Угол естественного откоса глинистого грунта

угла откоса при действии

Рис.17.26 — Схема сил,

действующих на частицу

и ,

где — объем пор в единице объема грунта; — удельный вес воды.

Силы, удерживающие рассматриваемый элемент грунта на поверхности откоса, будут

.

,

где — удельный вес грунта, облегченный весом вытесненной воды.

Для устойчивого откоса сдвигающие силы должны составлять некоторую долю от удерживающих сил:
, (17.32)
где — коэффициент устойчивости при скольжении частиц грунта.

. (17.33)
Если , то откос будет устойчивым.

Для применения метода оценки степени устойчивости склонов и откосов, а также для разработки и назначения наиболее эффективных противооползневых мероприятий необходимо знать форму проявления и возможность развития оползневого процесса, природную обстановку – климат, топографические особенности склона, геологическую структуру толщи склона, инженерно-геологические свойства пород, слагающих толщу, режим грунтовых вод, гидрологические особенности водотоков, омывающих склон.

На рис.17.27 приведены основные формы нарушения устойчивости и деформации склонов, а в табл.17.9 — классификация по характеру и скорости их деформации.

Рис.17.27 — Основные формы нарушения устойчивости и деформации склона: а – обвалы и вывалы; б – обрушение со срезом и вращением;

в – скольжение; г – покровные оползни; д – оплывы;

е – скол при просадке
Оползни всегда создавали много проблем для народного хозяйства Украины. В связи с увеличением техногенной нагрузки многие из них активизировались (происшествие на жилом массиве г.Днепропетровска, повлекшее человеческие жертвы, оползень в г.Киеве, из-за которого пришлось выселить жильцов из тринадцатиэтажного дома. Это подтверждает необходимость разработки надежных противооползневых конструкций. Значительные противооползневые работы проводятся по устройству многорядных ростверков и буронабивных свай длиной 20 м и диаметром 820-1020 мм на дороге Ялта-Севастополь, устройству подпорных стен с анкерным креплением оползней на территории санатория «Белоруссия» в Мисхоре, инженерных сооружений по сохранению парка и здания Ливадийского дворца.

Всякое перемещение массива грунта вызывает механическое нарушение его структуры, что, в свою очередь, создает предпосылки для изменений физико-механических свойств грунта.

Развитие оползневого процесса всегда связано с определенными причинами, которые приведены в табл.17.9.

Обвалы проявляются при внезапном обрушении откосов в скальных и полускальных породах при их значительной крутизне падением больших объемов породы, измеряемых миллионами кубометров.

Вывалы, в отличие от обвалов, характеризуются падением с той или иной высоты с поверхности откоса отдельных камней и блоков породы, отчлененных от скального массива трещинами.

Обрушение со срезом и вращением – это срез по некоторой поверхности смещения части грунтовой толщи, слагающей массив склона или откоса, в результате чего происходит дробление отколовшихся блоков или срез новых. Этот процесс наблюдается при перенапряжении грунтового массива и образовании в нем среза или скола определенной части толщи.

Скольжением является перемещение по наклонной плоскости скальных пород, при наличии в пластах глинистых, хлоритовых, тальковых и слюдистых сланцев. Имеет место смещение больших масс грунта, часто песка, подсыпаемого на наклонную поверхность без специальной предварительной обработки.

Покровные оползни проявляются в виде смещения некоторого массива грунта по склону под влиянием собственного веса и давления массы породы, лежащей выше по склону. Эти явления свойственны побережью Одессы и прибрежной полосе Южного Крыма.

Оплывы – это нарушение устойчивости песчаных и глинистых грунтов по склону при локальном переувлажнении, динамических нагрузках, при отливах на морском берегу, спаде паводка на реках.

Скол при просадке представляет собой нарушение устойчивости грунтов в основании при проявлении деформаций в виде пучения и выпора грунта в случае возведения высоких насыпей, в слабых грунтах, нарушении устойчивости откосов и склонов при водонасыщении береговых уступов из лессовидных грунтов и провалов в закарстованных районах.

Для определения устойчивого очертания откоса при минимальном объеме земляных работ производят расчеты, основанные на результатах инженерно-геологических изысканий и исследования грунтов, слагающих

Земляные сооружения, технологические свойства грунтов

Строительство зданий и сооружений начинается с возведения подземной части объектов и сопряжено с выполнением значительных объемов земляных работ.

Земляные работы относят к наиболее тяжелым и трудоемким видам строительных работ, выполняемым в сложных условиях и в значительной степени зависимым от природно-климатических факторов. Поэтому перед проектировщиками, технологами ставятся задачи разработки и реализации технологий, способствующих сокращению объемов земляных работ на строительной площадке.

Земляные работы выполняют различными методами, которые объединены в четыре группы:

• механические,
• гидравлические,
• взрывные,
• ручные.

Механическим методом перерабатывается грунта около 95 %, гидравлическим – около 2 %, взрывным – до 1 % всего объема земляных работ. Производство работ вручную даже в небольших объемах влияет на общие затраты труда, так как производительность ручного труда в 20…30 раз ниже механизированного.

Результатом выполнения земляных работ являются различного вида земляные сооружения, представляющие собой выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки. Выемку шириной до 3 м и имеющую длину, значительно превышающую ширину, называют траншеей. Выемку, длина которой не превышает десятикратной ее ширины, называют котлованом. Выемки под отдельно стоящие небольшие фундаменты или столбы называют ямами. Котлованы и траншеи имеют дно и боковые поверхности, наклонные откосы или вертикальные стенки.

Выемки, разрабатываемые для добычи недостающего для строительства грунта, называют резервами; а насыпи, в которые осуществляют отсыпку излишнего грунта, – кавальерами или отвалами. Места, где осуществляют разработку песка или других строительных материалов называют карьерами. Выемки, закрытые с поверхности земли и устраиваемые для прокладки туннелей называют подземными выработками.

Земляные сооружения разделяют:

• по отношению к поверхности грунта – выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки;
• по сроку службы – постоянные и временные;
• по геометрическим параметрам – глубокие, мелкие, протяженные и т.п.;
• по функциональному назначению – котлованы, траншеи, ямы, скважины, отвалы, плотины, дорожные полотна, туннели, планировочные площадки и т.п.

К временным земляным сооружениям относят выемки, разрабатываемые при возведении фундаментов зданий, для прокладки водопроводных, газовых и других сетей, насыпи для временных дорог и т.п. К постоянным относят сооружения, предназначенные для долгосрочной эксплуатации – земляные плотины, каналы, полотно дороги и т.п.

Земляные сооружения являются результатом процессов переработки грунта, основными из которых являются разработка грунта, его перемещение и укладка. В ряде случаев им предшествуют или сопутствуют подготовительные и вспомогательные процессы. Подготовительные процессы осуществляют до начала разработки грунта, а вспомогательные – до или в процессе возведения земляных сооружений. Весь этот комплекс процессов называют земляными работами.

Технологические свойства грунтов. В строительном производстве грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Свойства грунтов влияют на устойчивость земляных сооружений, трудоемкость разработки и стоимость работ. В зависимости от характеристик грунты влияют на оценку пригодности их в качестве оснований зданий и сооружений, размера допускаемой на них нагрузки, возможности их использования в качестве материала для устройства постоянных насыпей и выемок, а также выбора метода разработки грунтов.

Различают песчаные грунты – сыпучие в сухом состоянии, не обладают свойством пластичности. Они водопроницаемы. С изменением влажности меняется и объем песка. Наибольший объем имеет песок во влажном состоянии (все пространство между частицами заполнено водой). Наименьший объем имеет песок, насыщенный водой (песок осел на дно, вода выдавила из пор воздух и сама поднялась в верхние слои) Промежуточное положение занимает песок в сухом состоянии (свободное пространство между частицами заполнено воздухом). Пески подразделяют на: мелкий – более 50 % объема составляют частицы размером 0,1…0,25 мм; средний – более 50 % объема составляют частицы 0,25…0,5 мм; крупный – более 50 % объема составляют частицы 0,5…3 мм.

Важным компонентом большинства грунтов является наличие в них глинистых частиц. В песках глинистых частиц содержится менее 3 %; в супесях – 3…10 %, в суглинках – 10…30 %; в песчаных глинах – 30…60 %; в тяжелых глинах – более 60 %.

Глинистые грунты – связные и обладающие свойством пластичности. Глины впитывают воду в большом количестве и при этом сильно разбухают. При замерзании вода увеличивается в объеме до 9 %, и глинистые грунты сильно пучатся. При высыхании глины, наоборот, с трудом отдают влагу и трескаются.

Суглинок имеет свойства глины, супесь – песка, но в значительно меньшей степени.

Для выбора наиболее эффективного способа производства работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов – плотность, влажность, сцепление, удельное сопротивление резанию, разрыхляемость и угол естественного откоса.

Плотностью называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов 1,6…2,1 т/м3, а скальных неразрыхленных грунтов до 3,3 т/м3.

Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражают в процентах. При влажности более 30 % грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5 % – сухими.

Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу Так, сцепление для песчаных грунтов равно 3…50 кПа, для глинистых – 5…200 кПа.

Удельное сопротивление резанию зависит как от свойств разрабатываемого грунта, так и от конструктивного исполнения рабочего органа землеройного оборудования. С учетом этого в строительном производстве грунты по трудности их разработки классифицируют по группам (приведены в нормативных документах).

Для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяют на шесть, для многоковшовых экскаваторов и скреперов – две, для бульдозеров и грейдеров – три группы. При разработке грунтов вручную их делят на семь групп. Как при механизированной, так и при ручной разработке в состав первой группы входят легко разрабатываемые грунты, а в последнюю – трудно разрабатываемые.

Разрыхляемость – способность грунта увеличиваться в объеме в процессе его разработки, при этом плотность его уменьшается. Это называется первоначальным разрыхлением грунта и характеризуется коэффициентом разрыхления. Коэффициент Кр вычисляют как отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии (для песчаных Кр = 1,08…1,17, для суглинков Кр = 1,14…1,28, для глинистых грунтов Кр = 1,24…1,3).

В насыпи разрыхленный грунт под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, смачивания дождем и других внешних воздействий уплотняется. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление. Показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта Кор, значение которого для песчаных грунтов находится в пределах 1,01…1,025, суглинистых – 1,015…1,05, глинистых – 1,04…1,09.

Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоянии предельного равновесия. Для обеспечения устойчивости земляных сооружений (насыпей, выемок) их возводят с откосами. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса.

Крутизна откоса определяется отношением его высоты к заложению: h/а = 1/m,

где т – коэффициент откоса (приведены в нормативных документах); h – высота откоса; a – заложение откоса.

По условиям техники безопасности рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками (без их крепления) допускается только в грунтах естественной влажности на глубину, не превышающую следующих значений: в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах – 1 м; в супесях – 1,25 м; в суглинках и глинах – 1,5 м; в особо плотных нескальных грунтах – 2,0 м. При глубине больше указанной котлованы и траншеи разрабатывают с откосами или с креплением стенок.

К подготовительным и вспомогательным процессам, связанным с разработкой выемок и возведением насыпей, относятся разбивка земляных сооружений (рис. 1), водоотвод, водоотлив и понижение уровня грунтовых вод, временное крепление стенок выемок, искусственное закрепление грунтов, разрыхление плотных грунтов.

Рис. 1 — Схема разбивки котлованов и траншей: а) схема разбивки котлована; б) схема обноски; в) элементы обноски разового использования; г) инвентарная металлическая обноска; д) схема разбивки траншеи; I-I и II-II – главные оси здания; III-III – оси стен здания; 1 – границы котлована, 2 – обноска, 3 – проволока (причалка); 4 – отвесы; 5 – доска; 6 – гвоздь; 7 – стойка

Разбивка земляных сооружений. Разбивка состоит в установлении и закреплении положения сооружений на местности. Разбивку осуществляют с помощью геодезических инструментов и различных измерительных приспособлений.

Разбивку котлована начинают с выноса и закрепления на местности (в соответствии с проектом) створными знаками основных рабочих осей, в качестве которых обычно принимают главные оси здания I-I и II-II. Затем вокруг будущего котлована на расстоянии 2…3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливают обноску.

Обноска разового использования состоит из забитых в грунт металлических стоек или вкопанных деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Доска должна быть толщиной не менее 40 мм, иметь обрезную грань, обращенную кверху, и опираться не менее чем на три столбика. Более совершенной является инвентарная металлическая обноска, состоящая из металлических стоек и труб, укрепленных на стойках хомутами. Для пропуска транспортных средств в обноске должны быть разрывы. При значительном уклоне местности обноски делают с уступами.

На обноску переносят основные разбивочные оси и, начиная от них, размечают все остальные оси здания. Все оси закрепляют на обноске гвоздями или пропилами и нумеруют. На металлической обноске оси закрепляют краской. Размеры котлована поверху, понизу и другие характерные его точки отмечают забитыми в грунт хорошо видимыми колышками или вехами. После возведения подземной части здания основные разбивочные оси переносят на его цоколь.

Для линейно протяженных сооружений (например, для траншей) устраивают только поперечные обноски, которые располагают на прямых участках через 50 м, на закруглениях – через 20 м. Обноску устраивают также на всех пикетах и точках перелома профиля трассы.

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Условия работы каменнонабросных плотин

1. Устойчивость элементов плотины. Устойчивость откосов каменнонабросных плотин в случае скального основания будет обеспечена, если угол его наклона к горизонту меньше угла естественного откоса данной каменной наброски; в случае пескального основания может возникнуть опасная поверхность сдвига ABC, заглубленная в тело откоса и основание (рис. 4.3). В связи с этим устойчивость такого откоса (на нескальном основании) проверяют, например, по методу круглоцилиндрических поверхностей обрушения так же, как и общую устойчивость земляного откоса (см. § 2.15), причем используют соответствующие сдвиговые (прочностные) характеристики для каменной наброски и грунта основания. В результате такой проверки может возникнуть необходимость значительно уположить откос.

2. Устойчивость экрана на сдвиг по подэкрановому выравнивающему слою. Экран каменнонабросной плотины (см. ниже) располагается на выравнивающем слое, выполненном или сухой кладкой, или крупнообломочным грунтом (или мелким камнем). Коэффициент трения экрана по сухой кладке, а также коэффициент трения для каменной наброски значительно выше, чем коэффициент трения для крупнообломочного грунта. Поэтому в случае выравнивающего слоя из крупнообломочного грунта верховой откос плотины приходится делать положе, чем в случае выравнивающего слоя из сухой кладки, что влечет за собой увеличение объема плотины.Имея это в виду и учитывая, что кладка камня (в отличие от отсыпки и уплотнения крупнообломочного грунта) не поддается широкой механизации, в каждом конкретном случае приходится сопоставлять в техникоэкономическом отношении варианты выравнивающего слоя — из сухой кладки и крупнообломочного грунта (или мелкого камня).

3. Устойчивость низового клина каменнонабросной плотины с диафрагмой. Как видно из рис. 4.4, можно еще различать (дополнительно к сказанному выше) возможность сдвига каменнонабросного массива по плоскости АВ. Устойчивость указанного массива будет обеспечена, если

Элементарный анализ уравнения (4.1) показывает, что в случае глинистого основания устойчивость на сдвиг плотины по поверхности основания АВ будет обеспечена, если: при наличии экрана т. обеспечивает устойчивость откосов (такое значение пг нельзя допускать по соображениям устойчивости откоса, см. п. 1); при наличии диафрагмы тп (3,0. 4,0).

При глинистом основании низовой откос каменнонабросной плотины с диафрагмой приходится значительно уполаживать сравнительно с углом естественного откоса самой каменной наброски (с тем чтобы обеспечить устойчивость на сдвиг низового клина плотины по поверхности глинистого основания).

4. Деформации тела каменнонабросной плотины. Различают следующие деформации каменнонабросных плотин: вертикальные деформации (осадки) и горизонтальные (перемещения) каменной наброски плотины от берега в сторону русла и в сторону нижнего бьефа.

Горизонтальные перемещения гребня плотины в сторону нижнего бьефа, вызванные гидростатическим давлением, оценивают обычно в долях от величины вертикальных деформаций ДГР. Значения этих горизонтальных смещений принимают равными ДГР, 0,5 Дгр и т. п. (см. § 2.9). Основными факторами, вызывающими упомянутые деформации каменной наброски, являются: смятие выступающих углов отдельных камней, раздавливание и переупаковка (перемещение) их, выветривание и размокание камней, вдавливание (втапливание) в грунт основания. Раздавливание камней должно возникать в случае, когда максимальные напряжения, действующие в теле плотины (и отнесенные к контактам отдельных камней), оказываются большими предела прочности данной горной породы.

При сооружении высоких каменнонабросных плотин получают некоторую область каменной наброски (у подошвы плотин), где упомянутые выше напряжения оказываются столь большими, что под их действием происходит раздавливание всех камней; в этом случае осадки каменной наброски могут быть настолько большими, что будут способствовать расстройству диафрагмы или экрана. Чтобы уменьшить контактные напряжения и избавиться от указанных весьма больших осадок, можно применять или замыв нижних слоев каменной наброски песком, или возведение этих слоев из уплотненной так называемой горной массы, т. е. смеси камня с карьерной мелочью.

5. Дополнительные замечания. К сказанному выше приходится учитывать свойства некоторых горных пород выщелачиваться, а также терять свою механическую прочность в связи с намоканием камней (насыщением их водой) и их физическим выветриванием (обусловленным многократным замерзанием и оттаиванием их и т. п.). Эти обстоятельства могут способствовать существенному увеличению осадки плотины. Рассматривая каменную наброску, следует различать: несущую часть ее скелета (твердую фазу), через которую передаются напряжения, и свободный заполнитель, не входящий в состав несущей части скелета. Указанное увеличение осадки возникает в связи с деформациями только несущей части скелета.

Грунты и их технологические свойства. Определение объемов земляных работ.

Грунты – горные породы, которые располагаются на верхних слоях Земли. Бывают скальные и нескальные (крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные, почвенные). Существенное влияние на технологию земляных работ оказывают следующие свойства грунтов: плотность, сцепление, влажность, разрыхляемость, угол естественного откоса, просадочность, набухание, переод в плывунное состояние.

1.) плотность – масса 1м 3 грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность речных=1,5-2 т/м3, полускальных=до 2,5 т/м3, скальных=более 2,5 т/м3.

2.) сцепление определяется начальным сцеплением грунта сдвигу (ЕНиР Е2-1).

При разработке одноковшовым экскаватором грунты на 6 классов, при многоковшовом и скреперами на 2 группы, бульдозерами – 4 гр, при разработке вручную – 7 групп. Сцепление песчаных грунтов равно 3…50кПа, глинистых – 5…200кПа.

От плотности и сцепления зависит производительность машин.

3.) влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой, которую определяют отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражают в %.

Сухие грунты>5%, влажные от 5 до 30%, мокрые >30%.

4.)Разрыхляемость грунта: грунт, находящийся в естественном состоянии, разрыхляется в процессе его разработки, при этом объем грунта увеличивается, а плотность уменьшается. Это явление называется первоначальным разрыхлением грунта. Характеризуется коэффициентом первоначального разрыхления k_р. Он показывает увеличение объема грунта при разрыхлении. К_р=V_разр/V_ост*100%

Для песчаных грунтов он =1,08…1,17, для суглинков=1,14…1,28, глинистых грунтов=1,24…1,3.

Уложенный в насыпь разрыхленный грунт под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, смачивания дождем, движения транспорта уплотняется. Но грунт не занимает того объема, который занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления к_ор=V_упл/V_ест*100%. Он показывает отношение объема уплотненного грунта к естественному объему. (пески=1,01…1,025, суглинки=1,015…1,05, глины=1,04…1,09).

5.) угол естественного откоса — при нем грунт находится в состоянии предельного равновесия. (на него влияют угол внутреннего трения, сцепление и давление вышележащих слоев).

6.) просадочность грунта – характерна для лесса (при замачивании легко размокают).

7.) набухание – для глинистых грунтов (увеличение объема при замачивании)

8.) тиксотропность — способность грунта переходить из пластичного состояния в текучее под воздействием ударно-вибрачионной нагрузки.

9.) водопроницаемость – хар-ся коэффициентом фильтрации (л/сек, м/сут)

к_ф=10 -7 – у глинистых, к_ф=0,1 м/с у песчаных.

10) липкость – налипание грунта на режущий орган машин. Глинистые – ковши с зубьями, песчаные – со сплошной режущей кромкой.

11) мерзлое состояние

Определение объемов земляных работ:

1Определение объема срезки растительного слоя:

2Определение недобора грунта механизированным способом:

3Определение объема грунта вручную:

4Определение объема съезда:

где: h_к – глубина котлована, м;

В – ширина съезда, м;

m – коэффициент крутизны откоса;

m ’ – коэффициент крутизны откоса съезда, m ’ =6,67.

5Определение объема котлована, разрабатываемого экскаватором:

6Определение объема обратной засыпки грунта:

где: V_к – объем котлована, м 3 ;

V_п.ч.з. – объем подземной части здания, м 3 ;

k_p, k_о.р. – коэффициенты разрыхления и остаточного разрыхления соответственно

7Определение площади уплотнения грунта:

h_упл. – принятая толщина уплотняемого слоя, м; h_упл.=0,2÷0,5 м.

– общий объем работ V_об=V_{раст. слоя} +V_э +V мех пл-ка +V руч. пл-ка +V_о.з. +V_{уплотнения грунта}

Дата добавления: 2015-07-08 ; просмотров: 348 | Нарушение авторских прав

Оценка статьи:

Загрузка...