Откосы в траншее глубиной более 1м. Классификация и строительные свойства грунтов

В зависимости от поставленных задач классифицировать грунты можно по-разному. Встречаются общие, частные, отраслевые и региональные классификации грунтов. Нас интересует больше всего строительная классификация грунтов

Строительная классификация грунтов

  • скальный грунт (сцементированный или кристаллизационный);
  • нескальный грунт (несцементированный).

К первой группе относятся магматические, метаморфические, осадочные, искусственныегрунты. Для них характерны водоустойчивость, прочность при сжатии. Породы нескальных грунтов отличаются раздробленностью и дисперсностью. Соответственно, скальные грунты - трудноподдающиеся дроблению, а нескальные с легкостью можно обрабатывать. В зависимости от содержания частиц песка, пыли, глины и др. несцементированный грунт может называться следующим образом: песок, супесь (супесок), суглинок, глина (см. табл. 1).

Примечание. Прочерк означает, что параметр не нормируется.

Строительные свойства грунтов

Особенности грунтов обусловлены составом, взаимоотношением и взаимодействием составляющих породы. Характеризовать грунты можно по физико-механическим признакам, магнитным, электрическим, водным и др. Нас интересуют строительные свойства грунтов, а это в большей степени физико-механические особенности: полагаясь на них, специалисты производят все расчеты при строительно-монтажных работах, выбирают технологию разработки почвы. Эти характеристики грунта определяют физическое состояние почвы и состояния, которые возникают в результате каких-либо воздействий на грунт. Итак, строительные свойства грунтов:

  • плотность;
  • влажность;
  • сцепление;
  • разрыхляемость;
  • угол естественного откоса;
  • удельное сопротивление резанию;
  • водоудерживающая способность.

Плотность - масса единицы объема грунта, выражается в кг/м 3 или т/м 3 . Плотность несцементированных пород может достигать 2,1 т/м 3 , скальных - 3,1 т/м 3 .

Влажность характеризуется отношением массы воды в почве к массе сухой почвы. Если процент влажности не превышает 5%, такой грунт называют сухим, от 5 до 15% - маловлажным, от 15 до 30% -влажным, выше 30% - мокрым. Чем выше влажность грунта, тем труднее его разрабатывать. Исключение - глина, т.к. ее обрабатывать в сухом виде наоборот сложнее, но при большой влажности этот процесс затрудняется из-за липкости.

Еще одно важное свойство грунтов - сцепление. Оно характеризует структурные связи и то, как грунт сопротивляется сдвигу. Сила сцепления песчаных пород составляет 0,03-0,05 МПа, глинистых - 0,05-0,3 МПа. Для мерзлых почв характерно значительно большее сцепление.

Когда разрабатывают породу, она увеличивается в объеме, это строительное свойство грунта называется разрыхляемостью. Различают первоначальную разрыхляемость К p и остаточную К ор (показывает, насколько грунт уменьшается в объеме после уплотнения). Показатели разрыхления приведены в таблице 2. Следует помнить, что естественное уплотнение протекает неравномерно, из-за чего могут появиться просадки. Чтобы избежать таких изъянов, грунт нужно утрамбовывать спецмашинами.

Согласно требованиям техники безопасности рыть котлованы и траншеи в большинстве случаев нужно с откосами и креплениями. Угол внутреннего трения, сила сцепления и давление почв, которые лежат сверху, влияют на величину углаестественного откоса. Если сила сцепления отсутствует, предельный угол совпадает с углом трения. Крутизна откоса обусловлена углом естественного откоса а (при условии, что грунт находится в предельном равновесии) (рис.1).

H/A=l/т, где т - коэффициент заложения.

Рис.1. Крутизна откоса

В табл. 3 можно ознакомиться с величинами крутизны откосов для временных земляных сооружений. Когда глубина выемки достигает 5 и более метров, крутизну откосов устанавливают проектом.

Классификация грунтов по удельному сопротивлению резаниюпредставлена в ЕНиР 2-1-1. Она основывается на свойствах грунтов и особенностях землеройной и землеройно-транспортной техники, которая участвует в разработке почвы. Выделяют 6 групп для экскаваторов с одним ковшом, 2 группы - для многоковшовых экскаваторов и скреперов, 3 группы - для грейдеров и бульдозеров, 7 групп - для разработки почвы без применения техники. Грунты первых четырех групп с легкостью обрабатываются как вручную, так и благодаря машинам, а грунты из последующих групп необходимо предварительно рыхлить иногда даже с применением взрывного способа.

Немаловажное свойство грунта, которое влияет на процесс обработки почвы, - этоводоудерживающая способность (способность грунта удерживать в своем составе воду). Для глины характерна высокая сопротивляемость прониканию воды (недренирующий грунт), для песка - низкая (дренирующий грунт). Водоудерживающаяспособность характеризуется коэффициентом фильтрации К, это значение может колебаться от 1 до 150 м/сут.

По своему строению грунты можно разделить на сцементированные и несцементированные.

Скальные (сцементированные) грунты состоят из каменных горных пород, с трудом поддающихся разработке взрыванием или дроблением клиньями, отбойными молотками и другими механизмами. Скелет несцементированных грунтов обычно состоит из песчаных, пылеватых и глинистых частиц, в зависимости от содержания которых грунты называются: песок, супесь, суглинок, глина (табл. 1).

В зависимости от содержания глинистых частиц глину называют тощей или жирной, в зависимости от трудоемкости разработки - легкой или тяжелой. Особо трудоемкая для разработки глина называется ломовой.

Таблица 1: Параметры и классификация грунтов

* прочерк означает, что параметр не нормируется.

К основным свойствам грунтов, влияющим на технологию и трудоемкость их разработки, относятся плотность, влажность, сцепление, разрыхляемость, угол естественного откоса, удельное сопротивление резанию, водоудерживающая способность.

Плотностью называется масса 1 м 3 грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность несцементированных грунтов 1,2...2,1 m/м3 , скальных - до 3,3 m/м3 .

Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой и определяется отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта, выражается в процентах. При влажности более 30 % грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5 % - сухими. Чем выше влажность грунта, тем выше трудоемкость его разработки. Исключение составляет глина - сухую глину разрабатывать труднее. Однако при значительной влажности у глинистых грунтов появляется липкость, которая усложняет их разработку.

Сцепление - сопротивление грунта сдвигу. Сила сцепления для песчаных грунтов составляет 3... 50 кПа, для глинистых - 5...200 кПа.

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 последней - самые трудно разрабатываемые.

Грунт при разработке разрыхляется и увеличивается в объеме. Это явление, называемое первоначальным разрыхлением грунта, характеризуется коэффициентом первоначального рыхления К p , который представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии. Уложенный в насыпь разрыхленный грунт уплотняется под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, движения транспорта, смачивания дождем и т.д.

Однако грунт длительное время не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта К op .

Степень первоначального и остаточного разрыхления грунтов приведена в табл. 2. Для обеспечения устойчивости земляных сооружений их возводят с откосами, крутизна которых характеризуется отношением высоты к заложению (рис.1)

т - коэффициент заложения.

Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса б, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия.

Рис.1. Крутизна откоса

Таблица 2: Показатели разрыхления грунтов

Наименования грунтов Первоначальное увеличение объема грунта после разработки, % Остаточное разрыхление грунта, %
Глина ломовая 28...32 6...9
Гравийно-галечные 16...20 5...8
Растительный 20...25 3...4
Лесс мягкий 18...24 3...6
Лесс твердый 24...30 4...7
Песок 10...15 2...5
Скальные 45...50 20...30
Солончак и солонец
мягкий 20...26 3...6
твердый 28...32 5...9
Суглинок
легкий и лессовидный 18...24 3...6
тяжелый 24...30 5...8
Супесь 12...17 3...5
Торф 24...30 8...10
Чернозем и каштановый 22...28 5...7

Нормативные значения крутизны откосов для временных земляных сооружений приведены в табл. 3. При глубине выемки более 5 м крутизна откосов устанавливается проектом. Откосы постоянных сооружений делаются более пологими, чем откосы временных сооружений, и бывают не менее, чем 1:1,5.

Водоудерживающая способность или сопротивляемость грунта прониканию воды очень высока у глинистых грунтов и низка у песчаных. По этой причине последние называются дренирующими, т.е. хорошо пропускающими воду, а первые - недренирующими.

Дренирующая способность грунтов характеризуется коэффициентом фильтрации К, равным 1...150 м/сут.

Таблица 3: Крутизна откосов в зависимости от вида грунта и глубины выемки

Иногда конструктору приходится чертить план котлована, на самом деле это самый простой чертеж – с минимумом линий и обозначений. Сейчас разберем на примере, как начертить котлован.

Откосы котлована

Начнем с откосов. Вертикальные откосы нормами допускаются очень редко (при глубине котлована менее 1,5 м для отдельных типов грунтов). Для разных типов грунта нормируется разный уклон, который напрямую связан с углом внутреннего трения. Вообще что представляет собой угол внутреннего трения? Если грубо, то кучка грунта, насыпанная конусом под углом внутреннего трения, не будет стремиться осыпаться – грунт держит сам себя. Если угол конуса попытаться сделать круче, то грунт «поедет», это чревато обрушением, а в случае котлована обрушение означает возможные человеческие жертвы.

Если вы не ограничены в плане габаритами участка, существующими сооружениями и коммуникациями, можете смело делать откосы котлована под углом 45 градусов – этот угол почти всегда допустим (кроме насыпных грунтов). Более пологие углы не рациональны – и места по площади много занимают, и работы для экскавации больше. Более крутые углы нужно проверять в литературе (допустимы ли они для данного типа грунта).

Ниже дана таблица из СНиП III-4-80 «Техника безопасности в строительстве» (в России он заменен на более новый).

Отношение 1:1 – это и есть 45 градусов (когда ширина откоса в плане равна глубине котлована). Отношение 1:05 – более крутой откос под 60 градусов (когда глубина котлована в два раза больше, чем ширина откоса в плане), отношение 1:1,25 – более пологий (для насыпных неуплотненных грунтов при глубине котлована 5 м и более).


Помните, если участок, на котором вы проектируете фундамент, стесненный какими-то обстоятельствами, всегда перед началом проектирования нужно продумать процесс производства земляных работ, чтобы потом не оказалось, что дом вообще не могут построить.

Пример 1 . Самый простой случай. Участок ровный, абсолютная отметка существующего грунта 51,30. За отметку 0,000 в проекте условно принята отметка 52,07. Отметка низа фундаментной плиты -3,000. Под плитой предусмотрена подготовка из бетона толщиной 100 мм. Площадка строительства ничем не стеснена, грунт – суглинок.

Кстати, обратите внимание, абсолютные отметки обычно указываются с двумя знаками после запятой, а относительные – с тремя.

Определим абсолютную отметку низа фундаментной плиты: 52,07 – 3,0 = 49,07 м.

Определим абсолютную отметку дна котлована (низа подготовки): 49,07 – 0,1 = 48,97 м.

Глубина котлована: 51,30 – 48,97 = 2,33 м.

Принимаем наиболее удобный угол откоса котлована – 45 градусов.

Пошаговая инструкция к выполнению чертежа котлована:

1. Наносим сетку из крайних осей и контур фундамента котлована.

2. Отступаем от контура фундамента наружу 100 мм, получаем тем самым контур подготовки.

3. Отступаем от контура подготовки наружу 500 мм – допустимый минимум до начала откоса, оговоренный нормами (раньше он был 300 мм). Это будет линия контура дна котлована.

4. Отступаем от контура дна котлована 2,33 м (глубину котлована) – т.к. откосы под углом 45 градусов, то размер откосов в плане равен глубине котлована. Это будет линия верха откоса. Наносим по ней условное обозначение для откосов в виде чередующихся коротких и длинных черточек, перпендикулярных контуру.


5. Удаляем все лишние линии (фундамент, контур подготовки), наносим отметку дна котлована и отметку существующей земли.

6. Наносим недостающие размеры – привязку углов котлована к осям.

7. Добавляем примечание о соответствии относительных отметок абсолютным.

8. По желанию делаем разрез (обозначаем на нем отметки и уклоны откосов).



Въезд в котлован разрабатывать не нужно, это забота ПОС (проект организации строительства), т.е. отдельные деньги.

Пример 2 . Тот же котлован, только грунт с уклоном в одном направлении (абсолютные отметки существующей земли показаны на рисунке ниже). За отметку 0,000 в проекте условно принята отметка 52,07. Отметка низа фундаментной плиты -3,000. Под плитой предусмотрена подготовка из бетона толщиной 100 мм. Грунт – суглинок, откосы требуется сделать максимально крутыми.


Итак, у нас перепад грунта в одном направлении – от 53,50 до 51,70 м, при этом на съемке отметки указаны в конкретных точках на плане.

В такой ситуации проще начать с разреза котлована.

Переведем имеющиеся у нас абсолютные отметки в относительные.

Абсолютная отметка 53,50 м соответствует относительной 53,50 – 52,07 = 1,430 м.

Абсолютная отметка 51,70 м соответствует относительной 51,70 – 52,07 = -0,370 м.

Отметка дна котлована равна -3,100 м.

Проще всего посмотреть алгоритм построения котлована будет на видео.

Как видите, все не так уж сложно. А чертеж в итоге будет выглядеть вот так.

В результате выполнения земляных работ создаются земляные сооружения, которые классифицируются по ряду признаков.

По назначению и длительности эксплуатации земляные сооружения подразделяются на постоянные и временные.

Постоянные сооружения предназначены для длительного использования. К ним относятся каналы, плотины, дамбы, спланированные площадки для жилых кварталов, комплексов промышленных сооружений, стадионов, аэродромов, выемки и насыпи земляного полотна дорог, устройства водоемов и др.

Временными земляными сооружениями являются те, которые возводятся лишь на период строительства. Они предназначаются для размещения технических средств и выполнения строительно-монтажных работ по возведению фундаментов и подземных частей зданий, прокладки подземных коммуникаций и др.

Временная выемка, имеющая ширину до 3 м и длину, значительно превышающую ширину называется траншеей. Выемка, длина которой равна ширине или не превышает десятикратной ее величины, называется котлованом. Котлованы и траншеи имеют дно и боковые поверхности, наклонные откосы или вертикальные стенки.

Разделение земляных сооружений на постоянные и временные необходимо, так как к ним предъявляются различные требования в отношении устойчивости откосов, тщательности их уплотнения и отделки, обеспечение водонепроницаемости тела выемки.

По расположению земляных сооружений относительно поверхности земли различаются: выемки – углубления, образуемые разработкой грунта ниже уровня поверхности; насыпи – возвышения на поверхности, возводимые отсыпкой ранее разработанного грунта; кавальеры – насыпи, образуемые при отсыпке ненужного грунта, а также для временного хранения грунта, обратной засыпки траншей и фундаментов.

Наиболее характерные профили и элементы земляных сооружений представлены на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Виды земляных сооружений:

I – поперечный профиль выемок: а – траншея прямоугольного профиля;

б – котлован (траншея) трапецеидальной формы;

в – профиль постоянной выемки; 1 – бровка откоса; 2 – откос; 3 – берма;

4 – Основание откоса; 5 – дно выемки; 6 – банкет;

7 – Нагорная канава; II – сечение подземных выработок;

г – круглой; д – прямоугольной; III - профили насыпи;

е – временной насыпи; ж – постоянной; IV – обратная засыпка;

з – пазух котлована; и – траншеи

Временные выемки, закрытые с поверхности и устраиваемые для сооружения транспортных и коммунальных тоннелей и других целей, называются подземными выработками.

После устройства подземных частей зданий грунт из отвала (кавальера) укладывается в так называемые «пазухи» – пространства между боковой поверхностью сооружения и откосов котлована (траншеи). Если отсыпка грунта из отвала используется для полного закрытия подземной части здания или коммуникаций, называется обратной засыпкой.

Соответствие назначению и надежность в эксплуатации земляных сооружений обеспечивается соблюдением комплекса требований при проектировании и строительстве. Все земляные сооружения должны быть устойчивыми, прочными, способными воспринимать расчетные нагрузки, противостоять климатическим воздействиям (атмосферные осадки, отрицательные температуры, выветривание и т. д.), иметь конфигурацию и размеры в соответствии с проектом и сохранять их в период эксплуатации. Требования, предъявляемые в конкретных условиях к земляным сооружениям, устанавливаются проектом в соответствии с нормами строительного проектирования.

Определение объёмов разрабатываемого грунта

Для основных производственных процессов объёмы разрабатываемого грунта определяют в кубических метрах в плотном теле. Для некоторых подготовительных и вспомогательных процессов (пропашка поверхности, планировка откосов и т.п.) объемы определяют в квадратных метрах поверхности.

Подсчет объемов разрабатываемого грунта сводится к определению объемов различных геометрических фигур, определяющих форму того или иного земляного сооружения. При этом допускается, что объем грунта ограничен плоскостями и отдельные неровности не влияют на точность расчета.

В практике промышленного и гражданского строительства приходится главным образом рассчитывать объемы котлованов, траншей (и других протяженных сооружений) и объемы выемок и насыпей при вертикальной планировке площадок.

Определение объемов при разработке котлованов и траншей

Котлован представляет собой с геометрической точки зрения обелиск (рис.3.12), объем которого V подсчитывают по формуле: V =H / (2a+a1)b + (2a1+a)b1/6,

где H – глубина котлована, вычисленная как разность между средней арифметической отметкой верха котлована по углам (отметки местности на участке планировочной насыпи и проектной на участке планировочной выемки) и отметкой дна котлована; а, b - длины сторон котлована (принимают равными размерам нижней части фундамента у основания с рабочим зазором около 0,5 м с каждой стороны), a = а" + 0,5·2, b = b" + 0,5·2; а", b" -размеры нижней части фундамента; a1, b1 - длины сторон котлована поверху, а1 = а + 2H·m; b1 = 2H·m; m – коэффициент откоса (нормативная величина по СНиП).


Рис.3.12. Определение объема котлована:

а – геометрическая схема определения объема котлована; б – разрез котлована постоянного (откос 1:2) и временного (откос 1:1); 1 – объем выемки; 2 – объем засыпки

Для определения объема обратной засыпки пазух котлована, когда объем его известен, нужно из объема котлована вычесть объем подземной части сооружения Vоб.з = V -(а"·b")·Н.

При расчете объемов траншей и других линейно-протяженных сооружений в составе их проектов должны быть представлены продольные и поперечные профили. Продольный профиль разделяют на участки между точками перелома по дну траншеи и дневной поверхности. Для каждого такого участка объем траншеи вычисляют отдельно, после чего их суммируют. Траншея, протяженная выемка и насыпь на участке между пунктами 1 и 2 представляют собой трапецеидальный призматоид (рис.3.13), объем которого может быть определен приближенно:

V1-2 = (F1+F2) L1-2/2 (завышенный),

V1-2 = Fср L1-2 (заниженный),

где F1, F2 – площади поперечного сечения в соответствующих пунктах продольного профиля, определяемые как F = aH + H2m; Fср – площадь поперечного сечения на середине расстояния между пунктами 1 и 2.


Рис. 3.13. Схема определения объема траншеи

Более точное значение объема призматоида находят по формулам:

V1-2 = Fср + L1-2,

V1-2 = L1-2.

Подсчет объемов планировочных работ производят или способом треугольных призм, или по средней отметке квадратов.

При первом способе планируемый участок разбивают на квадраты со стороной (в зависимости от рельефа местности) 25-100 м; квадраты делят на треугольники, в вершинах которых выписывают рабочие отметки планировки (рис.3.14, а ).

Если отметки (Н1, Н2, Н3) имеют одинаковый знак (выемка или насыпь),

объем каждой призмы (рис. 3.14, б) определяют по формуле:

V= a²/6·(H1 +H2 +H3).

При разных знаках рабочих отметок (рис. 3.14, в) подсчет по этой формуле дает суммарный объем насыпки и выемки; раздельные объемы могут быть получены путем вычитания объема пирамиды ABCD из общего объема призмы ADHYGE.

Рис. 3.14. Схема подсчета объемов

земляных работ способом

треугольных призм:


а - разбивка участка (цифры в кружках – номера призм; цифры на пере-

сечении линий – рабочие отметки);

б - треугольная призма при рабочих

отметках одного знака; в - тоже при разнозначных отметках

По методу средней отметки

квадратов подсчет планировочных объемов производят, пользуясь планом с горизонталями через 0,25–0,5 м для равнинной и 0,5–1 м для горной местности.

На план наносят сетку квадратов со стороной 10–50 м и линии границ насыпей и выемок. Объем планировки каждого квадрата подсчитывается, исходя из средних по квадрату рабочих отметок планировки.

Объем насыпей и выемок линейных сооружений (дороги, каналы) на прямолинйных участках сооружения определяется обычно по вспомогательным таблицам.

Для сооружений с криволинейной осью (рис. 3.15) можно пользоваться формулой Гюльдена: V = (F ⋅π⋅ r ⋅α)/180º;

где V -объем земляного сооружения, м3, F - площадь сечения поперечника, м2,

r - радиус кривизны оси тела земляного сооружения, м, α- центральный угол

поворота крайних профилей, ограничивающих криволинейный участок, град .

Подсчет объема земляных конусов у искусственных сооружений производится:

При одинаковой крутизне откоса земляного полотна и откоса конуса – по формуле:

V= π H/24;

где V1 – объем обоих конусов, м3, Н - высота насыпи в сечении по обрезу фундамента, м, b – ширина полотна, м, b1 – ширина устоя, м, m – показатель откоса

земляного полотна и конусов,


Рис. 3.15. Линейное земляное сооружение с Рис.3.16. Откосы земляного полотна

Криволинейной осью у мостовых конусов.

При разной крутизне откоса земляного полотна и откоса конуса (рис. 3.16)

– по формуле: V 1 = π H/6 · [ 3(b- b1)/2 · (x- α) +1,5·(b- b1)/2 · nH +1,5(x- α)·mH+ mnH ² ;

где n – показатель откоса конуса, x – полная величина захода земляного полот-

на на устой на уровне бровки, м, α - величина захода прямолинейной части

земляного полотна, м .