sliding wedge ) - неустойчивая часть массива уступа со стороны его откоса, заключённая между рабочим и устойчивым углами откоса уступа .

Понятие призмы обрушения используется при расчётах откосов , устойчивых к обрушению и предотвращения оползней .

См. также

Напишите отзыв о статье "Призма обрушения"

Примечания

Литература

• А. З. Абуханов, «Механика грунтов»
• Шубин М. А. Подготовительные работы при сооружении земляного полотна железной дороги. - М .: Транспорт, 1974.

Ссылки

• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.

Отрывок, характеризующий Призма обрушения

После того как гусары въехали в деревню и Ростов прошел к княжне, в толпе произошло замешательство и раздор. Некоторые мужики стали говорить, что эти приехавшие были русские и как бы они не обиделись тем, что не выпускают барышню. Дрон был того же мнения; но как только он выразил его, так Карп и другие мужики напали на бывшего старосту.
– Ты мир то поедом ел сколько годов? – кричал на него Карп. – Тебе все одно! Ты кубышку выроешь, увезешь, тебе что, разори наши дома али нет?
– Сказано, порядок чтоб был, не езди никто из домов, чтобы ни синь пороха не вывозить, – вот она и вся! – кричал другой.
– Очередь на твоего сына была, а ты небось гладуха своего пожалел, – вдруг быстро заговорил маленький старичок, нападая на Дрона, – а моего Ваньку забрил. Эх, умирать будем!
– То то умирать будем!
– Я от миру не отказчик, – говорил Дрон.
– То то не отказчик, брюхо отрастил!..
Два длинные мужика говорили свое. Как только Ростов, сопутствуемый Ильиным, Лаврушкой и Алпатычем, подошел к толпе, Карп, заложив пальцы за кушак, слегка улыбаясь, вышел вперед. Дрон, напротив, зашел в задние ряды, и толпа сдвинулась плотнее.
– Эй! кто у вас староста тут? – крикнул Ростов, быстрым шагом подойдя к толпе.
– Староста то? На что вам?.. – спросил Карп. Но не успел он договорить, как шапка слетела с него и голова мотнулась набок от сильного удара.
– Шапки долой, изменники! – крикнул полнокровный голос Ростова. – Где староста? – неистовым голосом кричал он.

Ширина по верху призмы обрушения откоса может быть определена с помощью рис. 14.11, составленного, как и предыдущие графики, на основании решений В. В. Соколовского и таблиц института Фундаментпроект .

Моргулис М.Л., Иванова Л.И. Таблицы и графики для построения контуров откосов и определения напряжений в теле грунтового массива

Соколовский В.В. Статика сыпучей среды

Рис. 14.10. К определению максимально допустимого угла наклона плоского откоса

ТАБЛИЦА 14.2. КООРДИНАТЫ ПРЕДЕЛЬНОГО ОТКОСА

y "	Значения –x " при φ" , град					–х , м	V , м
	10	15	12
5,0	5,0	3,5	5,0	5,0 – 3,5 5	2 = 4,4	7,35	7,5
7,5	11,5	7,5	11,5	11,5 – 7,5 5	2 = 9,9	14,85	11,25
10,0	19,0	12,5	19,0	19,0 – 12,5 5	2 = 16,4	24,6	15,0
12,5	27,0	18,0	27,0	27,0 – 18,0 5	2 = 23,4	35,1	18,75
15,0	37,5	24,0	37,5	37,5 – 24,0 5	2 = 32,1	48,15	22,5
17,5	48,5	30,5	58,0	58,0 – 37,5 5	2 = 41,3	61,95	26,25
20,0	58,0	37,5	58,0	58,0 – 37,5 5	2 = 49,8	74,7	30,0
24,2	75	50,0	75,0	75,0 – 50,0 5	2 = 65,0	97,5	36,3

Рис. 14.11. К определению величины В " 0

По рис. 14.11 в зависимости от значений φ" и H " 0 – h 0 , где

H " 0 = H 0 γ I /c ",

определяется безразмерная величина В " 0 , соответствующая ширине призмы обрушения на глубине h " 0 , по которой вычисляется ширина призмы обрушения B 0 на поверхности грунта

B 0 = (B " 0 – h " 0 ctgθ 0)c"/γ I .

Рис. 14.12. К примеру 2

1 - контур запроектированного откоса; 2 - контур предельного откоса

Ширина призмы обрушения используется при аппроксимации криволинейного контура предельного откоса ломаным контуром: ширину берм и площадок следует принимать не менее ширины призмы обрушения уступа.

Пример 14.2. Требуется запроектировать откос насыпи высотой 40 м в глинистых грунтах с характеристиками φ" = 12°, c " = 30 кПа, γ I = 20 кН/м 3 , принимая высоту уступа 10 м.

Решение . При проектировании высоких откосов насыпи с разбивкой их на уступы расчет рекомендуется начинать с построения контура предельного откоса (который при наличии насыпи является наиболее экономичным), а затем аппроксимировать его уступчатым откосом.

По рис. 14.9 для φ" = 12° находим h " 0 = 2,45. Тогда предельная высота вертикального откоса при c "/γ I = 30/20 = 1,5 м по формуле (14.2) будет: h 0 = 2,45 · 1,5 = 3,7 м.

Для построения контура откоса на глубине, превосходящей 3,7 м, задаемся значениями у " на кривых для φ" = 10° и φ" = 15° (см. рис. 14 8), находим соответствующие этим значениям у " значения х " и вычисляем по интерполяции промежуточные значения х " , а затем - х и y для φ" = 12° до глубины 40 м, т.е. до значения у " = (40 – 3,7)/1,5 = 24,2.

Вычисления сводим в табл. 14.2. Построенный по результатам вычислений контур предельного откоса показан на рис. 14.12.

Затем по рис. 14.10 при c "/(γ I H 0) = 30/(20 · 10) = 0,15 определяем предельную крутизну верхнего уступа: θ 0 = 61° при φ" = 10°, θ 0 = 70° при φ" = 15° и по интерполяции находим θ 0 = 61° + (70 – 61)2/5 = 64,6° при φ" = 12°.

Такая крутизна откоса уступа больше допускаемой по табл. 14.1 (63°), поэтому принимаем заложение откоса верхнего уступа 1:0,5. Лежащие ниже уступы, учитывая большую высоту откоса, необходимо принимать более пологими, очерчивая предельный контур, как это показано на рис. 14.12.

Для назначения размера бермы для уступа высотой 10 м сначала по рис. 14.11 при H " 0 – h " 0 = 10/1,5 – 2,45 = 4,22 находим: B " 0 = 3,7 при φ" = 10°, B " 0 = 2,5 при φ" = 15°и по интерполяции вычисляем: B " 0 = 3,7 – (3,7 – 2,5)2/5 = 3,22 при φ" = 12°. Затем по формуле (14.7) определяем минимальную ширину призмы обрушения:

B 0 = (3,22 – 2,45 ctg 63°)1,5 = 2,95 м.

Учитывая большую высоту откоса, принимаем В 0 = 4 м. Располагаем бермы через 10 м по высоте откоса по 2 м в обе стороны от контура предельного откоса и строим уступчатый плоский откос, соединяя конечную точку предыдущей бермы и начальную точку последующей. Заложение порученных уступов откоса: четвертого 1:3,375, принимаем 1:3,5; третьего 1:2,9, принимаем 1:3,0; второго 1:1,73, принимаем 1:1,75; заложение верхнего уступа принято по расчету 1:0,5. На рис. 14.12 показано очертание предельного контура и полученный уступчатый профиль откоса.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Вятский государственный университет

Факультет строительства и архитектуры

Кафедра промышленной экологии и безопасности

Б.И.Дегтерев безопасная организация земляных работ

Методические указания

к практическим занятиям

Дисциплина «Безопасность жизнедеятельности»

Печатается по решению редакционно-издательского совета Вятского государственного университета

УДК 658.345:614.8(07)

Дегтерев Б.И. Безопасная организация земляных работ. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности». – Киров: Изд-во ВятГУ, 2010. – 12 с.

В методических указаниях рассмотрены основные причины производственного травматизма при ведении земляных работ. Даны методики расчета профилей откосов и крепления стенок котлованов и траншей. Приведены необходимые справочные материалы, представлены иллюстрации. Составлены задания для расчетов.

Подписано в печать Усл. печ. л.

Бумага офсетная Печать матричная

Заказ № Тираж

Текст напечатан с оригинала-макета, представленного автором

610000, г.Киров, ул.Московская, 36

©Б.И.Дегтерев, 2010

©Вятский государственный университет, 2010

Построение профиля откоса. Расчет крепления стенок котлованов и траншей

Основными видами земляных работ в промышленном 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; из всего количества несчастных случаев с тяжелым исходом по всем видам работ 10% связано с выполнением земляных работ.

Основная причина травматизма при земляных работах – обрушение грунта, которое может происходить вследствие:

а) превышения нормативной глубины разработки выемок без креплений;

б) нарушения правил разработки траншей и котлованов;

в) неправильного устройства или недостаточной устойчивости и прочности креплений стенок траншей и котлованов;

г) разработки котлованов и траншей с недостаточно устойчивыми откосами;

д) возникновения неучтенных дополнительных нагрузок (статических и динамических) от строительных материалов, конструкций, механизмов;

е) нарушения установленной технологии земляных работ;

ж) отсутствия водоотвода или его устройства без учета геологических условий строительной площадки.

1. Устройство откосов

Основными элементами открытой разработки карьера, котлована или траншеи без крепления являются указанные на рисунке 1 ширина l и высота h уступа, форма уступа (плоская, ломаная, криволинейная, ступенчатая), угол откоса α , крутизна откоса (отношение высоты откоса к его заложению h : l ).

Рис. 1 – геометрические элементы уступа:

h – высота уступа; l – ширина уступа; θ – угол предельного

равновесия откоса; α – угол между плоскостью обрушения и

горизонтом; АВС – призма обрушения; φ – угол естественного откоса

Установление безопасной высоты уступа, крутизны откоса и наиболее удобной ширины бермы является важной процедурой при разработке котлованов и траншей, от правильности выполнения которой зависит эффективность и безопасность производства земляных работ.

Производство работ, связанных с нахождением работников в выемках с откосами без креплений в насыпных, песчаных и пылевато-глинистых грунтах выше уровня грунтовых вод (с учетом капиллярного поднятия) или грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, допускается при глубине выемки и крутизне откосов, указанных в таблице 1 .

При напластовании различных видов грунта крутизну откосов назначают по наименее устойчивому виду от обрушения откоса.

Крутизна откосов выемок глубиной более 5 м во всех грунтах (однородных, неоднородных, естественной влажности, переувлажненных) и глубиной менее 5 м при расположении подошвы выемки ниже уровня грунтовых вод должна устанавливаться по расчету.

Таблица 1

Нормативная крутизна откоса при h ≤ 5 м по СНиП

Виды грунтов	Крутизна откоса h : l при глубине выемки до
Насыпные неслежавшиеся
Песчаные
Суглинок
Лессовые

Расчет может быть выполнен по методике Н.Н.Маслова, изложенной в . Во всех случаях устойчивый откос должен иметь профиль переменной крутизны, понижающейся с глубиной выемки. Методика позволяет учесть следующие факторы:

а) изменение характеристик грунта в его отдельных слоях;

б) наличие дополнительной пригрузки бермы откоса распределенной нагрузкой.

При расчете крутизну профиля откоса устанавливают для его отдельных слоев толщиной Δ Z = 1…2 м, которые должны быть привязаны к естественному напластованию слоев в данном грунте.

Схема построения профиля откоса показана на рисунке 2.

Расчетные формулы для координаты Х i , м, имеют следующий вид:

а) для общего случая нагруженной бермы (Р 0 > 0)

, (1)

Р 0

Х 0

Z i h

α i

X i

Рис. 2 – схема построения профиля откоса

б) для частного случая ненагруженной бермы (Р 0 = 0)

. (2)

В формулах (1) и (2) приняты обозначения:

А = γ · Z i · tgφ ;

B = P 0 · tgφ + C ;

γ – объемный вес грунта, т/м 3 ;

С – удельное сцепление грунта, т/м 2 ;

Р 0 – равномерно распределенная по поверхности откоса нагрузка, т/м 2 .

Результаты расчетов целесообразно свести в таблицу (табл. 2).

По данным вычислений строится профиль равноустойчивого откоса.

Таблица 2

Вычисление профиля равноустойчивого откоса по методике Н.Н.Маслова

	Z i , м	γ· Z i , т/м 2		А , т/м 2		В, т/м 2				X i , м	α i

Задание 1

При выполнении земляных работ, связанных с разработкой котлована, возможно обрушение грунта и травмирование рабочих. Во избежание несчастного случая необходимо рассчитать допустимую крутизну откоса котлована при глубине 5 и 10 м для глинистого грунта.

Для котлована глубиной 5 м:

а) определить угол между направлением откоса и горизонталью и отношение высоты откоса к его заложению;

б) выполнить эскиз уступа котлована.

Для котлована глубиной 10 м:

а) провести расчет профиля равноустойчивого откоса, данные свести в таблицу по форме табл. 2;

б) по данным расчетной таблицы построить профиль откоса.

Исходные данные взять из таблицы 3.

Таблица 3

Исходные данные к заданию 1

		Су-гли-нок			Су-гли-нок			Су-гли-нок
γ , т/м 3
С , т/м 2
Р 0 , т/м 2

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 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

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.

Если откос массива грунта имеет крутизну больше предельной, то произойдет обрушение грунта. Удержать массив в равновесии можно при помощи подпорной стенки. Подпорные стенки широко применяются в различных областях строительства. На рис. 5.9 показаны некоторые случаи применения подпорных стенок.

а) б) в)

Давление грунта, передаваемое призмой обрушения на грань стенки, носит название активного давления Е а . При этом подпорная стенка смещается в сторону от засыпки. Если же подпорная стенка смещается в сторону грунта, то грунт засыпки будет выпирать вверх. Стенка будет преодолевать вес грунта призмы выпирания, что потребует значительно большего усилия. Это соответствует пассивному давлению (отпору) грунта Е р .

Поскольку в пределах призмы обрушения возникает предельное равновесие, задача по определению давления грунта на подпорную стенку решается методами теории предельного равновесия со следующими допущениями: поверхность скольжения плоская, а призма обрушения соответствует максимальному давлению грунта на подпорную стенку. Эти допущения адекватны только для определения активного давления.

5.5.1. Аналитический метод определения давления грунта

на подпорную стенку

Рассмотрим условие предельного равновесия элементарной приз-

мы, вырезанной из призмы обрушения вблизи задней грани подпорной стенки при горизонтальной поверхности грунта и вертикальной задней грани подпорной стенки, при с = 0 (рис. 5.10). На горизонтальную и вертикальную площадки этой призмы при трении о стенку, равном нулю, будут действовать главные напряжения и .

Из условия предельного равновесия на глубине z

,(5.17)

здесь – горизонтальное давление грунта, величина которого прямо пропорциональна глубине z , т.е. давление грунта на стенку будет распределяться по закону треугольника с ординатами = 0 на поверхности грунта и у подошвы стенки. На глубине, равной высоте стенки Н , давление . Тогда согласно условию (5.17) боковое давление на глубине Н

, (5.18)

а активное давление характеризуется площадью эпюры и равно

. (5.19)

Равнодействующая этого давления приложена на высоте от подошвы стенки.

Учет сцепления грунта. Для связного грунта, обладающего внутренним трением и сцеплением, условие предельного равновесия может быть представлено в виде

Сопоставляя (5.19) с (5.20), отметим, что выражение (5.19) характеризует давление сыпучего грунта без учета сцепления, а (5.20) показывает, насколько снижается интенсивность давления вследствие того, что грунт обладает сцеплением. Тогда это выражение можно представить в виде

, (5.21)

где , . (5.22)

Таким образом, сцепление грунта уменьшает боковое давление грунта на стенку на величину по всей высоте. Напомним, что связный грунт способен держать вертикальный откос высотой , определяемой по формуле

, (5.23)

поэтому до глубины от свободной поверхности засыпки связный грунт не будет оказывать давления на стенку. Полное активное давление связного грунта определяется как площадь треугольной эпюры со сторонами и (рис. 5.11).

. (5.24)

Пассивное сопротивление связных грунтов определяется аналогично, с учетом того, что в формулах (5.20) и (5.22) знак минус в скобках аргумента тангенса изменится на плюс.

5.5.2. Давление грунтов на подземные трубопроводы

Давление грунта на трубопровод определяют на основе общей теории предельного напряженного состояния. Вертикальное давление в грунтовом массиве, ограниченном горизонтальной поверхностью, на глубине z (рис. 5.12, а ) с удельным весом грунта определяют по формуле

Боковое давление грунта на той же глубине

где – коэффициент бокового давления грунта в условиях естественного залегания, равный .

Если в зоне, контуром которой является трубопровод, грунт в точности заменить самим трубопроводом (рис. 5.12, б ), то естественно, что этот трубопровод будет испытывать давление, которое определяется зависимостями (5.26) и (5.27).

Давление на трубопровод передается сверху и с боков и вызывает равную и противоположно направленную реакцию основания: оно принимается в виде среднего равномерно распределенного давления – вертикального интенсивностью р и горизонтального интенсивностью q , причем имеет место соотношение р > q . Следует различать три принципиально различных способа прокладки трубопроводов: в траншее (рис. 5.13, а ), с помощью закрытой проходки (прокола) (рис. 5.13, б ) и под насыпью (рис. 5.13, в ).

При одинаковой глубине заложения Н трубопроводов давление р будет различным: при траншейной укладке р < ; в насыпи р > и при проколе, если Н сравнительно мало, р = , при больших значениях Н – р < .

При укладке трубопроводов в траншеи грунт, находящийся сбоку от траншеи, уже ранее уплотнился под действием собственного веса, в то время как грунт, засыпанный в траншею после укладки трубопровода, находится в рыхлом состоянии. Поэтому уплотнению этого грунта-засыпки и его осадке противодействуют силы трения по бортам траншеи, и грунт-засыпка как бы зависает на стенках траншеи и тем более, чем больше будет глубина траншеи.

Составим условия равновесия для элементарного слоя , выделенного на глубине z (рис. 5.13, а ). На этот элемент будут действовать собственный вес слоя грунта засыпки сверху и снизу , а у стенок траншеи сопротивление грунта сдвигу на единицу площади (где с – сцепление грунта; – угол трения о стенку траншеи). Примем далее коэффициент бокового давления грунта постоянным, т.е.

.

Проектируем силы на вертикальную ось z , получим

После приведения подобных членов и интегрирования при граничных условиях (z = 0; = 0) получим полное давление грунта на глубине z , максимальное значение которого (введя коэффициент перегрузки n ≈ 1,2) можно представить в виде

, (5.28)

где – коэффициент давления грунта на трубопровод в траншее.

Значение для труб, закладываемых в траншеи, не может быть больше единицы ( ≤ 1). Для приближенного определения можно пользоваться кривыми графика профессора Г.К. Клейна, которые дают с некоторым запасом (полагая сцепление с = 0).

где h с – расчетная высота свода обрушения; B – ширина свода обрушения; f" – коэффициент крепости (по М.М. Протодьяконову), принимаемый для насыпных грунтов 0,5; влажных и водонасыщенных песков – 0,6; глинистых грунтов – 0,8.

Контрольные вопросы

1.Какие инженерные задачи рассматриваются в теории предельного равновесия грунтовой среды?

2.На какие две группы подразделяются предельные состояния?

3.Запишите условия предельного равновесия песка.

4.Запишите условие предельного равновесия связного грунта,

выраженное через главные напряжения.

5.Какая нагрузка считается критической? При каких условиях она определяется?

6.Что такое расчетное сопротивление грунта основания?

7.Какая нагрузка является предельной нагрузкой на основание?

8.Какие вы знаете решения по определению предельной нагрузки на основание?

9.От каких факторов зависит устойчивость откоса?

10.Какие основные причины могут вызвать нарушение устойчивости откосов?

12.Каков предельный угол наклона сыпучего откоса?

13.С какой целью применяют подпорные стенки?

14.Что называется активным давлением грунта на стенку?

15.Что называют пассивным давлением грунта на стенку?

16.Каким образом влияет на величину активного и пассивного давлений на стенку удельное сцепление в грунте?

Раздел 6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ