Основание сечения траншеи. Классификация и строительные свойства грунтов

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.

Многие люди никогда не задумываются над тем, какой должна быть при выполнении земляных работ, независимо от их предназначения. А ведь строительство собственного дома без разработки земли практически немыслимо. Траншеи для ленточных фундаментов, или устройства дренажа – все эти земляные работы должны быть выполнены не только с учетом технологических требований тех конструкций, которые будут в них укладываться, но и с соблюдением норм техники безопасности. Как показывает практика, даже малейшее пренебрежение к соблюдению требований относительно ширины траншеи часто приводит к достаточно серьезным последствиям, избежать которых можно было достаточно просто.

Как чаще всего большинство из нас определяет, какой должна быть ? Что б было удобно работать внизу – именно этот ответ является самым распространенным. Да, ширина траншеи в её нижней части должна соответствовать этому требованию, поэтому она зависит от диаметра трубопровода, который будет укладываться в готовую траншею, а также способа укладки труб.

• Наружный диаметр трубопровода не превышает 700 мм, а укладка труб выполняется готовыми секциями. Оптимальная ширина траншеи в этом случае будет состоять из значения диаметра трубопровода, к которому прибавляется 300 мм. Помимо этого, существует минимальное ограничение ширины траншеи независимо от диаметра трубы, которая должна составлять не менее 700 мм;
• Если диаметр трубопровода, укладываемого секциями, превышает 700 мм, в нижней части должна быть увеличена на 1,5 значения диаметра трубы;
• Если трубопровод будет монтироваться отдельными трубами, диаметр которых не превышает 500 мм, ширина низа траншеи должны соответствовать сумме значения диаметра трубы и 500 мм — для стальных труб; диаметра + 600 мм – для труб из разных материалов, имеющих раструб; диаметр + 800 мм – для труб, соединяющихся с помощью фланцев или муфт.

Теперь вы знаете, как определить ширину траншеи, исходя из диаметра прокладываемого в ней трубопровода. Но зачастую этого мало. Дело в том, что ширина траншеи в верхней её части также зависит от вида грунта, в котором выполняются земляные работы.

Откосы траншеи

Каждый вид грунта имеет свои свойства, к которым относится и угол естественного обрушения. Эта официальная формулировка подразумевает, что при значительной глубине траншеи грунт может обрушиться в силу недостаточного сцепления его частиц, причем, зона обрушения для каждого вида грунта достаточно индивидуальна. Поэтому существует таблица, в которой указаны значения допустимой крутизны откосов траншеи для основных видов грунтов, при соблюдении которых риск обрушения грунта практически отсутствует. Воспользовавшись данной таблицей, в зависимости от её глубины и вида грунта, вы сможете определить оптимальную ширину траншеи в её верхней части.

Таблица допустимой крутизны откосов

Думаю, данная таблица требует некоторых пояснений. Угол откоса каждого вида грунта в данной таблице указывается относительно нижней горизонтальной поверхности траншеи, как показано на схеме. Помимо значения угла, также указывается соотношение высоты откоса к его горизонтальной проекции. Давайте в качестве примера рассмотрим ситуацию с насыпными грунтами, которые являются самыми опасными при выполнении земляных работ из-за низкой силы сцепления его частиц между собой.

При глубине траншеи 1,5 метра угол откоса траншеи согласно таблице должен составлять 56°. Расстояние от точки пересечения линии угла с поверхностью грунта до начала траншеи в данном случае составляет 1 метр, что соотносится как 1:0,67. Если глубину 1,5 метра умножить на 0,67, получим 1,005 метра. Именно на таком расстоянии должны начинаться откосы траншеи от её предполагаемых вертикальных стенок, в противном случае риск обрушения грунта очень велик, а это – не только потеря материалов или повторное выполнение земляных работ, но и угроза вашей жизни или жизни рабочих, работающих в траншее. (Обозначение на схеме: 1-грунт; 2-возможная зона обрушения, которая должна включаться в откос; 3-теоретический размер траншеи).

Как видно из таблицы, лучшими по показателям сцепления частиц грунта между собой являются глина, суглинок и мореный суглинок. Если на вашем участке именно такие грунты, вам в данном случае повезло. Если же у вас грунты подвижные, чтобы не превращать глубокие траншеи в котлованы, их вертикальные стенки нужно укреплять. Как это делается, я расскажу в следующем посте.

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

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

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.