Основними елементами відкритої розробки кар'єру, котловану чи траншей без кріплення укосів є висота Нта ширина lуступу, його форма, крутість і кут природного укосу α (Мал. 9.3). Обвалення уступу відбувається найчастіше по лінії НД, що розташована під кутом θ до горизонту. Об `єм ABCназивається призмою обвалення. Призма обваленняутримується в рівновазі силами тертя, прикладеними у площині зсуву.

Порушення стійкості земляних мас часто супроводжується значними руйнуваннями мостів, доріг, каналів, будівель та споруд, розташованих на масивах, що обповзають. Внаслідок порушення міцності (стійкості природного схилу чи штучного укосу) формуються характерні елементи зсув(Мал. 9.4).

Стійкість укосіваналізується за допомогою теорії граничної рівноваги або шляхом розгляду призми обвалення або сповзання потенційної поверхні ковзання як твердого тіла.

Мал. 9.3.Схема укосу ґрунту: 1 - укіс; 2 – лінія ковзання; 3 - лінія, що відповідає куту внутрішнього тертя; 4 - можливе обрис укосу при обрушенні; 5 - призма обвалення масиву ґрунту

Мал. 9.4.Елементи зсуву
1 – поверхня ковзання; 2 – тіло зсуву; 3 – стінка зриву; 4 - положення схилу до зсувного зсуву; 5 - корінні породи схилу

Стійкість укосув основному залежить від його висоти та виду ґрунту. Для встановлення деяких понять розглянемо дві елементарні задачі:

• стійкість укосу ідеально сипучого ґрунту;
• стійкість укосу ідеально зв'язного масиву ґрунту.

Стійкість укосу ідеально сипучого ґрунту

Розглянемо в першому випадку стійкість частинок ідеально сипучого ґрунту, що становить укіс. Для цього складемо рівняння рівноваги твердої частки М, що лежить на поверхні укосу ( Мал. 9.5,а). Розкладемо вагу цієї частки Fна дві складові: нормальну Nдо поверхні укосу АВта дотичну Тдо неї. При цьому сила Тпрагне зрушити частинку Мдо підніжжя укосу, але їй перешкоджатиме протидіюча сила Т", яка пропорційна до нормального тиску.

Стійкість укосу ідеально зв'язного масиву ґрунту

Розглянемо стійкість укосуАТзаввишки Н kдля зв'язного ґрунту ( Мал. 9.5,6). Порушення рівноваги за деякої граничної висоті відбудеться по плоскій поверхні ковзання ВД, нахиленою під кутом θ до горизонту, оскільки найменшою площею такої поверхні між точками Уі Дматиме площину ВД. По всій цій площині діятимуть сили питомого зчеплення З.

Майданчики, що обмежують не робочі уступи, називаються бермами. Розрізняють запобіжні берми, берми механічного очищення та транспортні берми. Запобіжні берми дорівнюють 1/3 відстані по висоті між суміжними бермами. Берми механічного очищення зазвичай більше або дорівнюють 8 метрів (для заїзду бульдозерів для очищення обсипаної породи).

Транспортні берми – це майданчики, що залишаються на неробочому борту кар'єру для пересування транспортних засобів. Запобіжні берми - це майданчики, що залишаються на неробочому борту кар'єру для підвищення його стійкості і затримання шматків породи, що обсипаються. Зазвичай вони злегка нахилені у бік вищого укосу уступу. Берми повинні залишатися не більше ніж через 3 уступи. Призма обвалення – це нестійка частина уступу між укосом уступу та площиною природного обвалення та обмежена верхнім майданчиком. Ширина підстави призми обвалення (Б) називається бермою безпеки та визначається за формулою: .

Порядок розвитку відкритих гірничих робіт

Порядок розвитку відкритих гірничих робіт у межах кар'єрного поля неспроможна встановлюватися довільно. Він залежить від типу родовища, що розробляється, рельєфу поверхні, форми покладу, положення покладу щодо панівного рівня поверхні, кута її падіння, потужності, будови, розподілу за якістю корисних копалин і типів розкривних порід. Подальшим наслідком є ​​вибір виду відкритих гірничих розробок: поверхневого, глибинного, нагірного, нагорно-глибинного чи підгірського. Подальшою нашою дією є принципове попереднє рішення про кар'єрне поле – його можливі глибини, розміри по дну та поверхні, кути укосів бортів, а також загальні запаси гонної маси та корисні копалини зокрема. Встановлюються також можливі місця розташування споживачів корисних копалин, відвалів, хвосто-сховищ та їх орієнтовні місткості, що дозволяє намітити можливі напрями та шляхи переміщення кар'єрних вантажів. На підставі вищевказаних міркувань встановлюються можливі розміри кар'єрного поля, його місцезнаходження у ув'язці з рельєфом поверхні, а також зразкові контури гірського відведення майбутнього підприємства. Тільки після цього з урахуванням планованої потужності кар'єру розпочинають вирішення завдання про порядок розвитку гірничих робіт у межах кар'єрного поля. Для прискореного введення кар'єру в експлуатацію та скорочення рівня капітальних витрат гірничі роботи починають вести там, де поклад корисної копалини знаходиться ближче до поверхні. Головна мета відкритих гірничих робіт - видобуток з надр корисних копалин з одночасною виїмкою великого об'єму покриває і вміщає поклад розкривних порід досягається при чіткій і високоекономічній організації провідного і найдорожче процесу відкритих гірничих робіт - переміщення гірської маси з вибоїв в пункти прийому на складах і відвалах до 40%. Ефективність переміщення кар'єрних вантажів досягається організацією стійко діючих потоків корисних копалин і розкривних порід стосовно яких вирішуються питання розтину робочих горизонтів кар'єрного поля, а також потужностей використовуваних транспортних засобів. Технічні рішення при відкритій розробці родовищ та її економічні результати визначаються співвідношеннями обсягів розкривних і видобуткових робіт загалом і за періодами діяльності кар'єра. Кількісна оцінка цих співвідношень проводиться із застосуванням коефіцієнта розтину.

Круті траншеї та напівтраншеї

По кутку нахилу капітальні траншеї поділяються на круті. Круті траншеї глибинного вигляду зазвичай мають внутрішній заклад. За розташуванням щодо борту кар'єру вони поділяються на поперечні та діагональні. Поперечні круті траншеї застосовуються в тих випадках, коли загальний кут укосу борту кар'єру менший. Діагональні круті траншеї зазвичай застосовуються для розміщення конвеєрних та автомобільних підйомників. Круті траншеї характерні для залишення на неробочому борту транспортних берм (з'їздів).

Тимчасові з'їзди

Основна відмінність тимчасових з'їздів від ковзаючих – така:

1. Тимчасові з'їзди не переміщаються (не ковзають) при поперемінному відпрацюванні верхнього та нижнього під уступів до меж з'їздів;

2. Будівництво тимчасових з'їздів як правило (у скельних та підлозі скельних породах) включає обурення та підривання породного блоку в межах з'їзду на висоту уступу та проходку з'їзду найчастіше з переміщенням підірваної породи підлогу укіс екскаватором або бульдозером;

3. Відпрацювання старих з'їздів здійснюється шляхом виїмки підірваної породи з навантаженням на автомобільний транспорт;

Траса тимчасових з'їздів проста або петлева, коефіцієнт подовження простої тимчасової траси залежить в основному від ширини робочого майданчика. Автомобільні з'їзди можу примикати до горизонтів на керівному ухилі, пом'якшеному ухилі (з пологою вставкою) та на майданчику. Примикання на керівному ухилі притаманно з'їздів на верхніх, вже відпрацьованих горизонтах при наскрізному русі автомобілів цими з'їздами.

Основними видами земляних робіт у житловому та цивільному будівництві є розробка котлованів, траншей, планування ділянок тощо.
Аналіз травматизму в будівництві показує, що на земляні роботи припадає близько 5,5% всіх нещасних випадків, причому з усієї кількості нещасних випадків з тяжким результатом за всіма видами робіт 10% пов'язане із виконанням земляних робіт.

Мал. 1. Схема укосу
Основна причина травматизму при земляних роботах – обвалення ґрунту. Причинами обвалення ґрунту є в основному розробка ґрунту без кріплень з перевищенням критичної висоти вертикальних стінок траншей і котлованів, неправильна конструкція кріплень стінок траншей та котлованів та ін.
Розробляються ґрунти поділяються на три великі групи: зв'язкові (глинисті та подібні до них); незв'язні (піщані, насипні) та лесові.
p align="justify"> До земляних робіт можна приступати тільки за наявності проекту виконання робіт або технологічні карти на розробку грунтів.
За правилами техніки безпеки копання котлованів і траншей малої глибини в ґрунтах природної вологості та за відсутності ґрунтових вод може проводитися без кріплень. Запобігти обвалу та забезпечити стійкість ґрунтових мас можна двома способами: утворенням безпечних укосів ґрунту або постановкою кріплень. У більшості випадків обвалення грунтів відбувається через порушення крутості укосів котлованів і траншей, що розробляються.
Основними елементами відкритої розробки кар'єру, котловану або траншеї без кріплення є ширина l та висота Н уступу, форма уступу, кут укосу α, крутість. Обвалення уступу відбувається найчастіше лінією АС, розташованої під кутом θ до горизонту. Об'єм ABC називають призмою обвалення. Призма обвалення утримується у рівновазі силами трепію, прикладеними у площині зсуву.
Для зв'язкових ґрунтів користуються поняттям «кут внутрішнього тертя». Ці ґрунти крім сил тертя мають і силу зчеплення між частинками. Сили зчеплення досить великі, тому зв'язковий ґрунт досить стійкий. Однак при розробці (різанні) ґрунти розпушуються, структура їх порушується і вони втрачають зв'язність. Також змінюються сили тертя та зчеплення, зменшуючись із збільшенням вологості. Тому стійкість незакріплених укосів також непостійна і зберігається тимчасово до зміни фізико-хімічних властивостей ґрунту, пов'язаного в основному з атмосферними опадами влітку та подальшим збільшенням вологості ґрунту. Так, кут природного укосу для піску сухого 25...30°, піску вологого 20°, глини сухої 45° і глини вологої 15°. Встановлення безпечної висоти уступу та кута укосу є важливим завданням. Від правильного вибору кута укосу залежить безпека розробки котловану.
Виходячи з теорії стійкості гірських порід, критична висота вертикальної стінки при α = 90 ° визначається за формулою В. В. Соколовського:

Де Н кр – критична висота вертикальної стінки, м; С - сила зчеплення ґрунту, т/м 2 ; ρ - щільність ґрунту, т/м 3 ; φ – кут внутрішнього тертя (С, ρ, φ визначають за таблицями).
При визначенні граничної глибини котловану або траншеї з вертикальною стінкою вводять коефіцієнт запасу, що дорівнює 1,25:

Укіс котловану або траншеї, що влаштовується в сипучих ґрунтах, буде стійким, якщо кут, утворений його поверхнею з горизонтом, не перевищує кута внутрішнього тертя ґрунту.
У кар'єрах, що розробляються на більшу глибину (20...30 м і більше), найбільшу небезпеку становлять зсуви, здатні засипати нижню ділянку робіт разом з машинами, обладнанням та обслуговуючим персоналом. Найбільша кількість зсувів буває навесні та восени в періоди активної дії паводкових вод, дощів та розморожування.
Найбільша допустима глибина котлованів і траншей з вертикальними стінками без кріплень H пр, а також допустима крутість укосів (відношення висоти укосу до його закладання - Н:l) для різних ґрунтів наведено в таблиці. У тому випадку, коли по висоті укосу є напластування різних ґрунтів, крутість укосу визначають по найслабшому ґрунту.
При розробці котлованів і траншей як профілактичні заходи боротьби з обвалами та обвалами виконуються з розрахунковим обґрунтуванням такі роботи: будову підпірних стінок; навмисне обвалення козирків, що нависають; зменшення кута укосу шляхом зачистки драглайнами або поділ укосу на уступи з пристроєм проміжних берм.
Кріплення вертикальних стінок траншей та котлованів проводиться як інвентарними, так і неінвентарними пристроями.

Таблиця 1. Допустимі параметри укосів, що виконуються без кріплень

Ґрунти	Н пр, м	Глибина виїмки, м
		до 1,5		до 3		до 5
		α, град	H:l	α, град	H:l	α, град	H:l
Насипні неущільнені Піщані та гравійні Супесь Суглинок Глина	1 1 1,25 1,5 1,5	56 63 76 90 90	1:0,25 1:0,5 1:0,25 1:0 1:0	45 45 56 63 76	1:1 1:1 1:0,67 1:0,5 1:0,25	39 45 50 53 63	1:1,25 1:1 1:0,85 1:0,75 1:0,5

Види кріплень можуть бути різними. Їх конструкції залежать від типу ґрунту, глибини виїмки та розрахункових навантажень. У зв'язкових ґрунтах природної вологості ставлять щитові кріплення (з просвітом в одну дошку, а у вологих сипучих ґрунтах - суцільне. Розпірки таких кріплень роблять розсувними.
Кріплення розраховують на активний тиск ґрунту. Активний тиск у піщаних ґрунтах, де сили зчеплення між частинками незначні, Па,

Де Н – глибина траншеї, м; ρ - щільність ґрунту, т/м 3 ; φ - кут природного укосу (кут внутрішнього тертя для зв'язкових ґрунтів), град.
Для зв'язкових ґрунтів активний тиск ґрунту

Де С – зчеплення ґрунту.
Розраховуючи кріплення у зв'язкових ґрунтах, слід враховувати, що при розрахунку котлованів і траншей ґрунт на поверхні розпушується і втрачає зв'язність, тому другу частину формули в деяких випадках можна не брати до уваги.
Епюра активного тиску грунту представляє собою трикутник, вершина якого розташована по межі брівки траншеї, а максимальне значення тиску р mах - на рівні дна траншеї.

Мал. 2. Схема щитового кріплення:
1 - розпірки; 2 – стійки; 3 – щити; 4 - епюра тиску
Мал. 3. Анкерне кріплення траншей:
1 – анкер; 2 – відтяжка; 3 – призма обвалення; 4 – щити; 5 - стійка
У кріпленнях розпірного типу розрахунку підлягають дошки кріплення, стійки та розпірки. Розпірки розраховують на міцність та на стійкість.
Відстань між стійками щитового інвентарного кріплення залежить від ширини використовуваних дощок h:

У випадках, коли розпірки в траншейних кріпленнях ускладнюють виконання в них будівельно-монтажних робіт, наприклад, з прокладання трубопроводів або інших комунікацій, замість розпірок застосовують відтяжки та анкери.
Слід зазначити, що пристрій і розбирання неінвентарних кріплень, що використовуються, що складаються з окремих дощок, стійок і розпірок, пов'язані з трудомісткою і небезпечною роботою. Особливо небезпечні роботи з розбирання таких кріплень. Крім того, неінвентарні кріплення вимагають великої витрати матеріалів і мають низьку оборотність кріпильного матеріалу, що підвищує їхню вартість.
Зовнішнє додаткове навантаження при розробці виїмок (відвал землі, встановлення на краю укосу будівельних машин та ін.) може спричинити обвалення ґрунтових мас, якщо їх розташування не враховуватиметься.
Облік додаткових навантажень щодо активного тиску грунту проводиться приведенням додаткового навантаження до рівномірно розподіленої на призмі обвалення з щільністю, рівної щільності щільного грунту.

Мал. 4. Схема освіти «козирка» a
Мал. 5. Встановлення екскаватора при розробці котловану або траншеї
Отримана таким чином висота додаткового навантаження додається до траншеї глибини. При розробці глибоких котлованів екскаватором, обладнаним прямою лопатою і встановленим на дні виїмки, утворюється козирок а.

Таблиця 2. Допустимі відстані L
Це відбувається за рахунок того, що при такій установці екскаватор утворює укоси, що дорівнює 1/3 висоти стріли. Небезпека обвалення «козирка» призводить до необхідності встановлювати екскаватори, обладнані зворотною лопатою, на верху виїмки, що розробляється. При розташуванні поблизу виїмки з неукріпленими укосами будівельних машин необхідно визначати відстань L від найближчої до виїмки опори машин до брівки укосу (рис. 1). Ця відстань залежить від висоти виїмки H, типу та стану ґрунту і визначається за табл. 1 і за формулою

При зведенні будівель та споруд із готових конструкцій та деталей із застосуванням великої кількості будівельних машин та механізмів будівельний майданчик перетворюється на монтажний.
Монтаж конструкцій складається із взаємно пов'язаних підготовчих та основних процесів. До підготовчих процесів відносяться будівництво підкранових шляхів, завезення конструкцій, укрупнене складання деталей, пристрій риштовання для роботи монтажників, до основних - стропування конструкцій, підйом, установка конструкцій на опори, тимчасове закріплення, вивіряння та остаточне кріплення елементів, що монтуються. Більшість нещасних випадків при монтажі будівельних конструкцій виникає внаслідок помилок під час проектування будівель та споруд; при виготовленні конструкцій на заводах, у проектах виконання робіт та ін.
Головними питаннями безпечної організації робіт крім вибору найбільш раціонального методу монтажу та відповідної послідовності встановлення окремих елементів є: визначення необхідних пристроїв для виробництва всіх видів монтажних процесів та робочих операцій (типи кондукторів або інших фіксуючих пристроїв, такелажне обладнання та ін.); способи встановлення, що запобігають можливості виникнення небезпечних напруг у процесі підйому конструктивних елементів; способи тимчасового кріплення елементів, що монтуються, що забезпечують просторову жорсткість змонтованої частини будівлі і стійкість кожного окремого елемента конструкції; послідовність остаточного закріплення елементів та зняття тимчасових пристроїв.
Найважливішим фактором для усунення травматизму при монтажі будівельних конструкцій є правильний розрахунок конструкцій при транспортуванні, складуванні та монтажі.
Великогабаритні конструкції при транспортуванні слід встановлювати на дві опори та розраховувати за схемою однопрогонової балки. Ухвалена розрахункова схема при транспортуванні, як правило, не збігається з розрахунковою схемою, прийнятою при розрахунку конструкції на основний вплив. Дерев'яні підкладки, на які спирається конструкція, слід перевіряти на зминання.

Мал. 6. Схема закріплення ферми під час транспортування:
1 – розпірка; 2 – трос; 3 - скоба; 4 – ферма; 5 - талреп; 6 – тяга; 7 - петля
При перевезенні колон великої довжини на розпусках опора на причепі повинна бути рухомою, що допускає вільний поворот, щоб унеможливити поперечний згинальний момент. Число рядів, що укладаються по висоті, приймають до 5.

Мал. 7. Підйом ферми траверсою:
1 – траверса; 2 - ферма
Стінові панелі та перегородки транспортують у вертикальному чи похилому положенні. У цьому випадку можливі небезпечні бічні поштовхи в найменшій жорсткості панелі. Для їхньої локалізації застосовують спеціальні амортизатори, що встановлюються в опорних частинах. При транспортуванні великогабаритних наскрізних ферм застосовують спеціальні панелевози, і перевірку перерізів проводять за найнебезпечнішими перерізами елементів ферм. Визначення зусиль у розкосах та вузлах ферм проводять методами будівельної механіки з урахуванням коефіцієнта динамічності та прийнятої системи спирання ферми під час транспортування. На панелевозах ферми закріплюють за допомогою упорів та відтяжок (рис. 1).
Безпека робіт при монтажі конструкцій забезпечується насамперед правильно запроектованими траверсами та стропами. Під час підйому та встановлення ферм (рис. 5.2) в окремих елементах зусилля можуть бути значно більшими, ніж розраховані при експлуатаційних навантаженнях. Вони можливе також зміна знаків напруг - розтягнуті елементи може бути стиснутими і навпаки. Тому, як правило, під час підйому траверсу закріплюють за середні вузли ферми.
Розрахунок колон на навантаження, що виникає при підйомі, додатково не проводять. У робочих кресленнях колон передбачені можливості безпечного їх підйому з горизонтального вертикальне положення (рис. 3).

Мал. 8. Підйом колони:
1 – колона; 2 – трос; 3 - рамкове захоплення; 4 - дерев'яні підкладки
При встановленні колони в фундаментну склянку до замонолічування її основи колона повинна бути закріплена розчалками або клинами (рис. 4). В обох випадках проводять розрахунок колони на дію вітрового навантаження. При недостатньому закріпленні може статися перекидання або нахил колон. У загальному вигляді рівняння стійкості має вигляд

Де К - коефіцієнт запасу, що дорівнює 1,4; М 0 - перекидальний момент від дії вітру, Н · м; М у - утримує момент, створюваний масою колони, Н · м; М закр - те саме, кріпленням, Н·м.
У тих випадках, коли за розрахунком стійкість не забезпечується, застосовують інвентарні клинові вкладки і сталеві кондуктори.

Мал. 9. Тимчасове закріплення колон при монтажі:
1 - розчавлення; 2 – хомут; 3 – колона; 4 - клини; 5 - фундамент
Мал. 10. Тимчасове кріплення конструкцій:
a – крайньої ферми; б – середніх ферм; 1 – колона; 2 – ферма; 3 – розтяжка; 4 - розпірка
Змонтовані окремі елементи споруди (колони, ферми, балки) повинні утворювати стійкі системи до завершення повного комплексу монтажних робіт. Для цього окремі частини змонтованих елементів з'єднуються у просторово жорсткі системи за допомогою постійних зв'язків, прогонів чи тимчасових розчалок.
При підйомі конструкцій застосовують стропи, сталеві та прядив'яні канати, траверси та різні захоплення.
Спосіб стропування і конструкція стропа залежить від габаритів і маси елемента, що монтується, розташування точок стропування на піднімається елементі, застосовуваного вантажопідіймального обладнання, умов підйому і положення елемента на різних етапах монтажу. Стропи діляться на гнучкі з одним, двома, чотирма і шістьма гілками і жорсткі типу траверс чи захватів.
Зусилля у кожній гілки стропа

Де α - кут між вертикаллю та стропом; G - вага вантажу, що піднімається, Н; n – кількість стропів; k – коефіцієнт.
Зі збільшенням кута нахилу гілок стропа в них ростуть зусилля, що стискають. Приймають α = 45... 50°, а кут між гілками стропів – трохи більше 90°.
Довжина гілки стропа

де h – висота стропа; b – відстань між стропами по діагоналі.
Мал. 11. Схема зусиль у гілках стропа
Мал. 12. Залежність зусиль у гілках стропа від кута між стропами
Іноді для стропування замість канатів застосовують ланцюги. Вибір канатів або ланцюгів ведуть по найбільшому натягу гілки каната S:

де Р - руйнівне навантаження, що приймається за розривним зусиллям каната, наведеним у заводському паспорті або діаметром ланки ланцюга, Н; К - коефіцієнт запасу міцності (3...8), що залежить від типу стропів та підйомних механізмів.
Для підвищення терміну служби стропів, запобігання зім'яттю та стирання один про одного або про гострі кути кромок конструкцій, перекручування, ударів застосовують інвентарні металеві підкладки.
Жорсткі стропи застосовують при недостатній висоті підйому монтажного крана або в тому випадку, коли конструкція, що піднімається, не допускає застосування гнучких стропів. Як правило, жорсткий строп застосовують як траверси. Найбільшого поширення траверси набули при монтажі збірних залізобетонних ферм та балок, особливо попередньо напружених, а також великопрогонових металевих конструкцій. Траверси застосовують двох типів: що працюють на вигин та на стиск.
Останнім часом все ширше застосовується прогресивний метод монтажу великоблочних конструкцій, який дозволяє знизити їхню трудомісткість, підвищити безпеку робіт і терміни будівництва. Розміри і маса сталевих конструкцій, що відправляються із заводів, обмежені вантажопідйомністю транспортних засобів і габаритами виробничих приміщень. Зазвичай довжину елементів приймають 12... 18 м. Іноді на вимогу замовників кроквяні ферми поставляються довжиною до 24 м.
При виробництві різних будівельно-монтажних робіт застосовуються ліси та підмостки з металевих трубчастих елементів, у роботі яких бувають дефекти, що нерідко призводять до обвалення. Ліси і риштовання є тимчасовими, але багаторазово використовуваними будівельними конструкціями.
Іноді можуть виникнути тяжкі групові нещасні випадки через обвалення лісів. Аналіз низки аварійних випадків показав, що їхнє обвалення відбувається з ряду причин, які поділяються на три групи.
Перша група – це комплекс причин, викликаний незадовільним проектуванням лісів без урахування дійсних умов роботи конструкції. Наприклад, кріплення лісів до вертикальної поверхні будівельного об'єкта здійснюється за допомогою анкерних пробок різних конструкцій, розташованих у шаховому порядку через два яруси за висотою та через два прольоти по довжині будівлі. Однак здійснити таким чином кріплення не завжди можливо через різні особливості споруд, до яких ці ліси повинні кріпитися. При зміні схеми кріплення лісів до будівлі змінюються умови роботи лісів різні види навантажень, змінюється схема конструкції, що може викликати аварію останньої.
Друга група – причини, виявлені на стадії виготовлення та монтажу лісів. Інвентарні ліси мають бути виготовлені індустріальними методами. Однак на практиці це не завжди можливе. Часто риштування виготовляють безпосередньо на будівельному майданчику без відповідного проекту або з різкими відхиленнями від проектних величин і розмірів. Часто при монтажі лісів будівельники замінюють елементи, що бракують, іншими без розрахункового та теоретичного обґрунтування такої заміни. Перед монтажем конструкції лісів необхідно ретельно готувати основи для їх подальшої установки, оскільки стану опори залежить стійкість всієї конструкції. При встановленні лісів необхідно забезпечити необхідне відведення поверхневих та ґрунтових вод, невиконання якого загрожує порушенням основи під лісами.
Третя група - причини обвалення лісів належать до стадії їх експлуатації. Часто вони є наслідком недостатнього технічного керівництва або відсутністю нагляду під час монтажу та експлуатації лісів.
За статистикою, значна кількість аварій лісів відбувається через перевантаження. Порушення або зміна схеми навантаження лісів, які зазвичай розраховані на певний вид навантаження за заздалегідь передбаченою схемою її розташування, може призвести до їхнього обвалення.
Ліси складаються із стійок, розташованих у два ряди з кроком між стійками у двох взаємно перпендикулярних напрямках рівним 2 м в осях, а також поздовжніх та поперечних ригелів, що встановлюються через кожні 2 м по висоті. Задля більшої несмещаемости вузлів у кожному ярусі встановлюють горизонтальні діагональні зв'язку через 4...5 панелей.
За способом з'єднання елементів лісів між собою найпоширенішими у будівельній практиці є два типи металевих трубчастих лісів.
Ліси на безболтових з'єднаннях мають незмінну схему каркасу як для кам'яної кладки, так і для оздоблювальних робіт. До стійк приварюються патрубки, а до ригелів - гаки з круглої сталі, загнуті під прямим кутом. При такому способі кріплення монтаж кожного горизонтального елементу лісів зводиться до введення гаків у відповідні стопорні патрубки до упору.
Ліси іншого типу – на з'єднаннях у вигляді шарнірних хомутів. При цьому приймаються різні відстані між стійками стосовно навантажень при кам'яній кладці та оздоблювальних роботах.
Просторова жорсткість всього каркасу лісів додатково забезпечується постановкою діагональних зв'язків у вертикальній площині зовнішнього ряду стійок у трьох крайніх панелях з обох кінців секцій лісів.

Мал. 13. Ліси на безболтових з'єднаннях:
а – монтажна схема лісів; б - деталь спирання трубчастої стійки; в - поєднання горизонтальних елементів зі стійкою; г - вузол, кріплення лісів до стінки
За конструктивними ознаками розрізняють ліси рамні, сходові, стійкові, підвісні. За призначенням лісу ділять: для кам'яних та залізобетонних, оздоблювальних та ремонтних робіт; монтаж конструкцій; зведення склепінь оболонок.
Мал. 14. Ліси з шарнірними хомутами:
а – монтажна схема (розміри в дужках – для оздоблювальних робіт); б - елемент шарнірного кріплення
Ліси, що застосовуються для кам'яної кладки, монтують (нарощують) по ходу робіт. Ліси для оздоблювальних та ремонтних робіт зводять на всю висоту об'єкта до початку робіт. Лева для монтажних робіт використовують як тимчасові опори для монтованих конструкцій. Вони повинні відповідати вазі конструкцій, що монтуються. Ліси для зведення збірних та монолітних залізобетонних оболонок мають складний жорсткий просторовий каркас. Такі риштування виконують за індивідуальними проектами в залежності від конструкцій оболонок з урахуванням технології зведення оболонки.
За характером спирання лісу ділять на стаціонарні (нерухомі), пересувні, підвісні та підйомні.
Описані вище ліси належать до стаціонарних. Гранична висота таких лісів визначається розрахунком н досягає кам'яної кладки 40 м, для оздоблювальних робіт - 60 м. При висоті об'єкта, що перевищує 60 м, застосовують підвісні ліси. Такі ліси підвішують до консолей, укріплених на вершині об'єкта. Пересувні та підйомні ліси застосовують для ремонтних робіт на фасадах будівель заввишки 10... 15 м. Вони розраховані - на власну стійкість, у зв'язку з чим їх нижні опорні рами збільшують до 2,5 м.
Стійкість секції лісів залежить від прикладених вертикальних навантажень, і від системи кріплення секції, лісів до об'єкту.
Для організації робочих місць на малих ділянках фронту будівельно-монтажних та ремонтних робіт усередині приміщень встановлюють риштовання. За конструктивними ознаками їх поділяють на: збірно-розбірні, блокові, навісні, підвісні, телескопічні.
Збірно-розбірні підмостки складаються з окремих елементів та трудомісткості при монтажі, демонтажі та транспортуванні, що обмежує їх застосування.
Блокові риштовання є об'ємний елемент, що переміщується з поверху на поверх баштовим краном. Деякі типи блокових риштовання мають колеса для переміщення їх у межах поверху. З комплекту блокових риштовання влаштовують стрічкове замащування вздовж стіни з огорожею вільного краю, а в разі потреби - замащування по всій площі приміщення.
Навісні риштовання призначаються для роботи на висоті. До них відносяться і навісні колиски. Люльки застосовують для ремонтних робіт на фасадах будівель. Самопідйомні люльки мають по кінцях лебідки, які можуть бути ручними та з електроприводом (в останньому випадку електродвигуни можуть працювати синхронно та окремо для усунення перекосів).
Підвісні риштовання застосовують для монтажу балок або ферм. Їх зміцнюють разом із сходами на колонах, ще до підйому цих колон.
Підмостки на телескопічних вишках застосовують як усередині високих будівель, так і для зовнішніх робіт. Вони складаються з робочого майданчика з огорожами та опорною частиною. Робочий майданчик може підніматися та опускатися. Опорною частиною може бути автомобіль.
У тих випадках, коли приведення будівельно-монтажних робіт неможливо або недоцільно влаштовувати ліси, підмостки та огородження, робітники повинні бути забезпечені запобіжними поясами.

Мал. 15. Монтаж колони:
1 - підвісні риштовання; 2 - навісні сходи
Амортизуючим елементом є прострочена спеціальним швом стрічка, яка гасить динамічне навантаження при падінні за рахунок розриву рядка.
Запобіжні пояси марок ВМ (верхолаза-монтажника) та BP (верхнього робітника) крім ременя мають наплічно-настегнові лямки та нагрудні ремені. При падінні людини з висоти такий пояс рівномірно розподіляє навантаження на весь корпус, що унеможливлює перелом хребта. Пояси і карабіни повоюють двічі на рік, випробовуючи їх на міцність статичним навантаженням в 2 кН.

Розрахунок осад полягає в тому, що прирівнюються опади, з одного боку, штампу (гнучкого або жорсткого), що знаходиться на пружному однорідному лінійно-деформованому напівпросторі, а, з іншого боку, поверхні безмежного лінійно-деформованого шару при тих же величинах зовнішнього навантаження, що діє однаково по всій межі цього шару та модуля деформації. Внаслідок цього прирівнювання знаходиться товщина такого шару h екв, названого еквівалентним. На малюнку 5.6.1 розглядається схема методу:

Розрахунок опади за способом еквівалентного шару

♯ Види порушення укосів

Укосом називається штучно створена поверхня, що обмежує природний ґрунтовий масив, виїмку або насип.

Укоси нерідко схильні до деформування у вигляді обрушень (рис. 5.7.1, а), зсувів (див. рис. 5.7.1 б, в, г), осипань і опливання (див. рис. 5.7.1, д).

Обвалення мають місце при втраті масивом ґрунту опори біля підніжжя укосу. Зсуви та зсуви характеризуються переміщенням деякого обсягу грунту. Осип відбувається при перевищенні силами зсуву опору незв'язного ґрунту на незакріпленій поверхні. Опливанням (спливом) називається поступова деформація нижньої частини обводненого укосу або схилу без утворення чітких поверхонь ковзання.

Основними причинами втрати стійкості укосів є:

- Влаштування неприпустимо крутого укосу;

– усунення природної опори масиву ґрунту через розробку траншей, котлованів, підмивання укосів тощо;

- Збільшення зовнішнього навантаження на укіс, наприклад, зведення споруд або складування матеріалів на укосі або поблизу нього;

– зниження зчеплення та тертя ґрунту при його зволоженні, що можливе при підвищенні рівня підземних вод;

– неправильне призначення розрахункових характеристик міцності ґрунту;

– вплив зважувальної дії води на ґрунти в основі;

– динамічні впливи (рух транспорту, забиття паль тощо), прояв гідродинамічного тиску та сейсмічних сил.

Порушення стійкості укосів часто є результатом кількох причин, тому при пошуках та проектуванні необхідно оцінювати ймовірні зміни умов існування ґрунтів у укосах протягом усього періоду їх експлуатації.

Малюнок 5.7.1. Характерні види деформацій укосів:
а - обвалення; б - сповзання; в - зсув; г - зсув з випором; д – опливання;
1 – площина обвалення; 2 – площина ковзання; 3 – тріщина розтягування; 4 - випір ґрунту;
5 - слабкий прошарок; б, 7 - встановлений і початковий рівні води;
8 – поверхня опливання; 9 – криві депресії.

Розрізняють три типи руйнування укосу:

- руйнування передньої частини укосу. Для крутих схилів (а > 60°) характерне сповзання із руйнуванням передньої частини укосу. Таке руйнування найчастіше виникає у в'язких грунтах, що мають адгезійну здатність і кутом внутрішнього тертя;

- руйнування нижньої частини укосу. На порівняно пологих укосах руйнація відбувається таким чином: поверхня ковзання стикається з глибоко розташованим твердим шаром. Такий тип руйнування найчастіше виникає у слабких глинистих ґрунтах, коли твердий шар розташований глибоко;

- руйнування внутрішньої ділянки укосу. Руйнування відбувається таким чином, що край поверхні ковзання проходить вище передньої частини укосу. Таке руйнування також виникає в глинистих ґрунтах, коли твердий шар знаходиться порівняно неглибоко

♯ Методи розрахунку стійкості укосів

Основними елементами відкритої розробки кар'єру, котловану або траншей без кріплення укосів є висота Н та ширина l уступу, його форма, крутість та кут природного укосу α (рис.5.8.1). Обвалення уступу відбувається найчастіше по лінії ПС, розташованої під кутом θ до горизонту. Обсяг АВС називається призмою обвалення. Призма обвалення утримується у рівновазі силами тертя, прикладеними у площині зсуву.

Схема укосу ґрунту:
1 - укіс; 2 – лінія ковзання; 3 - лінія, що відповідає куту внутрішнього тертя;
4 - можливе обрис укосу при обрушенні; 5 - призма обвалення масиву ґрунту.

Стійкість укосів аналізується за допомогою теорії граничної рівноваги або шляхом розгляду призми обвалення або сповзання потенційної поверхні ковзання як твердого тіла.

Стійкість укосу в основному залежить від його висоти та виду ґрунту. Для встановлення деяких понять розглянемо дві елементарні задачі:

– стійкість укосу ідеально сипучого ґрунту;

– стійкість укосу ідеально зв'язного масиву ґрунту.

Розглянемо у першому випадку стійкість частинок ідеально сипучого грунту, що становить укіс (рисунок 5.8.2.а). Для цього складемо рівняння рівноваги твердої частинки М, що лежить на поверхні укосу. Розкладемо вагу цієї частки F на дві складові: нормальну N до поверхні укосу АВ та дотичну Т до неї. При цьому сила Т прагне зрушити частинку М до підніжжя укосу, але їй перешкоджатиме протидіюча сила Т", яка пропорційна нормальному тиску.

Схема сил, що діють на частинку укосу: а - сипкий ґрунт; б - зв'язковий ґрунт

де f – коефіцієнт тертя частки ґрунту по ґрунту, рівний тангенсу кута внутрішнього тертя.

Рівняння проекції всіх сил на похилу грань укосу в умовах граничної рівноваги

де tgα=tgφ від сюди α=φ.

Таким чином, граничний кут укосу сипучого ґрунту дорівнює куту внутрішнього тертя. Цей кут зветься кут природного укосу.

Розглянемо стійкість укосу АТ заввишки Н до зв'язного грунту (рис. 5.8.2б). Порушення рівноваги при деякій граничній висоті відбудеться по плоскій поверхні ковзання ВД, нахиленої під кутом θ до горизонту, так як найменшою площею такої поверхні між точками і Д буде володіти площину ВД. По всій цій площині діятимуть сили питомого зчеплення.

Рівняння рівноваги всіх сил, що діють на зсувну призму АВД.

Згідно рис. 5.8.2б сторона призми обвалення АВ = Н до ctg θ, отримаємо

де γ – питома вага ґрунту.

Силами, що чинять опір ковзанню, будуть лише сили питомого зчеплення, які розподіляються по площині ковзання.

У верхній точці В призми AВД тиск дорівнює нулю, а в нижній точці Д максимальне, тоді по середині - половині питомого зчеплення.

Складемо рівняння проекції всіх сил на площину ковзання та прирівняємо її до нуля:

звідки

Вважаючи sin2θ=1 при θ=45°, отримаємо

З останнього виразу видно, що при висоті котловану (укосу) Н до > 2с/γ відбудеться обвал масиву ґрунту по деякій площині ковзання під кутом θ до горизонту.

Грунти мають не тільки зчеплення, а й тертя. У зв'язку з цим проблема стійкості укосів стає значно складнішою, ніж у розглянутих випадках.

Тому на практиці для вирішення завдань у суворій постановці, велике поширення набув метод круглоциліндричних поверхонь ковзання.

♯ Метод круглоциліндричних поверхонь ковзання

Велике поширення практично отримав метод круглоциліндричних поверхонь ковзання. Сутність цього методу полягає у відшуканні круглоциліндричної поверхні ковзання з центром в деякій точці Про, що проходить через підошву укосу, для якої коефіцієнт стійкості буде мінімальним (рис).

Мал. 5.9.1. Схема до розрахунку стійкості укосу методом круглоциліндричної поверхні ковзання

Розрахунок ведеться для відсіку, навіщо оползающий клин ABC розбивається на п вертикальних відсіків. Робиться припущення, що нормальні та дотичні напруги, що діють по поверхні ковзання, в межах кожного з відсіків клина, що оповзає, визначаються вагою даного відсіку Q t і рівні відповідно:

де А i - площа поверхні ковзання в межах 1-го вертикального відсіку, А i = 1l i;

l – довжина дуги ковзання у площині креслення (див. рис. 5.6.1).

Перешкоджає обповзанню укосу опір зсуву по поверхні в граничному стані τ u =σ·tgφ+c

Стійкість укосу можна оцінити відношенням моментів, що утримують М s,l і зрушують M s,a сил. Відповідно коефіцієнт запасу стійкості визначимо за формулою

Момент утримуючих сил щодо являє собою момент сил Q i .

Момент зсувних сил щодо точки

♯ Тиск ґрунту на огороджувальну поверхню

Тиск ґрунту на огороджувальну поверхню залежить від багатьох факторів: способу та послідовності засипання ґрунту; природного та штучного трамбування; фізико-механічних властивостей ґрунту; випадкових чи систематичних струсів ґрунту; осад та переміщень стінки під дією власної ваги, тиску ґрунту; типу сполучених споруд. Усе це значно ускладнює завдання визначення тиску ґрунту. Існують теорії визначення тиску ґрунту, що використовують передумови, що дозволяють з різним ступенем точності виконувати розв'язки задачі. Зазначимо, що розв'язання цієї задачі виконується у плоскій постановці.

Розрізняють такі види бічного тиску ґрунту:

Тиск спокою (E 0), званий також природним (натуральним), що діє в тому випадку, коли стіна (огороджувальна поверхня) нерухома або відносні переміщення ґрунту та конструкції малі (рис.;

Схема тиску спокою

Активний тиск (E а), що виникає при значних переміщеннях конструкції у напрямку тиску та утворення площин ковзання у ґрунті, що відповідають його граничній рівновазі (рис. 5.10.2). ABC - основа призми обвалення, висота призми 1 м;

Мал. 5.10.2 Схема активного тиску

Пасивний тиск (ЕР), що з'являється при значних переміщеннях конструкції в напрямку, протилежному напрямку тиску і супроводжується початком «випору ґрунту» (рис. 5.10.3). ABC-основа призми випирання, висота призми 1 м;

Схема пасивного тиску

Додатковий реактивний тиск (Е r), який утворюється під час руху конструкції у бік ґрунту (у напрямку, протилежному тиску), але не викликає «випору ґрунту».

Найбільшою з цих навантажень (для однієї й тієї споруди) є пасивний тиск, найменшої - активне. Співвідношення між розглянутими силами виглядає так: Е а<Е о <Е r <Е Р

44 Алгоритм розрахунку осідання основи фундаменту

Завдання розрахунку осідання основи зводиться до обчислення інтеграла.

СНиП передбачає обчислення інтеграла чисельним методом шляхом розбиття ґрунтової товщі підстави на окремі елементарні шари товщиною h i і при цьому вводяться такі припущення:

1. Кожен елементарний шар має постійні Е0 та μ0

2. Напруга в елементарному шарі постійно по глибині і дорівнює напівсумі верхньої та нижньої напруги

3. Є межа товщини, що стискається на глибині, де σ zp =0.2σ zq (де σ zq напруга від власної ваги грунту)

Алгоритм розрахунку опади основи фундаменту

1. Основа розбивається на елементарні шари завтовшки; де h i<0.4b, b- ширина подошвы фундамента.

2. Будуватися епюра навантажень від власної ваги ґрунту σ zq

3. Будуватися епюра напруги від зовнішнього навантаження σ zp

4. Встановлюється межа товщини, що стискається.

5. Визначаючи напругу в кожному елементарному шарі: σ zpi =(σ zp верх +σ zp ниж)/2

6. Розраховується осідання кожного елементарного шару: S i =βσ zpi h i /E i

7. Обчислюється кінцевий осад фундаменту, як сума осад
всіх елементарних шарів, що входять в межу товщини, що стискається.

45. Поняття про розрахунок осад у часі

При спостереженні за опадами основ фундаментів було отримано графік розвитку осад у часі.

Вводиться поняття ступеня консолідації: U=S t /S KOH

Кінцева осадка розраховується методом БНіП.

Ступінь консолідації визначається рішенням диференціального рівняння одновимірної фільтрації:

U=1-16(1-2/π)e - N /π 2 +(1+2/(3π))e -9 N /9+…

Фізичний зміст ступеня консолідації виражає величина показника N:

N=π 2 k Ф t/(4m 0 h 2 γ ω)

Де, k Ф ~ коефіцієнт фільтрації, [див/рік]

m 0 - коефіцієнт відносної стисливості шару; [см 2/кг]

h - товщина шару, що стискається; [см]

t – час; [рік]

γ ω - питома вага води

Визначити осадку основи фундаменту через 1, 2 роки та 5 років. Тиск під підошвою фундаменту р = 2 кгс/см2; ґрунт - суглинок; товщина шару, що стискається 5м; коефіцієнт фільтрації k Ф = 10 – 8 см/сек; Коефіцієнт відносної стисливості суглинку m 0 =0,01 см 2 /кг.

1. Визначаємо величину коефіцієнта консолідації: ^Перевод із секунд на рік

V =k Ф /(m 0 γ ω)=(10 -8 *3*10 7)(см/год)/(0.01(см2/кг)*0,001)=3*10 4 см 2 /рік

2. Визначаємо величину N:

N= π 2 З V t/(4h 2)=0.3t

3. Визначаємо величину ступеня консолідації:

U 1 =1-16(1-2/π)e -0.3 t /π 2

4. Обчислюємо величину кінцевої осідання:

S=hm 0 p=500*0.01*2=10 см

5. Обчислюємо опади у часі, як:
S t =S k U i