Процессы возведения земляных сооружений систематически контролируют, проверяя:
- положение выемок и насыпей в пространстве (в плане и высотное);
- геометрические размеры земляных сооружений;
- свойства грунтов, залегающих в основании сооружений;
- свойства грунтов, используемых для устройства насыпных сооружений;
- качество укладки грунта в насыпи и обратные засыпки (характеристики уложенных и уплотненных грунтов).
Постоянный контроль за качеством производства работ осуществляют инженерно-технические работники, операционный контроль производят с привлечением представителей геодезической службы и строительной лаборатории.
При контроле положения в пространстве и размеров сооружений проверяют: расположение на плане земляных сооружений и их размеры; отметки бровок и дна выемок; отметки верха насыпей с учетом запаса на осадку; отметки спланированных поверхностей; уклоны откосов выемок и насыпей. Данный контроль осуществляют с помощью геодезических приборов, а также простейших инструментов и приспособлений - строительных уровней, рулеток, метров, отвесов, шаблонов, откосников, мерных реек, наборов визирок и вешек.
Оценку свойств грунтов в основаниях сооружений, карьерах (резервах), насыпях и обратных засыпках проводят для установления соответствия их ранее принятым в процессе проектирования сооружений и оснований под ними. Оценку основных свойств проводят, как правило, на пробах, взятых из массивов грунтов естественного залегания или уложенных и уплотненных.
Особенность разработки грунта в мерзлом состоянии заключается в том, что при замерзании грунта механическая прочность его возрастает, а разработка затрудняется. Зимой значительно возрастает трудоемкость разработки грунта (ручных работ в 4...7 раз, механизированных в 3...5 раз), ограничивается применение некоторых механизмов - экскаваторов, бульдозеров, скреперов, грейдеров, в то же время выемки зимой можно выполнять без откосов. Вода, с которой много неприятностей в теплое время года, в замерзшем состоянии становится союзником строителей. Иногда отпадает необходимость в шпунтовых ограждениях, практически всегда в водоотливе. В зависимости от конкретных местных условий используют следующие методы разработки грунта:
предохранение грунта от промерзания с последующей разработкой обычными методами;
оттаивание грунта с разработкой его в талом состоянии;
разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением;
непосредственная разработка мерзлого грунта.
Для создания устойчивых, надежных и прочных земляных сооружений укладываемый грунт необходимо уплотнять. Укладку и уплотнение грунтов выполняют при планировочных работах, возведении различных насыпей, обратных засыпках траншей и пазух котлованов. Уплотняют грунт обычно послойно, по мере его поступления.
Насыпи возводят горизонтальными слоями с последующим уплотнением. Нижние слои могут отсыпаться из плотных глин, а верхние только из дренирующих песчаных грунтов.
Коэффициент уплотнения грунта 0,95...0,98 является оптимальным и обеспечивает достаточную прочность всего сооружения, при этом возможная со временем осадка грунта будет незначительной. В этой связи оптимальная влажность укладываемого песчаного грунта должна быть в пределах 8... 12%, а глинистых грунтов - 19...23%; такая влажность обеспечивает хороший эффект при уплотнении грунтов. В сухую, жаркую погоду грунты перед уплотнением целесообразно пролить водой.
Различают следующие способы уплотнения грунтов: укатывание, трамбование, вибрация. Для уплотнения связных и малосвязных грунтов (суглинков, супесей) применяется способ укатки. Несвязные грунты (песчаные, гравелистые, галечные) рекомендуется уплотнять трамбованием и вибрацией.
Машины для уплотнения грунтов подразделяет на следующие группы: катки статического действия с гладкими, кулачковыми и вибровальцами, с пневматическими шинами; трамбующие машины с вальцами, с падающим грузом, с трамбующими плитами, с виброплитами.
Катки гладкие и с ребристыми вальцами уплотняют грунт на глубину до 10 см. Кулачковые катки применяют для уплотнения суглинистых и глинистых грунтов на глубину до 30 см, в песчаных фунтах уплотнение захватывает грунт на глубину 35...50 см. Масса таких катков различна - от 5 до 30 т.
Главный параметр грунтоуплотняющих машин - масса вместе с балластом. Основные технологические параметры: ширина полосы уплотнения, толщина уплотняемого слоя. Катки на пневматических шинах выпускают массой вместе с балластом от 10 до 100 т. Самоходные вибрационные катки имеют массу до 8 т. Катками с гладкими вальцами на пневмоколесном ходу можно уплотнять грунты слоями по 0,4 м. Число проходов катков по одному месту при уплотнении связных грунтов колеблется от 8 до 12.
Метод применяют при просадочных грунтах, грунтах с малой плотностью и прочностными характеристиками. К таким грунтам относят глинистые и песчаные, в том числе водонасыщенные. Вытрамбовывание осуществляется путем передачи на грунт ударной нагрузки, путем сбрасывания на него с высоты 3...8 м трамбовки массой 2... 10 т. В результате вытрамбовывания в зоне котлована и вокруг него образуется уплотненная зона грунта, в пределах которой ликвидируются про-садочные свойства грунта, повышаются его плотность и прочностные характеристики.
В процессе проектирования технологической карты последовательно решаются следующие задачи:
- изучаются отметки планировки и рельефа, уклоны, форму и привязку котлованов под сооружение, грунтовые условия;
- определяются объемы грунта при вертикальной планировке и отрывке котлована;
- составляется сводный баланс грунта на площадке;
- определяется средняя дальность перемещения грунта, составляется схема перемещения грунта на площадке;
- назначаются и обосновываются способы разработки, перемещения и уплотнения грунта;
- выбирается комплект машин и технологические схемы разработки, перемещения и укладки грунта при вертикальной планировке площадки;
- выбирается механизм для разработки грунта в котловане и транспортные средства для вывоза лишнего грунта из котлована;
- разрабатывается технологическая карту на отрывку котлована;
- составляется календарный график работ на строительной площадке;
- проводятся исследования для разработки предложений по совершенствованию технологии земляных работ
Гидромеханический способ разработки и транспортировки грунта основан на способности водяной струи при большой скорости движения размывать грунт и нести его частицы до тех пор, пока скорость не уменьшится, в результате чего частицы оседают. Гидромеханизация позволяет весь процесс - разработку грунта, транспортирование и укладку в насыпь осуществлять одновременно одним потоком воды. Применение этого метода целесообразно при больших объемах работ, необходимости устройства насыпей с минимальной осадкой, при наличии достаточных ресурсов воды и электроэнергии. Технологический процесс гидромеханизации включает в себя разработку грунта в забое, где он, перемешиваясь с водой, переходит в полужидкую массу (пульпу), транспортирование этой пульпы с укладкой (намывом) в сооружение или в отвал.
По способу разработки фунтов методами гидромеханизации различают гидромониторный (размыв грунта струей воды) и землесосный (засасывание грунта из-под воды).
Гидромониторный способ - размыв сухого забоя мощной струей воды с последующим транспортированием разжиженного грунта (пульпы). Применяется при вскрышных работах (разработка верхних слоев грунта для свободного доступа к полезным ископаемым с последующей разработкой их открытым способом), разработке выемок песка, суглинка, глины и т. д.
Землесосный способ выполняется посредством разработки, всасывания и транспортирования по трубам разжиженного грунта из-под воды. Способ нашел применение при устройстве каналов, намывке дамб, плотин, насыпей, планировке территорий, устройстве морских и речных сооружений.
Гидромеханическая разработка грунта - наиболее удобный и экономичный способ, при нем отпадает необходимость в строительстве автомобильных дорог, железнодорожных путей, и в транспортных средствах для перевозки грунта. Увлажнение, разравнивание и уплотнение грунта, неизбежные при сухом способе производства работ, здесь отпадают, так как эту работу выполняет вода. Стоимость разработки грунта на 30...40% ниже по сравнению с экскаваторной; выработка также возрастает в 1,5...2 раза. Если взять стоимость всего цикла производства земляных работ, то стоимость при гидромеханизации ниже остальных способов в 10...18 раз.
Намыв насыпей. Укладка (намыв) грунта происходит в результате оседания частиц грунта из пульпы, когда скорость движения ее становится ниже критической.
Подземные способы производства земляных работ применяют при необходимости прокладки трубопроводов при пересечении с транспортной магистралью с интенсивным движением, которое невозможно прервать даже на небольшой срок. В таких условиях прокладку трубопроводов, коллекторов, подземных переходов, транспортных туннелей осуществляют бестраншейным (закрытым) способом разработки грунта. Бестраншейный способ предусматривает устройство подземных выработок без вскрытия грунта с поверхности земли, т. е. прокладку коммуникаций непосредственно в толще земли. Существует несколько способов подземной разработки грунтов - продавливание, прокалывание, горизонтальное бурение и др.
Продавливание применяют для прокладки стальных труб диаметром 700... 1800 мм и длиной до 80 м. Установка для продавлива-ния труб состоит из рамы с одним или несколькими гидравлическими домкратами; которые передают усилие на торец трубы через надеваемый на него нажимной фланец. Противоположный конец трубы снабжен ножевым кольцом, приваренным к концу трубы для уменьшения сопротивления грунта, так как диаметр ножевого кольца больше диаметра трубы. Для упора домкратов служит специальная стенка, состоящая из свай или двух рядов деревянных брусьев.
Прокалывание - метод образования отверстий в грунте за счет радиального его уплотнения при вдавливании трубы с коническим наконечником. Такой метод, без удаления грунта из трубы, применяют при прокладке труб диаметром 100...400 мм на глубине не более 3 м в хорошо сжимаемых грунтах и при длине проходки до 60 м. Установка для прокалывания состоит из гидравлического домкрата с ходом поршня в пределах 150...500 мм, шомпола, вставленного в трубу, который передает усилие от домкрата на трубу через штырьи стального конусообразного наконечника, приваренного к торцу трубы. Шомпол жестко прикрепляют к штоку домкрата.
Горизонтальное бурение применяют для прокладки в глинистых грунтах трубопроводов диаметром 800...1000 мм на длину 80...100 м. Конец трубы снабжают режущей коронкой увеличенного диаметра, труба приводится во вращение от двигателя, установленного на поверхности земли у бровки котлована. Поступательное движение трубы обеспечивается реечным домкратом с упором в заднюю стенку котлована, усиленную двумя рядами брусьев. Удаление грунта из трубы аналогично рассмотренным выше способам. Производительность проходки 4...5 м/ч.
Пневмопробойники применяют для проходки в грунте скважин диаметром 50...400 мм. Практика показывает, что при встрече пневмо-пробойника с твердыми включениями (гравием, щебнем, строительным мусором и др.) или при проходке скважин в грунтах с прослойками различной плотности он отклоняется от проектной оси скважины, и возвратить его обратно на дневную поверхность часто оказывается невозможным. Поэтому пневмопробойники можно эффективно использовать для проходки скважин только в однородных грунтах и на расстояние не более 50 м. Главным преимуществом пневмопробойни-ков является их широкая область применения. Их используют не только для пробивки скважин, но также и для забивки горизонтальных труб открытым концом под автомобильными и железными дорогами, с последующим извлечением грунта из трубы сжатым воздухом или желонкой (совком на приводе). Самый мощный пневмопробойник диаметром 400 мм может забить трубу диаметром до 2 м на расстояние 30...40 м.
Пневмопробойники широко применяют для разрушения изношенных трубопроводов и одновременного затягивания в их полость новых трубопроводов, а также для забивки шпунта и свай, устройства набивных свай, глубинного уплотнения грунта и др.