріплення. Навантаження від
тиску ґрунту, складених біля Р±СЂРѕРІВРєРё котловану матеріалів тощо сприймається РЅРµ
тільки розпірками, а й огороджувальними елементами кріплення. Для останніх
використовують дерев'яний чи металевий шпунт, а також двотаврові балки, між
якими закладають дошки огорожі. Такі кріплення застосовують, як правило, для
вузьких та неглибоких котлованів.
Якщо глибина котловану
більше РЅС–Р¶ 3...4 Рј, палі додатково СЂРѕР·РєСЂС–РїВлюють РїРѕР·РґРѕРІР¶РЅС–Рј РїРѕСЏСЃРѕРј – РѕР±РІ'СЏР·РєРѕСЋ
з двотаврових балок на відстані не менше ніж 0,5 м від верху котловану. У пояси
обпирають поперечні розпори, розташовуючи їх через 4...6 м уздовж осі котловану.
Для передавання навантаження від палей на розпори між кожною палею та
балками обв'язки встановлюють сталеві клинки. У разі великої глибини котловану
(більш як 10... 12 м) та значного бокового тиску ґрунту розпори встановлюють по
висоті в кілька ярусів.
Кріплення вертикальних стін траншей за
конструктивними ознаками подібне кріпленню стін котлованів. За конструктивним
виконанням огороджувальних стінок розрізняють такі кріплення: горизонтальне (суцільне
чи з прозорами), вертикальне (суцільне) та інвентарне.
Горизонтальне
кріплення з прозорами застосовують у траншеях до 3 м завглибшки у
зв'язних ґрунтах природної вологості, якщо немає чи є незначний приплив
ґрунтових РІРѕРґ. РџСЂРё глибині транВшей 3...5 Рј Р·Р° тих самих СѓРјРѕРІ улаштовують суцільне кріплення.
У ґрунтах
сипких чи підвищеної вологості застосовують суцільне горизонтальне та вертикальне
кріплення незалежно від глибини траншеї. Якщо приплив ґрунтових вод великий і є загроза винесення
частинок ґрунту, влаштовують шпунтові
кріплення з дощок, брусів чи металевих шпунтів.
Характерною ознакою інвентарних кріплень є те, що вони
склаВдаються С–Р· Р·Р±С–СЂРЅРѕ-СЂРѕР·СЃСѓРІРЅРёС… СЂРѕР·РїС–СЂРЅРёС… рам та інвентарних щитів РѕРіРѕСЂРѕР¶С–.
Дві розпірні рами опускають у траншею. Після цього між стінками траншеї та
стояками закладають по обидва боки інвентарні щити, розсувають стояки розпірних
рам обертанням упорних гайок до відмови. Після установлення кріплень на
розпірні рами для підвищення стійкості накладають в'язі жорсткості. Інвентарні
РєСЂС–Вплення застосовують для розроблення землерийними машинами траншей РґРѕ 3 Рј
завглибшки.