Коэффициент откоса

При прокладке коммуникаций надо подготовить траншею, а для возведения фундамента нужно вырыть котлован. При проведении земляных работ необходимо соблюдать технику безопасности. Чтобы не произошло обрушения боковых стенок траншей и котлованов, надо правильно рассчитать крутизну откоса будущей выемки.

Виды земляных сооружений

При возведении здания и прокладке коммуникаций проводятся земляные работы, связанные с большими затратами труда. Такие работы включают:

• рытье котлованов, траншей;
• вывоз грунта;
• складирование вывезенного грунта.

Земляные сооружения могут иметь форму выемки или насыпи. Такие сооружения различают по длительности эксплуатации. К постоянным сооружениям относятся:

• плотины;
• водохранилища;
• искусственные каналы;
• дамбы.

К временным земляным сооружениям относятся котлован и траншея. Траншеи обычно используются при прокладывании коммуникаций. Они имеют большую длину и относительно небольшое поперечное сечение. Котлованы используются при возведении фундаментов домов и построек. Обычно ширина и длина котлована имеют близкие значения.

Разновидности котлованов

Котлованы различаются по следующим характеристикам:

• наличие откосов;
• вид стенок;
• крепления, применяемые против осыпания грунта.

Виды и назначение траншей

Наибольшее распространение получили земельные работы по созданию траншей для прокладывания коммуникаций. Рытье траншей без применения техники осуществляется медленно и обходится дороже. Для коммуникаций траншеи могут различаться по глубине. Вертикальные траншеи требуют дополнительного укрепления. Откосы траншей обычно не укрепляют.

По конструкции траншеи могут иметь следующую форму:

• трапецеидальную;
• прямоугольную;
• смешанную.

По назначению траншеи подразделяются на:

• кабельные;
• дренажные;
• газопроводные;
• канализационные;
• водопроводные;
• для обеспечения заземления.

План проведения земляных работ и требования к их выполнению

Земляные работы можно разбить на несколько этапов:

• подготовительные работы;
• опытно-производственные мероприятия;
• рытье траншеи, котлована;
• осуществление проверочных мероприятий;
• приемка работ.

При подготовке траншей, котлованов необходимо руководствоваться следующими предписаниями:

• нормы охраны труда;
• нормативы осуществления геодезических работ;
• требования пожарной безопасности;
• правила проведения строительных работ.

Основные требования содержатся в СНиП 3.02.01-87:

• разработка проекта осуществляется специалистами, имеющими необходимую квалификацию;
• лица, подготавливающие проект, должны координировать свои действия по выбору инженерных решений и строительству;
• качество производимых строительных работ должно находиться под постоянным контролем;
• персонал, реализующий проект, должен обладать соответствующей квалификацией;
• использование возведенного объекта допускается исключительно по назначению, говоренному в проекте;
• в процессе эксплуатации должны осуществляться мероприятия по поддержанию сооружения и подведенных инженерных коммуникаций в безопасном состоянии.

При земляных работах надо строго придерживаться разработанного проекта. Применяемые конструкции и материалы должны соответствовать оговоренным в проекте. Замену нельзя проводить без согласования с разработчиками проекта и заказчиками работ. При проведении взрывных работ надо соблюдать существующие правила безопасности.

Контроль за выполнением земляных работ осуществляется согласно СП 48.13330. К основным видам контроля относятся:

• входной;
• приемочный;
• операционный.

При приемке работ оформляются акты, подтверждающие объем выполненных работ.

В индивидуальном строительстве небольших построек (при глубине выемок меньше 2 м) можно обойтись без подготовки и согласования проектов. Однако всегда нужно строго выполнять требования техники безопасности.

Меры безопасности при рытье котлованов

При проведении земельных работ надо позаботиться о том, чтобы не произошло обрушения боковых поверхностей выемки. Под действием силы тяжести грунт может засыпать дно траншеи или котлована. В результате придется проводить дополнительные работы по восстановлению периметра выемки. При неконтролируемом обрушении возможны несчастные случаи.

Чтобы избежать обрушения и минимизировать возможные негативные последствия, надо на этапе проектирования корректно рассчитать откосы котлована, рассчитанные по СНиП 111-4-80. Правильно рассчитанный откос выемки позволяет:

• избежать обрушения стенок выемки;
• минимизировать затраты на переделку откосов котлована в процессе выполнения строительных работ;
• минимизировать количество земляных работ.

Перед началом земляных работ надо обязательно провести геологическое исследование участка и определить уровень залегания грунтовых вод. При создании проекта обязательно должны быть учтены следующие нюансы:

• наличие неустойчивого грунта;
• высокое залегание почвенных вод;
• глубина выемки свыше пяти метров.

При глубине выемки 1-1,5 метра необходимо устанавливать стремянки, возвышающиеся на один метр над поверхностью земли. Для более глубоких котлованов надо применять лестничные марши.

Технологии закрепления грунтов

Для закрепления грунтов используются следующие технологии, позволяющие свести к минимуму риск обрушения стенок:

• термический;
• с использованием цементного раствора;
• цементный.

Также для укрепления стенок применяют различные типы механических креплений:

• Распорный. Этот тип широко распространен. Он используется при глубине выемки не более трех метров. Боковые стены траншей закрепляются непосредственно после завершения земляных работ. В состав конструкции креплений входят стойки, винтовые распорки и щиты.
• Консольно-распорный. Используется на влажных почвах с высокой вероятностью обрушения. Глубина выемки не должна превосходить трех метров.
• Консольный. Одной из разновидностей являются шпунтовые крепления. Такие крепления используются при большой глубине выемки и сложных гидрогеологических условиях.
• Консольно-анкерный. Разновидность консольных креплений с фиксацией на дне с помощью якорей.
• Подкосный. Такие механические крепления затрудняют выполнение строительных работ, поэтому используются редко.

Выбор варианта креплений определяется условиями на строительной площадке и фиксируется в проектной документации. При индивидуальной застройке разрешается арендовать необходимые крепежи или изготовить механический крепеж самостоятельно.

Механические крепления по быстроте монтажа и возможности демонтажа можно разделить на следующие виды:

• инвентарный;
• стационарный;
• сплошной;
• с интервалами.

Установку креплений производят в процессе проведения земляных работ сверху-вниз. Разборку производят снизу-вверх.

Откосы котлована

Для большей безопасности стены траншеи и котлована делают с наклоном. Этот наклон получил название откоса. Важной характеристикой является коэффициент откоса. По величине коэффициента откоса котлована определяется крутизна откоса.

Что такое крутизна откоса

Что такое крутизна откоса? Результат деления высоты котлована на заложение откоса (длину проекции его боковой стена на дно) —  крутизна откоса. Эта величина влияет на устойчивость стенок выемки.

Таблица допустимой крутизны

При проведении работ по рытью траншей и котлованов крутизна откосов траншеи может принимать различные значения. В таблице откосов можно проследить, как зависит уклон траншей от грунта и глубины выемки.

Состав грунта	Глубина выемки
	до 1,5 м	до 3 м	до 5 м
насыпной	1/0,67	1/1	1/1,25
гравийный, песчаный	1/0,5	1/1	1/1
супесь	1/0,25	1/0,67	1/0,85
суглинок	1/0 (вертикально)	1/0,5	1/0,75
глина	1/0 (вертикально)	1/0,25	1/0,5

 

Видно, что крутизна откоса котлованов зависит от состава грунта и глубины. Откос выемки выполаживается с увеличением глубины. Крутизна откосов для плотных грунтов выше. При глубине выемки до трех метров для песчаного грунта крутизна откоса 1 к 1, а для глины крутизна откосов 1 к 0,25. Обратная крутизне откоса величина носит название коэффициент заложения откоса. Чтобы посчитать коэффициент заложения откоса надо разделить единицу на крутизну откоса траншеи.

Таблица углов естественного откоса грунтов

Соответствующая таблица углов откоса котлованов в градусах в зависимости от грунта выглядит следующим образом

Состав грунта	Глубина выемки
	до 1,5 м	до 3 м	до 5 м
насыпной	56	45	38
гравийный, песчаный	63	45	45
супесь	76	56	50
суглинок	90	63	53
глина	90	76	63

 

Видно, что угол естественного откоса грунта растет с возрастанием плотности грунта. С увеличением глубины выемки угол откоса траншеи уменьшается.

Как посчитать заложение откоса по данным таблицы? Надо глубину выемки умножить на тангенс угла уклона откоса.

Ниже приведены конкретные откосы траншеи и соответствующие им углы откоса:

• откос 1 к 1,5 – 33,6 градусов;
• откос 1 к 2 – 26,5 градусов;
• откос 1 к 3 — 18,4 градус.

 Разновидности откосов

При укреплении стенок котлована необходимо учитывать различные характеристики. Стенки делятся на три группы.

Вертикальные

Вертикальные откосы котлованов располагаются вертикально поверхности земли и возможность их применения оговорено в СНиП 12-04-2002. При равномерной структуре грунтов и отсутствии на небольшой дистанции других сооружений можно оставлять боковые стены вертикальными при следующей глубине и составе грунта:

• 1 м – для песчаных и гравийных грунтов;
• 1, 25 м — для супесей;
• 1,5 м – для суглинка и глинистой почвы;
• 2 м – для самых плотных грунтов.

При низкой температуре глубина может быть пересмотрена в большую сторону до глубины промерзания грунта. В любом случае глубина выемки с вертикальными стенками не должна превышать двух метров.

Наклонные

При большей глубине выемки используются наклонные стенки, которые называются откосами грунта. При использовании вертикальных стенок в этом случае значительно увеличивается вероятность обрушения. В результате засыпается дно и меняется форма котлована. Существенно возрастают расходы на восстановление исходной формы котлована. Кроме того, существует риск несчастного случая.

Если не предусмотрено дополнительное укрепление наклонных стенок котлована, то возведение фундамента следует начинать непосредственно после завершения земельных работ. Обязательно надо проверить отсутствие трещин и расслоений на стенах. Землю при рытье котлована надо выбрасывать на расстояние более 60 см, чтобы избежать скатывания вынутой земли обратно.

Укрепленные

Наклон снижает риск обрушения, но иногда без дополнительного укрепления стенок не обойтись. Тем более, в городских условиях плотная застройка часто не позволяет создать склоны требуемой крутизны. Поэтому при большой глубине котлована или в сыпучей почве стены рекомендуется дополнительно укреплять. Наиболее часто используются следующие способы укрепления:

• цементирование;
• шпунтирование;
• установление стены в грунте.

В условиях города в основном используют цементирование, чтобы не повредить фундамент окружающих зданий из-за вибрации при забивании шпунтов. При цементировании по границе котлована укладывается арматура для фиксации бетонного раствора. Заливка бетона осуществляется в несколько слоев. Используется два метода заливки:

• Сухой. В этом случае в шланг подается сухая смесь цемента с песком, а вода добавляется на выходе из шланга. Таким способом можно залить защитный слой толщиной 10 см.
• Мокрый. В шланг подается готовый раствор. При выходе из шланга бетон разбрызгивается по поверхности. Таким способом можно заливать до трех сантиметров бетона.

Другие способы укрепления стенок описаны ниже в статье.

Расчет объема котлована и вывоз грунта

При вычислении объема вынимаемого из котлована грунта надо принимать во внимание, что почва при извлечении разрыхляется. В слежавшемся виде плотность осадочных пород выше, поэтому они занимают меньший объем. Объем той же массы грунта в кузове грузового автомобиля может возрасти на несколько десятков процентов. Расчет количества самосвалов для вывоза грунта из большого котлована надо делать с учетом этого показателя. В таблице приведены значения коэффициентов первоначального разрыхления при разработке грунта. Этот коэффициент равен объему, занимаемому вынутым грунтом, к объему образовавшегося котлована.

Состав почвы	Коэффициент разрыхления
сухой песок	1,05-1,15
влажный песок	1,1 – 1,25
суглинок, гравий, легкая глина	1.2 – 1,27
обычная глина	1,2 – 1,35
тяжелая глина	1,35 – 1,5

 

При отсутствии доступа к таблице можно самостоятельно определить коэффициент разрыхления с помощью пробной выемки почвы. Стоимость вывоза грунта составляет заметную статью расхода, поэтому стоит самостоятельно оценить требуемое количество самосвалов с учетом коэффициента разрыхления.

Укрепление стен котлована

При подготовке котлованов в неплотных грунтах, насыщенных водой, необходимо укреплять вертикальные стены. За счет укрепления удается избежать обрушения стен котлована и исключить смещение грунта, на котором расположены окружающие здания. Для укрепления стен котлована используют следующие технологии:

• Шпунтирование. Создание шпунтов из металлических труб относится к дешевым методам, потому что трубы можно использовать многократно. Трубы чаще всего забиваются. Чтобы избежать просыпания грунта, между шпунтами укрепляют забирку. Она создается из досок толщиной в несколько сантиметров. Чтобы предотвратить протекание воды в котлован используют шпунты Ларсена. Они представляют собой элементы профиля в виде корыта, которые соединены между собой с помощью замковых соединений. При необходимости шпунты Ларсена можно извлечь после окончания строительства для повторного использования.
• Укрепление железобетонными конструкциями. Таким способом можно изолировать котлован от проникновения воды и обеспечить высокую прочность основания возводимой конструкции. Конструкции из железобетона можно использовать в качестве подземных стен для возводимого здания.

В условиях городской застройки на сложных для строительства грунтах для дополнительного укрепления шпунтового ограждения используют следующие технологии.

Устройство распорной системы котлована

В этом случае по границе котлована устанавливают обвязочный слой из металлопроката. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки по металлическому поясу. Для укрепления металлического слоя между противоположными стенами устанавливают распорки. Такие же распорки располагают по дну котлована. Недостатком такого метода является уменьшение свободного пространства в котловане. Это затрудняет условия труда строителей и снижает возможности маневрирования. В результате производительность падает, а срок построения объекта увеличивается.

Устройство грунтовых анкеров

Альтернативной технологией является использование грунтовых анкеров (якорей) для фиксации шпунтовых стен. Укрепленные в дне котлована якоря обеспечивают прочность шпунтовой конструкции и препятствуют ее деформации. Такой метод по сложности и трудоемкости незначительно отличается от установки распорок, но не создает помех строителям. В результате возрастает производительность труда и сокращаются сроки возведения сооружения.