Основными элементами открытой разработки карьера, котлована или траншей без крепления откосов является высота Н и ширина l уступа, его форма, крутизна и угол естественного откоса α (рис. 9.3 ). Обрушение уступа происходит чаще всего по линии ВС , расположенной под углом θ к горизонту. Объем ABC называется призмой обрушения. Призма обрушения удерживается в равновесии силами трения, приложенными в плоскости сдвига.
Нарушение устойчивости земляных масс часто сопровождается значительными разрушениями мостов, дорог, каналов, зданий и сооружений, расположенных на оползающих массивах. В результате нарушения прочности (устойчивости природного склона или искусственного откоса) формируются характерные элементы оползня (рис. 9.4 ).
Устойчивость откосов анализируется с помощью теории предельного равновесия или путем рассмотрения призмы обрушения или сползания по потенциальной поверхности скольжения как твердого тела.
Рис. 9.3. Схема откоса грунта: 1 - откос; 2 - линия скольжения; 3 - линия, соответствующая углу внутреннего трения; 4 - возможное очертание откоса при обрушении; 5 - призма обрушения массива грунта
Рис. 9.4.
Элементы оползня
1 - поверхность скольжения; 2 - тело
оползня; 3 - стенка срыва; 4 - положение склона до оползневого смещения; 5 -
коренные породы склона
Устойчивость откоса в основном зависит от его высоты и вида грунта. Для установления некоторых понятий рассмотрим две элементарные задачи:
- устойчивость откоса идеально сыпучего грунта;
- устойчивость откоса идеально связного массива грунта.
Устойчивость откоса идеально сыпучего грунта
Рассмотрим в первом случае устойчивость частиц идеально сыпучего грунта , слагающего откос. Для этого составим уравнение равновесия твердой частицы М , которая лежит на поверхности откоса (рис. 9.5,а ). Разложим вес этой частицы F на две составляющие: нормальную N к поверхности откоса АВ и касательную Т к ней. При этом сила Т стремится сдвинуть частицу М к подножию откоса, но ей будет препятствовать противодействующая сила Т" , которая пропорциональна нормальному давлению.
Устойчивость откоса идеально связного массива грунта
Рассмотрим устойчивость откоса АД высотой Н k для связного грунта (рис. 9.5,6 ). Нарушение равновесия при некоторой предельной высоте произойдет по плоской поверхности скольжения ВД , наклоненной под углом θ к горизонту, так как наименьшей площадью такой поверхности между точками В и Д будет обладать плоскость ВД . По всей этой плоскости будут действовать силы удельного сцепления С .
Площадки, ограничивающие не рабочие уступы, называются – бермами. Различают предохранительные бермы, бермы механической очистки и транспортные бермы. Предохранительные бермы равны 1/3 расстояния по высоте между смежными бермами. Бермы механической очистки обычно больше либо равны 8 метров (для заезда бульдозеров для очистки осыпанной породы).
Транспортные бермы – это площадки, оставляемые на нерабочем борту карьера для передвижения транспортных средств. Предохранительные бермы – это площадки, оставляемы на нерабочем борту карьера для повышения его устойчивости и задержания осыпающихся кусков породы. Обычно они слегка наклонены в сторону вышележащего откоса уступа. Бермы должны оставляться не более чем через 3 уступа. Призма обрушения – это неустойчивая часть уступа между откосом уступа и плоскостью естественного обрушения и ограниченная верхней площадкой. Ширина основания призмы обрушения (Б) называется бермой безопасности и определяется по формуле: .
Порядок развития открытых горных работ
Порядок развития открытых горных работ в пределах карьерного поля не может устанавливаться произвольно. Он зависит от типа разрабатываемого месторождения, рельефа поверхности, формы залежи, положения залежи относительно господствующего уровня поверхности, угла её падения, мощности, строения, распределения по качеству полезных ископаемых и типов вскрышных пород. Дальнейшим следствием является выбор вида открытых горных разработок: поверхностного, глубинного, нагорного, нагорно-глубинного или подгорного. Дальнейшим нашим действием является принципиальное предварительное решение о карьерном поле – его возможных глубине, размерах по дну и поверхности, углах откосов бортов, а так же общих запасов гонной массы и полезных ископаемых в частности. Устанавливаются так же возможные места расположение потребителей полезных ископаемых, отвалов, хвосто-хранилищ и их ориентировочные вместимости, что позволяет наметить возможные направления и пути перемещения карьерных грузов. На основании вышеуказанных рассуждений устанавливаются возможные размеры карьерного поля, его местоположении в увязке с рельефом поверхности, а так же примерные контуры горного отвода будущего предприятия. Только после этого с учётом планируемой мощности карьера приступают к решению задачи о порядке развития горных работ в пределах карьерного поля. Для ускоренного ввода карьера в эксплуатацию и сокращения уровня капитальных затрат горные работы начинают вести там где залежь полезного ископаемого находится ближе к поверхности. Главная цель открытых горных работ – добыча из недр полезных ископаемых с одновременной выемкой большого объёма покрывающей и вмещающей залежь вскрышных пород достигается при чёткой и высокоэкономичной организации ведущего и наиболее дорого процесса открытых горных работ – перемещение горной массы из забоев в пункты приёма на складах и отвалах (до 40%). Эффективность перемещения карьерных грузов достигается организацией устойчиво действующих потоков полезных ископаемых и вскрышных пород применительно к которым решаются вопросы вскрытия рабочих горизонтов карьерного поля, а так же и мощностей используемых транспортных средств. Технические решения при открытой разработке месторождений и экономические её результаты определяются соотношениями объёмов вскрышных и добычных работ в целом и по периодам деятельности карьера. Количественная оценка этих соотношений производится с применением коэффициента вскрыши.
Крутые траншеи и полутраншеи
По углу наклона капитальные траншеи делятся на крутые. Крутые траншеи глубинного вида обычно имеют внутреннее заложение. По расположению относительно борта карьера они подразделяются на поперечные и диагональные. Поперечные крутые траншеи применяются в тех случаях когда общий угол откоса борта карьера меньше. Диагональные крутые траншеи обычно применяются для размещения конвейерных и автомобильных подъёмников. Крутые траншеи характерны при оставлении на нерабочем борту транспортных берм (съездов).
Временные съезды
Основное отличие временных съездов от скользящих – следующее:
1. Временные съезды не перемещаются (не скользят) при попеременной отработке верхнего и нижнего под уступов в пределов съездов;
2. Строительство временных съездов как правило (в скальных и полу скальных породах) включает обуривание и взрывание породного блока в пределах съезда на высоту уступа и проходку съезда чаще всего с перемещением взорванной породы пол откос экскаватором или бульдозером;
3. Отработка старых съездов осуществляется путём выемки взорванной породы с погрузкой в автомобильный транспорт;
Трасса временных съездов простая или петлевая, коэффициент удлинения простой временной трассы зависит в основном от ширины рабочей площадки. Автомобильные съезды могу примыкать к горизонтам на руководящем уклоне, смягчённом уклоне (с пологой вставкой) и на площадке. Примыкание на руководящем уклоне характерно для съездов на верхних, уже отработанных горизонтах при сквозном движении автомобилей по этим съездам.
Основными видами земляных работ в жилищном и гражданском строительстве являются разработка котлованов, траншей, планировка участков и т. д.
Анализ травматизма в строительстве показывает, что на земляные работы приходится около 5,5% всех несчастных случаев, причем из всего количества несчастных случаев с тяжелым исходом по всем видам работ 10% связано с выполнением земляных работ.
Рис. 1. Схема откоса
Основная причина травматизма при земляных работах - обрушение грунта. Причинами обрушения грунта являются в основном разработка грунта без креплений с превышением критической высоты вертикальных стенок траншей, и котлованов, неправильная конструкция креплений стенок траншей и котлованов и др.
Разрабатываемые грунты делятся на три большие группы: связные (глинистые и подобные им); несвязные (песчаные, насыпные) и лёссовые.
К земляным работам можно приступать только при наличии проекта производства работ или технологические карты на разработку грунтов.
По правилам техники безопасности рытье котлованов и траншей малой глубины в грунтах естественной влажности и при отсутствии грунтовых вод может производиться без креплений. Предотвратить обрушение и обеспечить устойчивость грунтовых масс можно двумя способами: образованием безопасных откосов грунта или постановкой креплений. В большинстве случаев обрушение грунтов происходит из-за нарушения крутизны откосов разрабатываемых котлованов и траншей.
Основными элементами открытой разработки карьера, котлована или траншеи без крепления является ширина l и высота Н уступа, форма уступа, угол откоса α, крутизна. Обрушение уступа происходит чаще всего по линии АС, расположенной под углом θ к горизонту. Объем ABC называют призмой обрушения. Призма обрушения удерживается в равновесии силами трепия, приложенными в плоскости сдвига.
Для связных грунтов пользуются понятием «угол внутреннего трения» φ. Эти грунты кроме сил трения обладают и силой сцепления между частицами. Силы сцепления достаточно велики, поэтому связный грунт довольно устойчив. Однако при разработке (резании) грунты разрыхляются, структура их нарушается и они теряют связность. Также изменяются силы трения и сцепления, уменьшаясь с увеличением влажности. Поэтому устойчивость незакрепленных откосов также непостоянна и сохраняется временно до изменения физико-химических свойств грунта, связанного в основном с атмосферными осадками в летнее время и последующим увеличением влажности грунта. Так, угол естественного откоса φ для песка сухого 25...30°, песка влажного 20°, глины сухой 45° и глины влажной 15°. Установление безопасной высоты уступа и угла откоса является важной задачей. От правильного выбора угла откоса зависит безопасность разработки котлована.
Исходя из теории устойчивости горных пород, критическая высота вертикальной стенки при α=90° определяется по формуле В. В. Соколовского:
Где Н кр - критическая высота вертикальной стенки, м; С - сила сцепления грунта, т/м 2 ; ρ - плотность грунта,т/м 3 ; φ - угол внутреннего трения (С, ρ, φ определяют по таблицам).
При определении предельной глубины котлована или траншеи с вертикальной стенкой вводят коэффициент запаса, принимаемый равным 1,25:
Откос котлована или траншеи, устраиваемый в сыпучих грунтах, будет устойчивым, если угол, образованный его поверхностью с горизонтом, не превышает угла внутреннего трения грунта.
В карьерах, разрабатываемых на большую глубину (20...30 м и более), наибольшую опасность представляют оползни, способные засыпать нижний участок работ вместе с машинами, оборудованием и обслуживающим персоналом. Наибольшее количество оползней бывает весной и осенью в периоды активного действия паводковых вод, дождей и оттаивания.
Наибольшая допустимая глубина котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений H пр, а также допустимая крутизна откосов (отношение высоты откоса к его заложению - Н:l) для различных грунтов приведены в таблице. В том случае, когда по высоте откоса имеется напластование различных грунтов, крутизну откоса определяют по наиболее слабому грунту.
При разработке котлованов и траншей в качестве профилактических мер борьбы с обвалами и обрушениями выполняются с расчетным обоснованием следующие работы: устройство подпорных стенок; преднамеренное обрушение нависающих козырьков; уменьшение угла откоса путем зачистки драглайнами или разделение откоса на уступы с устройством промежуточных берм.
Крепление вертикальных стенок траншей и котлованов производится как инвентарными, так и неинвентарными устройствами.
Таблица 1. Допустимые параметры откосов, выполняемых без креплений
| Грунты | Н пр, м | Глубина выемки, м | |||||
| до 1,5 | до 3 | до 5 | |||||
| α, град | H:l | α, град | H:l | α, град | H:l | ||
| Насыпные неуплотненные Песчаные и гравийные Супесь Суглинок Глина |
1 1 |
56 63 |
1:0,25 1:0,5 |
45 45 |
1:1 1:1 |
39 45 |
1:1,25 1:1 |
Виды креплений могут быть различными. Их конструкции зависят от типа грунта, глубины выемки и расчетных нагрузок. В связных грунтах естественной влажности ставят щитовые крепления (с просветом в одну доску, а во влажных сыпучих грунтах - сплошное. Распорки таких креплений делают раздвижными.
Крепления рассчитывают на активное давление грунта. Активное давление в песчаных грунтах, где силы сцепления между частицами незначительны, Па,
Где Н - глубина траншеи, м; ρ - плотность грунта, т/м 3 ; φ - угол естественного откоса (угол внутреннего трения для связных грунтов), град.
Для связных грунтов активное давление грунта
Где С - сцепление грунта.
Рассчитывая крепления в связных грунтах, следует учитывать, что при расчете котлованов и траншей грунт на поверхности разрыхляется и теряет связность, поэтому вторую часть формулы в некоторых случаях можно не принимать в расчет.
Эпюра активного давления грунта представляет.собой треугольник, вершина которого расположена по границе бровки траншеи, а максимальное значение давления р mах - на уровне дна траншеи.
Рис. 2. Схема щитового крепления:
1 - распорки; 2 - стойки; 3 - щиты; 4 - эпюра давления 
Рис. 3. Анкерное крепление траншей:
1 - анкер; 2 - оттяжка; 3 - призма обрушения; 4 - щиты; 5 - стойка
В креплениях распорного типа расчету подлежат доски крепления, стойки и распорки. Распорки рассчитывают на прочность и на устойчивость.
Расстояние между стойками щитового инвентарного крепления зависит от ширины используемых досок h:
В случаях, когда распорки в траншейных креплениях затрудняют выполнение в них строительно-монтажных работ, например, по прокладке трубопроводов или других коммуникаций, вместо распорок применяют оттяжки и анкеры.
Следует отметить, что устройство и разборка применяемых неинвентарных креплений, состоящих из отдельных досок, стоек и распорок, связаны с трудоемкой и опасной работой. Особенно опасны работы по разборке таких креплений. Кроме того, неинвентарные крепления требуют большого расхода материалов и имеют низкую оборачиваемость крепежного материала, что повышает их стоимость.
Внешняя дополнительная нагрузка при разработке выемок (отвал земли, установка на краю откоса строительных машин и др.) может вызвать обрушение грунтовых масс, если их расположение не будет учитываться.
Учет дополнительных нагрузок при определении активного давления грунта производится приведением дополнительной нагрузки к равномерно распределенной на призме обрушения с плотностью, равной плотности плотного грунта.
Рис. 4. Схема образования «козырька» a
Рис. 5. Установка экскаватора при разработке котлована или траншеи
Полученная таким образом высота дополнительной нагрузки добавляется к глубине траншеи. При разработке глубоких котлованов экскаватором, оборудованным прямой лопатой и установленным на дне выемки, образуется «козырек» а.
Таблица 2. Допустимые расстояния L
Это происходит за счет того, что при такой установке экскаватор образует откосы, равные 1/3 высоты стрелы. Опасность обрушения «козырька» приводит к необходимости устанавливать экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, на верху разрабатываемой выемки. При расположении вблизи выемки с неукрепленными откосами строительных машин необходимо определять расстояние L от ближайшей к выемке опоры машин до бровки откоса (рис. 1). Это расстояние зависит от высоты выемки H, типа и состояния грунта и определяется по табл. 1 и по формуле
При возведении зданий и сооружений из готовых конструкций и деталей с применением большого количества строительных машин и механизмов строительная площадка превращается в монтажную.
Монтаж конструкций состоит из взаимно связанных подготовительных и основных процессов. К подготовительным процессам относятся строительство подкрановых путей, завоз конструкций, укрупненная сборка деталей, устройство подмостей для работы монтажников, к основным - строповка конструкций, подъем, установка конструкций на опоры, временное закрепление, выверка и окончательное крепление монтируемых элементов. Большинство несчастных случаев при монтаже строительных конструкций возникает вследствие ошибок при проектировании зданий и сооружений; при изготовлении конструкций на заводах, в проектах производства работ и др.
Главными вопросами безопасной организации работ кроме выбора наиболее рационального метода монтажа и соответствующей последовательности установки отдельных элементов являются: определение необходимых приспособлений для производства всех видов монтажные процессов и рабочих операций (типы кондукторов или иных фиксирующих приспособлений, такелажное оборудование и др.); способы установки, предупреждающие возможность возникновения опасных напряжений в процессе подъема конструктивных элементов; способы временного крепления монтируемых элементов, обеспечивающие пространственную жесткость смонтированной части здания и устойчивость каждого отдельного элемента конструкции; последовательность окончательного закрепления элементов и снятия временных приспособлений.
Важнейшим фактором для устранения травматизма при монтаже строительных конструкций является правильный расчет конструкций при транспортировании, складировании и монтаже.
Крупногабаритные конструкции при транспортировании следует устанавливать на две опоры и рассчитывать по схеме однопролетной балки. Принятая расчетная схема при транспортировании, как правило, не совпадает с расчетной схемой, принятой при расчете конструкции на основное воздействие. Деревянные подкладки, на которые опирается конструкция, следует проверять на смятие.
Рис. 6. Схема закрепления фермы при траспортировке:
1 - распорка; 2 - трос; 3 - скоба; 4 - ферма; 5 - талреп; 6 - тяга; 7 - петля
При перевозке колонн большой длины на роспусках опора на прицепе должна быть подвижной, допускающей свободный поворот, чтобы исключить поперечный изгибающий момент. Число укладываемых рядов по высоте принимают до 5.
Рис. 7. Подъем фермы траверсой:
1 - траверса; 2 - ферма
Стеновые панели и перегородки транспортируют в вертикальном или наклонном положении. В этом случае возможны опасные боковые толчки в плоскости наименьшей жесткости панели. Для их локализации применяют специальные амортизаторы, устанавливаемые в опорных частях. При транспортировании крупногабаритных сквозных ферм применяют специальные панелевозы, и проверку сечений производят по наиболее опасным сечениям элементов ферм. Определение усилий в раскосах и узлах ферм проводят методами строительной механики с учетом коэффициента динамичности и принятой системы опирания фермы при транспортировке. На панелевозах фермы закрепляют с помощью упоров и оттяжек (рис. 1).
Безопасность работ при монтаже конструкций обеспечивается прежде всего правильно запроектированными траверсами и стропами. При подъеме и установке ферм (рис. 5.2) в отдельных элементах усилия могут быть значительно большими, чем рассчитанные при эксплуатационных нагрузках. В них возможно также изменение знаков напряжений - растянутые элементы могут оказаться сжатыми и наоборот. Поэтому, как правило, при подъеме траверсу закрепляют за средние узлы фермы.
Расчет колонн на нагрузку, возникающую прр подъеме, дополнительно не производят. В рабочих чертежах колонн предусмотрены возможности безопасного их подъема из горизонтального в вертикальное положение (рис. 3).
Рис. 8. Подъем колонны:
1 - колонна; 2 - трос; 3 - рамочный захват; 4 - подкладки деревянные
При установке колонны в фундаментный стакан до замоноличивания ее основания колонна должна быть закреплена расчалками или клиньями (рис. 4). В обоих случаях проводят расчет колонны на действие ветровой нагрузки. При недостаточном закреплении может произойти опрокидывание или наклон колонн. В общем виде уравнение устойчивости имеет вид
Где К - коэффициент запаса, равный 1,4; М 0 - опрокидывающий момент от действия ветра, Н·м; М у - удерживающий момент, создаваемый массой колонны, Н·м; М закр - то же, креплением, Н·м.
В тех случаях, когда по произведенному расчету устойчивость не обеспечивается, применяют инвентарные клиновые вкладки и стальные кондукторы.
Рис. 9. Временное закрепление колонн при монтаже:
1 - расчалка; 2 - хомут; 3 - колонна; 4 - клинья; 5 - фундамент 
Рис. 10. Временное крепление конструкций:
a - крайней фермы; б - средних ферм; 1 - колонна; 2 - ферма; 3 - растяжка; 4 - распорка
Смонтированные отдельные элементы сооружения (колонны, фермы, балки) должны образовывать устойчивые системы до завершения полного комплекса монтажных работ. Для этого отдельные части смонтированных элементов соединяются в пространственно жесткие системы с помощью постоянных связей, прогонов или временных расчалок.
При подъеме конструкций применяют стропы, стальные и пеньковые канаты, траверсы и различные захваты.
Способ строповки и конструкция стропа зависит от габаритов и массы монтируемого элемента, расположения точек строповки на поднимаемом элементе, применяемого грузоподъемного оборудования, условий подъема и положения элемента на различных этапах монтажа. Стропы делятся на гибкие с одной, двумя, четырьмя и шестью ветвями и жесткие типа траверс или захватов.
Усилие в каждой ветви стропа
Где α - угол между вертикалью и стропом; G - вес поднимаемого груза, Н; n - количество стропов; k - коэффициент.
С увеличением угла наклона ветвей стропа в них растут сжимающие усилия. Принимают α = 45... 50°, а угол между ветвями стропов - не более 90°.
Длина ветви стропа
где h - высота стропа; b - расстояние между стропами по диагонали.
Рис. 11. Схема усилий в ветвях стропа
Рис. 12. Зависимость усилий в ветвях стропа от угла между стропами
Иногда для строповки вместо канатов применяют цепи. Выбор канатов или цепей ведут по наибольшему натяжению ветви каната S:
где Р - разрушающая нагрузка, которая принимается по разрывному усилию каната, приведенному в заводском паспорте или по диаметру звена цепи, Н; К - коэффициент запаса прочности (3...8), зависящий от типа стропов и подъемных механизмов.
Для повышения срока службы стропов, предотвращения смятия и истирания друг о друга или об острые углы кромок конструкций, перекручивания, ударов применяют инвентарные металлические подкладки.
Жесткие стропы применяют при недостаточной высоте подъема монтажного крана или в том случае, когда поднимаемая конструкция не допускает применения гибких стропов. Как правило, жесткий строп применяют в виде траверсы. Наибольшее распространение траверсы получили при монтаже сборных железобетонных ферм и балок, особенно предварительно напряженных, а также большепролетных металлических конструкций. Траверсы применяют двух типов: работающие на изгиб и на сжатие.
В последнее время все шире применяется прогрессивный метод монтажа крупноблочных конструкций, который позволяет снизить их трудоемкость, повысить безопасность работ и сроки строительства. Размеры и масса отправляемых с заводов стальных конструкций ограничены грузоподъемностью транспортных средств и габаритами производственных помещений. Обычно длину отправляемых элементов принимают 12... 18 м. Иногда по требованию заказчиков стропильные фермы поставляются длиной до 24 м.
При производстве различных строительно-монтажных работ применяются леса и подмости из металлических трубчатых элементов, в работе которых бывают дефекты, нередко приводящие к обрушению. Леса и подмости являются временными, но многократно используемыми строительными конструкциями.
Иногда могут возникнуть тяжелые групповые несчастные случаи из-за обрушения лесов. Анализ ряда аварийных случаев показал, что их обрушение происходит по ряду причин, которые делятся на три группы.
Первая группа - это комплекс причин, вызванный неудовлетворительным проектированием лесов без учета действительных условий работы конструкции. Например, крепление лесов к вертикальной поверхности строительного объекта осуществляется с помощью анкерных пробок различных конструкций, расположенных в шахматном порядке через два яруса по высоте и через два пролета по длине здания. Однако осуществить таким образом крепление не всегда возможно ввиду различных особенностей сооружений, к которым эти леса должны крепиться. При изменении схемы крепления лесов к зданию меняются условия работы лесов на различные виды нагрузок, изменяется схема конструкции, что может вызвать аварию последней.
Вторая группа - причины, обнаруженные на стадии изготовления и монтажа лесов. Инвентарные леса должны быть изготовлены индустриальными методами. Однако на практике это не всегда возможно. Часто леса изготовляют непосредственно на строительной площадке без соответствующего проекта или с резкими отклонениями от проектных величин и размеров. Часто при монтаже лесов строители заменяют недостающие элементы другими без расчетного и теоретического обоснования такой замены. Перед монтажом конструкции лесов необходимо тщательно подготавливать основания для их дальнейшей установки, так как от состояния опоры зависит устойчивость всей конструкции. При установке лесов необходимо обеспечить нужный отвод поверхностных и грунтовых вод, невыполнение которого грозит нарушением основания под лесами.
Третья группа - причины обрушения лесов относятся к стадии их эксплуатации. Часто они являются следствием недостаточного технического руководства или отсутствием надзора при монтаже и при эксплуатации лесов.
По статистике значительное количество аварий лесов происходит из-за перегрузки. Нарушение или изменение схемы нагружения лесов, которые обычно рассчитаны на определенный вид нагрузки по заранее предусмотренной схеме ее расположения, может привести к их обрушению.
Леса состоят из стоек, расположенных в два ряда с шагом между стойками в двух взаимно перпендикулярных направлениях равным 2 м в осях, а также продольных и поперечных ригелей, устанавливаемых через каждые 2 м по высоте. Для обеспечения несмещаемости узлов в каждом ярусе устанавливают горизонтальные диагональные связи через 4...5 панелей.
По способу соединения элементов лесов между собой наиболее распространенными в строительной практике являются два типа металлических трубчатых лесов.
Леса на безболтовых соединениях имеют неизменяемую схему каркаса как для каменной кладки, так и для отделочных работ. К стойкам привариваются патрубки, а к ригелям - крюки из круглой стали, загнутые под прямым углом. При таком способе крепления монтаж каждого горизонтального элемента лесов сводится к введению крюков в соответствующие патрубки стоек до упора.
Леса другого типа - на соединениях в виде шарнирных хомутов. При этом принимаются разные расстояния между стойками применительно к нагрузкам при каменной кладке и отделочных работах.
Пространственная жесткость всего каркаса лесов дополнительно обеспечивается постановкой диагональных связей в вертикальной плоскости по наружному ряду стоек в трех крайних панелях с обоих концов секций лесов.
Рис. 13. Леса на безболтовых соединениях:
а - монтажная схема лесов; б - деталь опирания трубчатой стойки; в - сопряжение горизонтальных элементов со стойкой; г - узел, крепления лесов к стенке
По конструктивным признакам различают леса рамные, лестничные, стоечные, подвесные. По назначению леса делят: для производства каменных и железобетонных, отделочных и ремонтных работ; монтажа конструкций; возведения сводов оболочек.
Рис. 14. Леса с шарнирными хомутами:
а - монтажная схема (размеры в скобках - для отделочных работ); б - элемент шарнирного крепления
Леса, применяемые для каменной кладки, монтируют (наращивают) по ходу работ. Леса для отделочных и ремонтных работ возводят на всю высоту объекта до начала работ. Лева для монтажных работ используют в качестве временных опор для монтируемых конструкций. Они должны соответствовать весу монтируемых конструкций. Леса для возведения сборных и монолитных железобетонных оболочек имеют сложный жесткий пространственный каркас. Такие леса выполняют по индивидуальным проектам в зависимости от конструкций оболочек с учетом технологии возведения оболочки.
Пo характеру опирания леса делят на стационарные (неподвижные), передвижные, подвесные и подъемные.
Описанные выше леса относятся к стационарным. Предельная высота таких лесов определяется расчетом н достигает для каменной кладки 40 м, для отделочных работ - 60 м. При высоте объекта, превышающей 60 м, применяют подвесные леса. Такие леса подвешивают к консолям укрепленным на верху объекта. Передвижные и подъемные леса применяют для ремонтных работ на фасадах зданий высотой 10... 15 м. Они рассчитаны - на собственную устойчивость, в связи с чем их нижние опорные рамы уширяют до 2,5 м.
Устойчивость секции лесов зависит как от приложенных вертикальных нагрузок, так и от системы крепления секции, лесов к объекту.
Для организации рабочих мест на малых участках фронта строительно-монтажных и ремонтных работ внутри помещений устанавливают подмости. По конструктивным признакам их делят на: сборно-разборные, блочные, навесные, подвесные, телескопические.
Сборно-разборные подмости состоят из отдельных элементов и трудоемки при монтаже, демонтаже и транспортировании, что ограничивает их применение.
Блочные подмости представляют собой объемный элемент, перемещаемый с этажа на этаж башенным краном. Некоторые типы блочных подмостей имеют колеса для перемещения их в пределах этажа. Из комплекта блочных подмостей устраивают ленточное замащивание вдоль стены с ограждением свободного края, а в случае надобности - замащивание по всей площади помещения.
Навесные подмости предназначаются для работы на высоте. К ним относятся и навесные люльки. Люльки применяют для ремонтных работ на фасадах зданий. Самоподъемные люльки имеют по концам лебедки, которые могут быть ручными и с электроприводом (в последнем случае электродвигатели могут работать синхронно и раздельно для устранения перекосов).
Подвесные подмости применяют для монтажа балок или ферм. Их укрепляют вместе с лестницами на колоннах, еще до подъема этих колонн.
Подмости на телескопических вышках применяют как внутри высоких зданий, так и для наружных работ. Они состоят из рабочей площадки с ограждениями и опорной части. Рабочая площадка может подниматься й опускаться. Опорной частью может служить автомобиль.
В тех случаях, когда приведении строительно-монтажных работ невозможно или нецелесообразно устраивать леса, подмости и ограждения, рабочие должны быть обеспечены предохранительными поясами.
Рис. 15. Монтаж колонны:
1 - подвесные подмости; 2 - навесная лестница
Амортизирующим элементом является простроченная специальным швом лента, которая гасит динамическую нагрузку при падении за счет разрыва строчки.
Предохранительные пояса марок ВМ (верхолаза-монтажника) и BP (верхнего рабочего) кроме ремня имеют наплечно-набедренные лямки и нагрудные ремни. При падении человека с высоты такой пояс равномерно распределяет нагрузку на весь корпус, что исключает возможность перелома позвоночника. Пояса и карабины поовеояют два раза в год, испытывая их на прочность статической нагрузкой в 2 кН.
Расчет осадок заключается в том, что приравниваются осадки, с одной стороны, штампа (гибкого или жесткого), находящегося на упругом однородном линейно-деформируемом полупространстве, а, с другой стороны, поверхности безграничного линейно-деформируемого слоя при тех же величинах внешней нагрузки, действующей одинаково по всей границе этого слоя, и модуля деформации. В результате этого приравнивания находится толщина такого слоя h экв, названного эквивалентным. На рисунке 5.6.1 рассматривается схема способа:
Расчет осадки по способу эквивалентного слоя
♯ Виды нарушения откосов
Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь.
Откосы нередко подвержены деформированию в виде обрушений (рис. 5.7.1,а), оползней (см. рис. 5.7.1 б,в,г), осыпаний и оплывании (см. рис. 5.7.1 ,д).
Обрушения имеют место при потере массивом грунта опоры у подножия откоса. Оползни и оползания характеризуются перемещением некоторого объема грунта. Осыпание происходит при превышении силами сдвига сопротивления несвязного грунта на незакрепленной поверхности. Оплыванием (сплывом) называется постепенная деформация нижней части обводненного откоса или склона без образования четких поверхностей скольжения.
Основными причинами потери устойчивости откосов являются:
– устройство недопустимо крутого откоса;
– устранение естественной опоры массива грунта из-за разработки траншей, котлованов, подмыва откосов и т.д.;
– увеличение внешней нагрузки на откос, например, возведение сооружений или складирование материалов на откосе или вблизи него;
– снижение сцепления и трения грунта при его увлажнении, что возможно при повышении уровня подземных вод;
– неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта;
– влияние взвешивающего действия воды на грунты в основании;
– динамические воздействия (движение транспорта, забивка свай и т.п.), проявление гидродинамического давления и сейсмических сил.
Нарушение устойчивости откосов часто является результатом нескольких причин, поэтому при изысканиях и проектировании необходимо оценивать вероятные изменения условий существования грунтов в откосах в течение всего периода их эксплуатации.
Рисунок 5.7.1. Характерные виды деформаций откосов:
а - обрушение; б - сползание; в - оползень; г - оползень с выпором; д - оплывание;
1 - плоскость обрушения; 2 - плоскость скольжения; 3 - трещина растяжения; 4 - выпор грунта;
5 - слабая прослойка; б, 7 - установившийся и первоначальный уровни воды;
8 - поверхность оплывания; 9 - кривые депрессии.
Различают три типа разрушения откоса:
– разрушение передней части откоса. Для крутых склонов (а > 60°) характерно сползание с разрушением передней части откоса. Такое разрушение чаше всего возникает в вязких грунтах, обладающих адгезионной способностью и углом внутреннего трения;
– разрушение нижней части откоса. На сравнительно пологих откосах разрушение происходит таким образом: поверхность скольжения соприкасается с глубоко расположенным твердым слоем. Такой тип разрушения чаще всего возникает в слабых глинистых грунтах, когда твердый слой расположен глубоко;
– разрушение внутреннего участка откоса. Разрушение происходит таким образом, что край поверхности скольжения проходит выше передней части откоса. Такое разрушение также возникает в глинистых грунтах, когда твердый слой находится сравнительно неглубоко
♯ Методы расчета устойчивости откосов
Основными элементами открытой разработки карьера, котлована или траншей без крепления откосов является высота Н и ширина l уступа, его форма, крутизна и угол естественного откоса α (рис.5.8.1). Обрушение уступа происходит чаще всего по линии ВС, расположенной под углом θ к горизонту. Объем АВС называется призмой обрушения. Призма обрушения удерживается в равновесии силами трения, приложенными в плоскости сдвига.
Схема откоса грунта:
1 - откос; 2 - линия скольжения; 3 - линия, соответствующая углу внутреннего трения;
4 - возможное очертание откоса при обрушении; 5 - призма обрушения массива грунта.
Устойчивость откосов анализируется с помощью теории предельного равновесия или путем рассмотрения призмы обрушения или сползания по потенциальной поверхности скольжения как твердого тела.
Устойчивость откоса в основном зависит от его высоты и вида грунта. Для установления некоторых понятий рассмотрим две элементарные задачи:
– устойчивость откоса идеально сыпучего грунта;
– устойчивость откоса идеально связного массива грунта.
Рассмотрим в первом случае устойчивость частиц идеально сыпучего грунта, слагающего откос(рисунок 5.8.2.а). Для этого составим уравнение равновесия твердой частицы М, которая лежит на поверхности откоса. Разложим вес этой частицы F на две составляющие: нормальную N к поверхности откоса АВ и касательную Т к ней. При этом сила Т стремится сдвинуть частицу М к подножию откоса, но ей будет препятствовать противодействующая сила Т ", которая пропорциональна нормальному давлению.
Схема сил, действующих на частицу откоса: а - сыпучий грунт; б - связный грунт
где f – коэффициент трения частицы грунта по грунту, равный тангенсу угла внутреннего трения.
Уравнение проекции всех сил на наклонную грань откоса в условиях предельного равновесия
где tgα=tgφ, от сюда α=φ.
Таким образом, предельный угол откоса сыпучего грунта равен углу внутреннего трения. Этот угол носит название угол естественного откоса.
Рассмотрим устойчивость откоса АД высотой Н к для связного грунта (рис. 5.8.2б). Нарушение равновесия при некоторой предельной высоте произойдет по плоской поверхности скольжения ВД, наклоненной под углом θ к горизонту, так как наименьшей площадью такой поверхности между точками В и Д будет обладать плоскость ВД. По всей этой плоскости будут действовать силы удельного сцепления С.
Уравнение равновесия всех сил, действующих на оползневую призму АВД.
Согласно рис. 5.8.2б сторона призмы обрушения АВ = Н к ctg θ, получим
где γ – удельный вес грунта.
Силами, сопротивляющимися скольжению, будут лишь силы удельного сцепления, которые распределяются по плоскости скольжения
В верхней точке В призмы AВД давление будет равно нулю, а в нижней точке Д максимальное, тогда по середине - половине удельного сцепления.
Составим уравнение проекции всех сил на плоскость скольжения и приравняем ее к нулю:
откуда 
Полагая sin2θ=1 при θ = 45°, получим
Из последнего выражения видно, что при высоте котлована (откоса) Н к > 2с/γ произойдет обрушение массива грунта по некоторой плоскости скольжения под углом θ к горизонту.
Грунты обладают не только сцеплением, но и трением. В связи с этим проблема устойчивости откосов становится значительно сложнее, чем в рассмотренных случаях.
Поэтому на практике для решения задач в строгой постановке, большое распространение получил метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения.
♯ Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения
Большое распространение на практике получил метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Сущность этого метода заключается в отыскании круглоцилиндрической поверхности скольжения с центром в некоторой точке О, проходящей через подошву откоса, для которой коэффициент устойчивости будет минимальным (рис).
Рис. 5.9.1. Схема к расчету устойчивости откоса методом круглоцилиндрической поверхности скольжения
Расчет ведется для отсека, для чего оползающий клин ABC разбивается на п вертикальных отсеков. Делается предположение, что нормальные и касательные напряжения, действующие по поверхности скольжения, в пределах каждого из отсеков оползающего клина определяются весом данного отсека Q t и равны соответственно:
где А i – площадь поверхности скольжения в пределах 1-го вертикального отсека, А i = 1l i ;
l – длина дуги скольжения в плоскости чертежа (см. рис. 5.6.1).
Препятствующее оползанию откоса сопротивление сдвигу по рассматриваемой поверхности в предельном состоянии τ u =σ·tgφ+c
Устойчивость откоса можно оценить отношением моментов удерживающих М s,l и сдвигающих M s,a сил. Соответственно коэффициент запаса устойчивости определим по формуле
Момент удерживающих сил относительно О представляет собой момент сил Q i .
Момент сдвигающих сил относительно точки О
♯ Давление грунта на ограждающую поверхность
Давление грунта на ограждающую поверхность зависит от многих факторов: способа и последовательности засыпки грунта; естественного и искусственного трамбования; физико-механических свойств грунта; случайных или систематических сотрясений грунта; осадок и перемещений стенки под действием собственного веса, давления грунта; типа сопряженных сооружений. Все это значительно осложняет задачу определения давления грунта. Существуют теории определения давления грунта, использующие предпосылки, позволяющие с разной степенью точности выполнять решения задачи. Отметим, что решение этой задачи выполняется в плоской постановке.
Различают следующие виды бокового давления грунта:
Давление покоя (E 0), называемое также естественным (натуральным), действующее в том случае, когда стена (ограждающая поверхность) неподвижна или относительные перемещения грунта и конструкции малы (рис.;
Схема давления покоя
Активное давление (E а), возникающее при значительных перемещениях конструкции в направлении давления и образования плоскостей скольжения в грунте, соответствующих его предельному равновесию (рис. 5.10.2). ABC - основание призмы обрушения, высота призмы 1 м;
Рис. 5.10.2 Схема активного давления
Пассивное давление (Е р), появляющееся при значительных перемещениях конструкции в направлении, противоположном направлению давления и сопровождающееся началом «выпора грунта» (рис. 5.10.3). ABC- основание призмы выпирания, высота призмы 1 м;
Схема пассивного давления
Дополнительное реактивное давление (Е r), которое образуется при движении конструкции в сторону грунта (в направлении, противоположном давлению), но не вызывает «выпора грунта».
Наибольшей из этих нагрузок (для одного и того же сооружения) является пассивное давление, наименьшей - активное. Соотношение между рассмотренными силами выглядит так: Е а <Е о <Е r <Е Р
44 Алгоритм расчета осадки основания фундамента
Задача расчета осадки основания сводиться к вычислению интеграла.
СНиП предусматривает вычисление интеграла численным методом путем разбиения грунтовой толщи основания на отдельные элементарные слои толциной h i и при этом вводятся следующие допущения:
1. Каждый элементарный слой имеет постоянные Е 0 и μ 0
2. Напряжение в элементарном слое постоянно по глубине и равно полусумме верхнего и нижнего напряжений
3. Имеется граница сжмаемой толщи на глубине, где σ zp =0.2σ zq (где σ zq напряжение от собственного веса грунта)
Алгоритм расчета осадки основания фундамента
1. Основание разбивается на элементарные слои толщиной; где h i <0.4b, b- ширина подошвы фундамента.
2. Строиться эпюра нарпяжений от собственного веса грунта σ zq
3. Строиться эпюра напряжений от внешней нагрузки σ zp
4. Устанавливается граница сжимаемой толщи.
5. Определяетсяя напряжение в каждом элементарном слое: σ zpi =(σ zp верх +σ zp ниж)/2
6. Рассчитывается осадка каждого элементарного слоя: S i =βσ zpi h i /E i
7. Вычисляется конечная осадка основания фундамента, как сумма осадок
всех элементарных слоев, входящих в границу сжимаемой толщи.
45. Понятие о расчете осадок во времени
При наблюдении за осадками оснований фундаментов был получен график развития осадок во времени.
Вводиться понятие степени консолидации: U=S t /S KOH
Конечная осадка рассчитывается методом СНиП.
Степень консолидации определяется решением дифференциального уравнения одномерной фильтрации:
U=1-16(1-2/π)e - N /π 2 +(1+2/(3π))e -9 N /9+…
Физический смысл степени консолидации выражает величина показателя N:
N=π 2 k Ф t/(4m 0 h 2 γ ω)
Где, k Ф ~ коэффициент фильтрации, [см/год]
m 0 – коэффициент относительной сжимаемости слоя; [см 2 /кг]
h - толщина сжимаемого слоя; [см]
t - время; [год]
γ ω - удельный вес воды
Определить осадку основания фундамента через 1, 2 года и 5 лет. Давление под подошвой фундамента р = 2 кгс/см 2 ; грунт - суглинок; толщина сжимаемого слоя 5м; коэффициент фильтрации k Ф = 10 - 8 см/сек; Коэффициент относительной сжимаемости суглинка m 0 =0,01 см 2 /кг.
1. Определяем величину коэффициента консолидации: ^Пе ревод из секунд в год
С 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 /год
2. Определяем величину N:
N= π 2 С V t/(4h 2)=0.3t
3. Определяем величину степени консолидации:
U 1 =1-16(1-2/π)e -0.3 t /π 2
4. Вычисляем величину конечной осадки:
S=hm 0 p=500*0.01*2=10 см
5. Вычисляем осадки во времени, как:
S t =S k U i
