Производство земляных работ при усилении существующих и устройстве новых фундаментов —

Для устройства новых фундаментов и переустройства существующих или прокладки новых подземных коммуникаций различного назначения, необходимо выполнить земляные работы по устройству котлованов и траншеи различных параметров. На технологию и организацию производства этих работ влияют следующие основные факторы: объемнопланировочные и конструктивные решения реконструируемых зданий и сооружений; размеры фронта работ; основные параметры земляных сооружений и условия производства работ; возможность совмещения работ с основной деятельностью предприятия; режим работы производства; установленные сроки проведения работ; требования техники безопасности.

При выполнении земляных работ в условиях реконструкции действующих предприятий необходимо постоянно учитывать насыщенность существующими подземными инженерными коммуникациями и принимать меры к определению их точного положения, что позволит сократить объемы земляных работ, осуществляемых вручную.

До начала разработки грунта в непосредственной близости и ниже уровня заложения фундаментов существующих зданий, сооружений и оборудования, а также действующих подземных коммуникаций должно быть проведено обследование фактической глубины их заложения и получено письменное разрешение на производство работ от заказчика.

Производство внутрицеховых работ сопряжено с необходимостью выполнения их в крайне стесненных условиях, на ограниченных по размерам участках. Производственная среда действующих цехов предприятий (запыленность, загазованность, шум, вибрация и т. п.) часто является причиной снижения производительности труда строительных работ. В некоторых случаях производственная среда промышленных предприятии не допускает даже малейшей запыленности воздуха. В этом случае бывает очень трудно организовать и механизировать строительно-монтажные работы по усилению и замене конструктивных элементов зданий, в том числе связанные с ними земляные работы.

Значительную трудность в стесненных условиях работ при реконструкции объектов как промышленного, так и гражданского назначения представляет организация работ по разработке и отвозке грунта, а также по водоотливу. При этом основными причинами, препятствующими применению механизированных способов разработки грунта, как правило, является отсутствие свободного проезда к месту работ и невозможность использования землеройной техники на участке строительства из-за стесненности и ограниченности фронта работ.

Для водоотлива из котлованов, траншей и каналов приходится прокладывать временные трубопроводы либо устраивать деревянные лотки, по которым откачиваемую воду подают сначала к отстойному колодцу (приямку), а уже затем сбрасывают в общесплавную или ливневую канализацию.

Использование при реконструкции и расширении промышленных предприятий даже специальных малогабаритных средств механизации снижает их расчетную производительность на 30…70 %. Поэтому должна быть тщательно подготовлен ППР на все основные виды работ.

Производство работ по реконструкции промышленных и гражданских объектов ведется, как правило, участками, которые освобождаются в согласованные с подрядной организацией сроки. При этом основная деятельность объекта реконструкции не прекращается, а только в редких и вынужденных случаях производство ненадолго останавливают. Поэтому сроки по реконструкции объектов устанавливают самые жесткие, что вынуждает строительные организации концентрировать на каждом участке работ большое число рабочих, учитывая, что основной объем работ приходится выполнять вручную из-за невозможности полностью использовать существующие средства механизации.

Распределение затрат ручного труда по наиболее трудоемким процессам земляных работ при реконструкции объектов ориентировочно следующее: разработка грунта в стесненных условиях — 22 %; доработка дна траншей и котлованов после экскаваторов до проектной отметки — 30 %; планировка откосов и площадок — 8 %; обратная засыпка пазух траншей и котлованов —12 %; уплотнение грунта — 6 %; прочие процессы — 22 %.

Технология разработки котлованов и траншей в стесненных условиях имеет свои характерные особенности — это крепление стенок, затруднение или невозможность использования традиционных средств механизации и др.

Наиболее трудоемкими технологическими процессами земляных работ, выполняемых в стесненных условиях вручную, являются: разработка грунта в труднодоступных местах, зачистка и планировка дна котлованов, а также обратная засыпка и послойное уплотнение грунта при устройстве фундаментов различного назначения с малыми размерами в плане, при прокладке трубопроводов в местах пересечения с действующими коммуникациями, вблизи стен существующих зданий и сооружений, при устройстве технологических каналов и т. п.

Разработка грунта и планировка дна выемок в условиях функционирующих зданий и сооружений должна вестись механизированным способом и, при необходимости, вручную.

Вручную разрабатывают грунт в следующих ситуациях:

— при небольших объемах работ, когда использование землеройной техники экономически неоправданно;

— при отсутствии фронта работ для применения существующих средств механизации (наличие коммуникаций, оборудования, выступающих строительных конструкций и т. д. и т.п.);

— при отсутствии подъездов или проездов и невозможности каким-либо способом (например, с помощью крана) подать землеройную технику к месту производства работ;

— при наличии определенных ограничений на производство работ на действующем объекте, которые могут быть нарушены (недопустимость выделения пыли, взрывоопасная окружающая среда и т. д.) в случае применения землеройных машин.

Во всех этих случаях грунты не только разрабатывают, но и грузят, а также отвозят вручную. Исключением может быть использование подъемно-транспортного оборудования для подачи грунта в кузов автосамосвала, установленного в доступном для проезда месте.

Необходимо также иметь в виду, что из-за стесненности и близко расположенных фундаментов сушествуюших конструкций и оборудования разработка грунта в котлованах и траншеях с углом естественного откоса не представляется возможной. Поэтому работы выполняют, как правило, в огражденной шпунтом выемке, что ограничивает использование машин и оборудования.

Крепления стенок котлованов и траншей подразделяют на деревянные, металлические, железобетонные и комбинированные.

По способу производства работ крепления могут быть забиваемые, вибропогружаемые, сборные, монолитные, а также устраиваемые способом торкретирования. Классифицируемые по указанному признаку крепления могут носить также комбинированный характер. К таким креплениям относятся, например, консольно-распорные (рис. 4.26), при устройстве которых основные несущие элементы забивают в грунт, а все остальные — собирают из заранее заготовленных элементов.

Шпунтовые сваи, а также стальные двутавровые балки при устройстве закладных креплений забивают с помощью копров, оборудованных сваебойными агрегатами.

Сборные крепления применяют при устройстве неглубоких и нешироких котлованов и траншей. Сборные крепления собирают из заранее заготовленных щитов и распорок, которые устанавливают по мере разработки грунта. Щиты изготовляют из досок толщиной 25—39 мм, распорки — из брусков или подтоварника. При уровне грунтовых вод, находящемся на отметке выше дна котлована, указанные крепления применять не рекомендуется.

Монолитные крепления устраивают по правилам производства данного вида работ. При этом методы бетонирования определяют отдельно для каждого конкретного случая и отражают в разрабатываемом ППР.

Устройство креплений методом торкретирования стенок выемки в последнее время внедряется в практику строительства, который, в какой то мере, можно считать разновидностью монолитного способа устройства креплений.

Торкретирование выполняется с помощью цемент-пушки или бетон-шприц-машины. При этом подбор составляющих, их дозировка, транспортировка, определение расхода воды воздуха и т. д. осуществляют так же, как и при торкретировании бетонных поверхностей. В то же время при укреплении этим методом стенок котлованов торкретный слой бетона служит не только защитой от проникания фильтрационной воды в котлован, но, в первую очередь, является несущей конструкцией, воспринимающей давление грунта.

Метод торкретирования эффективен при креплении стенок котлованов, устраиваемых в связных грунтах нормальной влажности. Его не рекомендуют применять при сооружении котлованов в песчаных грунтах или при сильном притоке грунтовых вод.

Между ограждением стен котлована и конструкцией оставляют зазор 15…20 см для размещения слоев гидроизоляции и защитной стенки, а также для компенсации возможных отклонений при забивке свай или шпунта.

Увеличение зазора до 0,8… 1 м обеспечивает высокое качество и целостность наружной гидроизоляции, но вызывает увеличение объемов земляных работ на 5… 10 % из-за уширения котлована.

В водонасыщенных грунтах с низкой степенью водоотдачи, когда нельзя искусственно понизить уровень грунтовых вод, устраивают сплошное шпунтовое ограждение или искусственно замораживают стенки котлована.

Если глубина котлована менее 3…4 м, свайное крепление его стенок может работать консольно, воспринимая боковое давление за счет заделки. При большей глубине котлована требуется дополнительное раскрепление свай. Для этого по сваям на расстоянии не менее 0.5 м от верха будущей конструкции подземного сооружения устанавливают продольные пояса-обвязки из двутавровых балок. В пояса упирают поперечные распорки — расстрелы, располагая их через 4…6 м вдоль оси котлована.

Для передачи нагрузки от сваи на расстрелы между каждой сваей и балками обвязки устанавливают стальные клинья. При большой глубине котлована (более 10 м) и значительном боковом давлении грунта расстрелы устанавливают по высоте в несколько ярусов.

Расстрелы чаще всего изготовляют из металла составного профиля (из двух швеллеров или четырех уголков, соединенных накладками на сварке). Применяют также трубчатые расстрелы диаметром 30…40 см и телескопические прямоугольного или трубчатого сечения. Поперечное крепление котлованов с расстрелами имеет достаточную жесткость и обеспечивает многократное использование элементов крепи. Однако при ширине котлована более 15…20 м расстрелы получаются громоздкими и тяжелыми (масса одного расстрела может составлять 2…3 т и более). Поэтому в ряде случаев требуется установка диагональных связей в плоскости расстрелов, что вызывает дополнительные трудности при производстве работ.

Вместо системы крепления с расстрелами для удержания в проектном положении свай или шпунта применяют грунтовые анкеры (рис. 4.27), устраиваемые следующим образом. После разработки котлована до определенной отметки под заданным углом к горизонту забуривают скважины диаметром 20… 30 см и глубиной 8…20 м, обеспечивая расположение данной части скважины за пределами возможной призмы обрушения. В скважины помещают анкерные оттяжки, закрепляя их по всей длине или только в нижней части скважины, а также на продольных поясах.

Устроенные таким образом анкеры армируют грунтовый массив и ограничивают его перемещение, обеспечивая тем самым устойчивость ограждения котлована. В подземном строительстве применяют как временные, так и постоянные анкеры, удерживающие элементы несущих конструкций.

Конструкции анкеров отличаются видом оттяжек, несущей способностью и способом закрепления в грунте. В качестве оттяжек, соединяющих заанкерованную в грунте часть с продольными поясами, применяют стальные трубы, стержни периодического профиля диаметром 18…40 мм, а также высокопрочную проволоку в виде пучков, прядей или канатов с пределом прочности на разрыв до 1800 МПа. Несущая способность анкеров со стержневыми оттяжками 150…500, с трубчатыми — 300…1500, а с проволочными — 500…2500 кН. По способу заделки анкера в грунт различают трубчатые ненапрягаемые анкеры и предварительно напряженные инъекционные анкеры без уширения или с уширением. Трубчатые анкеры могут закрепляться по всей длине скважины или только в данной ее части, в последнем случае заделку анкеров в грунт выполняют в две стадии. Вначале в пробуренную скважину опускают трубу и нагнетают цементный раствор в зазор между трубой и стенками скважины. Затем через отверстия в нижней части трубы в зону анкеровки нагнетают раствор, который проникает в грунт, обеспечивая надежную заделку анкера.

Более универсальными являются буровые инъекционные анкеры, применяемые в различных грунтах, за исключением сильно сжимаемых, просадочных, текучих или набухающих, в которых невозможно обеспечить требуемую заделку.

Грунтовые анкеры располагают по длине котлована через 3…5 м в один или несколько ярусов по высоте. Обычно верхние анкеры более загружены и их делают длиннее нижних. Угол наклона анкеров к горизонту не должен превышать 25…30°, так как при этом снижаются горизонтальные составляющие удерживающего усилия и возрастает нагрузка на крепь.

Несмотря на то, что технология работ по устройству анкеров сложнее, чем при устройстве расстрелов, а стоимость работ на 8… 11 % выше, анкерная крепь является эффективной, особенно при креплении широких и глубоких котлованов.

Различные системы крепления котлованов с применением забивных свай или шпунта требуют значительного расхода металла. Несмотря на то, что 80 % свай и шпунта удается извлечь после окончания строительства подземного сооружения, значительная их часть оказывается непригодной для повторной забивки.

Средствами механизации разработки грунта в тех случаях, когда позволяют условия, являются мобильные одноковшовые экскаваторы, снабженные различным сменным рабочим оборудованием. Наиболее удобным рабочим органом для выемки грунта из котлованов малых размеров в плане является грейферный ковш, которым оборудован экскаватор.

Использование грейфера позволяет отрывать котлованы с вертикальными стенками, а также разрабатывать грунт у самого шпунта, однако его производительность в 2 раза меньше по сравнению с производительностью экскаваторов, снабженных стандартными ковшами.

Грейфер можно эффективно применять для обратной засыпки пазух фундаментов и разработки грунта под водой.

Разрабатывать грунт в стесненных условиях эффективнее гидравлическими экскаваторами, которые по сравнению с канатными имеют значительные преимущества: они более производительны (на 15…20 % ), легче в управлении, более эффективны при разработке плотных грунтов, их конструкция позволяет осуществлять оперативную замену различного съемного навесного оборудования и сменных рабочих органов. Очень важным преимуществом гидравлических экскаваторов по сравнению с канатными экскаваторами является обеспечение с одной стоянки большей рабочей зоны, что имеет большое значение при работе в стесненных условиях.

При прокладке внутренних коммуникаций бывает, что их нужно прокладывать параллельно существующим подземным инженерным сетям, которые попадают в площадь сечения отрываемой траншеи или канала. В этих случаях механизированная разработка грунта разрешается на расстоянии не менее 2 м от боковой стенки и 1 м от верха трубы кабеля ит. п., что подробно отражают в технологических картах ППР.

Для механизированной разработки грунта в траншеях и котлованах вблизи стен зданий и сооружений или существующих конструкций применяют сменное оборудование к экскаваторам с поперечным смещением рабочего органа.

Малогабаритные бульдозеры (микробульдозеры) являются одной из наиболее приемлемых машин для разработки, перемещения, разравнивания и обратной засыпки грунта, а также зачистки и планировки дна выемок в стесненных условиях (в узких проездах, траншеях и котлованах внутри зданий).

Транспортировку грунта внутри действующих предприятий, где не могут быть использованы существующие автотранспортные средства, выполняют вручную из-за недостатка или отсутствия малогабаритных средств внутрицехового транспорта.

Уплотнение грунтов обратных засыпок в стесненных условиях производится после установки фундаментов колонны и технологического оборудования, а также прокладки подземных коммуникаций различного назначения (тоннели, каналы, трубопроводы, кабельные сети) в соответствующих котлованах и траншеях.

Грунт обратной засыпки должен быть тщательно уплотнен (с заданной степенью уплотнения) Поскольку фундаменты и подземные коммуникации промышленных зданий испытывают значительные статические и динамические нагрузки, недостаточное уплотнение грунта обратных засыпок приводит к просадкам, вызывающим впоследствии разрушения строительных конструкций.

Для уплотнения грунта в стесненных условиях используют пневматические и электрические трамбовки, самопередвигающиеся вибрационные плиты, навесное оборудование на краны и экскаваторы (см. рис. 4.28 и 4.29), а также отбойные молотки со специальными насадками.

Для уплотнения грунта в стесненных условиях на некоторых строительных объектах для обратной засыпки применяют песок с последующим уплотнением его путем замачивания.

Нельзя допускать засыпки пазух песком на всю глубину с последующей поливкой поверхности засыпки, поскольку в этом случае уплотнение не будет достигнуто.

Следует учитывать, что этот способ не применим в зимних условиях и при возведении сооружений на просадочных грунтах, поэтому засыпки с помощью полива нужно планировать на период с плюсовыми температурами.

Уплотнение грунтов в зимних условиях возможно, если отсыпка будет вестись непереувлажненными талыми грунтами с количеством мерзлых включений, не превышающим допускаемые величины. Работы в этом случае должны проходить на суженном фронте, при максимальном его насыщении механизированными средствами, с минимальными перерывами и такой интенсивности, чтобы уложенный слой грунта не замерзал до ее уплотнения.

При прекращении работ по укладке грунта необходимо предупредить нарушение плотности и монолитности уложенного и уплотненного грунта в связи с возможным его замерзанием, а затем оттаиванием. Для этого необходимо последние два-три слоя грунта > кладывать в насыпь с влажностью, не превышающей 0,8…0,9 границы раскатывания, после чего отсыпать еще один слой грунта без уплотнения. Весной следует проверить состояние верхнего слоя и в случае обнаружения деформаций переработать и уплотнить этот слой грунта. В зимнее время допускается без ограничения производить отсыпку из предварительно разрыхленных скальных грунтов, гравия, щебня, крупного и средней крупности песка.

Несвязные грунты зимой укладывают и уплотняют так же, как и в летнее время, при этом дополнительное их увлажнение не допускается.

Глинистые грунты пригодны для обратных засыпок при условии, если их влажность не превышает границы раскатывания. Допускаются также мелкие и пылеватые пески. Отсыпка из жирных глин, меловых, тальковых грунтов и из трепела запрещается.

При выборе объектов для зимних работ следует ориентироваться на отсыпку несвязных и малосвязных грунтов, содержащих глинистые частицы от 3 до 12 %, которые по сравнению .о связными грунтами легко уплотняются и после оттаивания дают меньшие осадки. В настоящее время использование подземного пространства в современных крупных городах и мегаполисах вызывается целым рядом серьезных причин, наиболее общими из которых являются следующие: