Водоотвод, водоотлив, водопонижение.
Водоотвод.
Необходим для отвода от выемок ливневых и сточных вод. Для этого обычно используют расположенные с напорной стороны водоотводящие канавы, ограждающие обвалования, лотки и дренажные системы открытые и закрытые (по типу дренажей мелкого заложения). Их устраивают с уклоном 0,002-0,003. Воду из этих водоотводящих устройств отводят в пониженные места, удаленные от возводимых и существующих сооружений или в систему ливневой канализации.
Водоотлив.
Применяется для отвода воды из котлованов строящихся зданий с помощью насосов.
Рис. 3.3. Схема водоотлива:
1 – котлован; 2 – приямок (тумпф); 3 – насос; 4 – всасывающий шланг с сеткой (фильтром); 5 – направление отведения воды.
Водопонижение.
Водопонижение применяется в глубоких котлованах (≥6 м), при высоком уровне грунтовых вод и сильном подпоре. Осуществляется с помощью иглофильтровальных установок (ИФУ), эрлифтов, гидроэлеваторов.
ИФУ. Применяются в котлованах с уровнем воды до 10 м, имеют производительность до 100 м3/час.
|
|
Рис. 3.4. Схема водопонижения с помощью ИФУ:
а) – разрез котлована с ИФУ; б) – схематичный план размещения ИФУ; 1 – иглофильтр; 2 – перфорированный наконечник; 3 – депрессионная кривая; 4 – водосборный коллектор (трубы или шланги); 5 – вихревой (вакуумный) насос; 6 – отвод воды.
В затопленных котлованах при уровне воды более 10 м применяется 2-х ярусное расположение ИФУ (2-й ярус – на дне котлована).
Эрлифты.
Эрлифт – воздушный водоподъемник. Применяется для затопленных котлованов с уровнем воды более 3 м.
Принцип работы: сжатый воздух или пар под давлением до 0,3 МПа нагнетается по газовой трубе в жидкостную трубу, где образуется эмульсия – смесь воздуха или газа с водой. Вода увлекается вверх пузырьками воздуха или газа.
Рис. 3.5. Схема водопонижения с помощью эрлифта:
1 – газовая труба; 2 – жидкостная труба; 3 – подача воздуха; 4 – вода в котловане; 5 – отведение эмульсии.
Гидроэлеваторы.
Тоже применяются для затопленных котлованов. Принцип работы: всасывает пульпу под действием вакуума, создаваемого протеканием струи воды с большой скоростью через отверстия смесительной камеры.
Производительность эрлифтов и гидроэлеваторов 5-20 м3/час.
Рис. 3.6. Схема водопонижения с помощью гидроэлеватора:
1 – всасывающий башмак; 2 – эжектор, создающий разряжение; 3 – пульпопровод; 4 – канат для опускания краном гидроэлеватора; 5 – трубопровод для воды; 6 – направление подачи воды; 7 – направление отвода пульпы.
Иногда возникает необходимость в закреплении грунтов с целью повышения их прочности и устойчивости или придания им водонепроницаемости. Для этого используют способы:
|
|
· закрепления грунтов инъекцией;
· термического закрепления;
· замораживания грунтов (в сложных гидрогеологических условиях).
Закрепление грунтов инъекцией.
Сущность метода заключается в пропитке пор и трещин грунтов и скальных пород раствором, который, затвердевая, повышает их прочность и водонепроницаемость. Раствор нагнетают через пробуренные скважины.
Виды инъектирования:
· цементация;
· глинизация;
· битумизация горячая (расплавленным битумом) и холодная (битумной эмульсией);
· силикатизация;
· смолизация высокомолекулярными смолами.
На рис. 3.7. приведен пример инъектирования методом цементации.
Рис. 3.7. Схема цементации:
1 – самоходная буровая установка; 2 – скважина; 3 – инъектор; 4 – цементационный агрегат; 5 – бункер для раствора; 6 – растворосмеситель.
Для цементации применяют специальные составы цементных, цементно-песчаных или цементно-глинистых тампонажных растворов с использованием портландцемента марки не ниже 300, а для глинизации – глиносиликатные и бентонитосиликатные растворы. Нагнетают указанные растворы диафрагмовыми (при давлении до 1,5 МПа) и специальными (при давлении до 10 МПа) насосами.
Битумизацию грунтов с нагнетанием горячего битума производят насосами в пробуренные скважины с помощью установленных в них инъекторов, обеспечивающих подогрев битума в стволе скважины. Битум нагнетают с постоянным увеличением давления, обычно в несколько циклов, с перерывами для остывания битума.
Силикатизацию и смолизацию грунтов производят путем нагнетания через систему инъекторов водных растворов силиката натрия или смолы с отвердителем. Этими способами закрепляют песчаные и просадочные грунты. В качестве инъекторов, погружаемых забивкой, используют стальные трубы.
Термическое закрепление грунтов осуществляют путем нагнетания в пробуренные скважины высокотемпературных газов. Способ применяют для упрочнения маловлажных просадочных грунтов. Максимальная температура в скважине не должна превышать 900-1000°С.
Замораживание грунтов.
Применяется в слабых неустойчивых водоносных грунтах и в трещиноватых горных породах. Способ замораживания повышает прочность и водонепроницаемость грунтов. Замораживание производится с помощью хладагента (чаще всего аммиак, реже фреон или жидкий азот) и хладоносителя.
Сущность способа:
· бурят скважины по контуру сооружения через 0,8-2 м;
· в скважины помещают замораживающие колонки;
· насосы прокачивают хладоноситель через колонки, при температуре – -20-40°С;
· производят замораживание грунтов;
· поддерживают замороженное состояние до окончания строительства.
Рис. 3.8. Схема замораживающей установки:
1 – компрессор с хладоносителем; сжатие хладагента до 1 МПа;
2 – трубопроводы;
3 – конденсатор со змеевиком; конденсирование хладагента;
4 – подача и отвод воды;
испарение хладагента, охлаждение хладоносителя до темпер. -20-40°С с постоянным перемешиванием; |
5 – растворомешалка;
6 –бак растворомешалки;
7 – хладоноситель;
8 – испаритель;
9 – распределитель хладоносителя;
10 – замораживающие колонки; замораживание грунта;
11 – скважины;
12 – циркуляционный насос.
Не надо путать хладагент и хладоноситель. В качестве хладоносителей применяют соли (рассолы):
· хлористого кальция;
· хлористого магния.
Иногда применяется безрассольный способ (например, оперативно, при внезапных прорывах воды).
Рис. 3.9. Схема замораживания грунтов безрассольным способом:
1 – замораживающие колонки; 2 – заглушка скважины; 3 – подача жидкого азота (t°=-195,7°C); 4 – отвод азота в атмосферу (t°=-40-60°C).
Глава 4. Производство земляных работ.
4.1. Общие положения.
Возведение автодорог, зданий и сооружений и прокладка инженерных коммуникаций обычно сопряжены с необходимостью выполнения больших объемов земляных работ.
|
|
Земляными называются работы по разработке грунта в выемках, его транспортирование (перемещение) и укладка в насыпи. Эти работы относятся к наиболее трудоёмким и тяжёлым строительным работам, выполняемым в сложных условиях, в значительной степени зависимым от природно-климатических факторов, характеристик грунта, плотности застройки и т.д. Сложность и трудоёмкость производства земляных работ может возрастать в условиях реконструкции подземных частей зданий и сооружений.
Основными элементами комплексного технологического процесса производства земляных работ, заслуживающими повышенного внимания являются:
· конструкция и геометрические параметры земляного сооружения;
· состав технологического процесса и входящие в него операции;
· комплект машин, их технические, технологические и экономические параметры;
· продолжительность и трудоёмкость выполнения этих работ.
· месторасположение строительного объекта.
Для производства земляных работ в строительстве используют 5 основных способов:
· механический;
· гидромеханический;
· взрывной;
· ручной;
· комбинированный.
Преобладающим среди этих способов является механический, с использованием различных машин и механизмов.
4.2. Строительная классификация грунтов.
Грунты подразделяются на 2 типа:
· скальные;
· нескальные, которые в свою очередь делятся на:
· крупнообломочные;
· песчаные;
· глинистые.
Скальные грунты состоят из сплошных или трещиноватых массивов горных пород. Они практически несжимаемы, водоустойчивы, являются хорошим основанием, разрабатываются преимущественно взрывным способом.
Крупнообломочные грунты в зависимости от величины обломков и степени их окатанности подразделяют на:
· щебенистые;
· гравийные (окатанные).
Щебень – остроугольные обломки скальных пород размером от 20 до 200 мм. Такие же обломки до 20 мм называются дресвой.
Окатанные обломки:
|
|
· от 3 до 40 мм – гравий;
· от 40 до 200 мм – галька;
· свыше 200 мм – валуны.
Крупнообломочные грунты достаточно прочны, но водопроницаемы.
Песчаные грунты – это мелкозернистые грунты (до 3 мм) с содержанием глинистых частиц до 3%. Водопроницаемы, но малосжимаемы, поэтому являются хорошим основанием при условии, что они не размываются (не плывуны).
Глинистые грунты разделяют на:
· супесь (от 3 до 10% глинистых частиц);
· суглинок (от 10 до 30 % глинистых частиц);
· глина (свыше 30 % глинистых частиц).
В сухом состоянии они являются хорошим основанием, но при увлажнении увеличиваются или уменьшаются (лёсс) в объёмах; увеличивается их пластичность (снижается несущая способность), а при замораживании возникают силы морозного пучения.
По степени влагосодержания различают грунты:
· сухие (содержание воды до 5%);
· влажные (от 5 до 30%);
· мокрые или переувлажнённые (более 30%).
Немаловажной характеристикой грунтов, которую необходимо учитывать при проектировании земляных работ, является объёмная масса, т.е. масса единицы объёма грунта. Например, для песчаных грунтов в природном состоянии γоб. =1,6 -1,7 т/м3, для глинистых γоб. =1,7-2,0 т/м3, для скальных γоб. = до 3 т/м3.
По трудности разработки грунты делятся на группы. Эта дифференциация приведена в ЕНиР 2-1.
4.3. Земляные сооружения.
Земляные сооружения делятся на постоянные (плотины, каналы, полотна дорог и др.) и временные (выемки – котлованы и ямы и насыпи – временные дороги и плотины).
Существует и более подробная классификация земляных сооружений:
· котлован – временная профильная выемка для возведения подземных сооружений или части надземных;
· траншея – линейно протяженная профильная выемка для строительства ленточных фундаментов или прокладки инженерных сетей;
· карьер – непрофильная выемка для добычи открытым способом полезных ископаемых и грунта;
· резерв – непрофильная линейно протяжённая выемка из которой берут грунт для возведения насыпей;
· отвал – непрофильная насыпь, предназначенная для складирования грунта;
· кавальер – непрофильная постоянная линейная насыпь грунта вдоль протяженной профильной выемки (канала, дороги);
· кювет – профильная протяженная выемка, предназначенная для сбора и отвода воды от линейного сооружения (обычно вдоль дороги; разновидность – дренажная канава).
Рис.4.1 Виды земляных сооружений;
а) – выемка с вертикальными стенками; б) – выемка с откосами; в) – постоянная выемка полного профиля; г) – сечение подземных выемок; д) – профиль временной насыпи; е) – профиль постоянной насыпи; 1 – дно выемки; 2 – откос или стенка; 3 – бровка откоса; 4 – основание откоса; 5 – берма; 6 – банкет; 7 – нагорная канава; а – диаметр подземной выработки; b – ширина выемки или насыпи понизу; b1 – ширина подземной насыпи или выемки поверху; b2 – ширина подземной выработки; с – заложение (проекция) откоса; h – глубина выемки; h1 – высота насыпи; h2 – высота подземной выработки.
Грунты разрабатываются землеройно-транспортными и землеройными машинами.
Землеройно-транспортными называются машины, разрабатывающие и перемещающие грунт на определенное расстояние. К ним относятся машины:
· бульдозер;
· скрепер;
· автогрейдер.
Землеройные машины – это в основном экскаваторы различных типов.