1. Безопасные условия разработки грунтов

1. Общие сведения

Основной причиной несчастных случаев при производстве земляных работ является обрушение грунта в котлованах и траншеях при превышении допускаемой глубины вертикальных стенок (без креплений).

Если земляные работы намечается выполнять без откосов, необходимо определить расчётом, до какой глубины в данных условиях можно рыть траншею или котлован с вертикальными стенками без крепления. Критическую высоту вертикальной стенки можно определить следующим образом:

(1.1)

где С – сила сцепления грунта, т/м²;

γ – объемный вес грунта, т/м²;

φ – угол внутреннего трения, град.

При определении предельной глубины котлована или траншеи с вертикальной стенкой рекомендуется вводить коэффициент запаса. Обычно этот коэффициент принимают равным 1,25. Предельная глубина траншеи

. (1.2)

Глубина котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений в нескальных и незамерзающих грунтах выше уровня грунтовых вод и при отсутствии вблизи подземных сооружений допускается не более 1 м в насыпных, песчаных и крупнообломочных грунтах; 1,25 м – супесях; 1,5 м – суглинках и глинах.

При рытье котлованов и траншей на большую глубину вертикальные стенки необходимо укреплять. Крепление вертикальных стенок выемок может быть:

- распорным, когда стойки или прогоны удерживаются горизонтальными распорками, работающими на внецентренное сжатие;

- анкерным, когда стойки удерживаются по верху горизонтальными связями, работающими на растяжение и передающими усилие (давление грунта) на свайный якорь;

- подкосным, когда вертикальные стойки удерживаются наклонными связями, работающими на внецентренное сжатие.

Для выемок глубиной до 3 м применяют, как правило, инвентарные крепления. При отсутствии инвентарных креплений устраивают неинвентарные крепления. При этом если устраиваются деревянные крепления, то в грунтах естественной влажности используют доски толщиной не менее 4 см, а в грунтах повышенной влажности и песчаных – не менее 5 см, которые закладывают горизонтально вплотную к грунту за вертикальные стойки, укрепленные распорками. Вертикальные стойки креплений устанавливают на расстоянии не более 1,5 м одна от другой, а горизонтальные распорки креплений – на расстоянии не более 1 м одна от другой, при этом у концов распорок снизу и сверху забивают бобышки. Верхние доски креплений должны выступать над бровкой не менее чем на 15 см.

Крепления стенок выемок и траншей глубиной более 3 м осуществляют по индивидуальному проекту с расчетным обоснованием ограждающих и крепящих элементов.

Все элементы неинвентарных креплений, а также инвентарных креплений при их эксплуатации в особых условиях (отличных от паспортных) подлежат обязательному расчету.

Крепления рассчитываются на активное давление грунта с учетом дополнительных нагрузок на призму обрушения. Активное давление несвязного грунта определяется по формуле

, (1.3)

где Н – глубина котлована, м.

Активное давление связного грунта, где по поверхности скольжения действуют силы трения и силы сцепления, определяют по формуле

, (1.4)

где С_с – сила сцепления грунта на срез, т/м².

Доски горизонтальной зашивки толщиной t и шириной b работают на изгиб под действием равномерно распределенной нагрузки и рассчитываются на прочность как неразрезная многопролетная балка (места пересечения досок со стойками). Здесь – боковое давление грунта на глубине подошвы выемки. Сечение досок задают исходя из сортамента пиломатериала и определяют расстояние между вертикальными стойками.

Вертикальные стойки диаметром d работают на изгиб под действием расчетной линейно-распределенной нагрузки и рассчитываются на прочность как однопролетная балка с шарнирно-подвижными опорами. Здесь – боковое давление грунта, l – шаг стоек.

Горизонтальные распорки работают как центрально-сжатые элементы постоянного сечения. Расчетной является наиболее нагруженная нижняя распорка, воспринимающая часть нагрузки от активного давления грунта по длине траншеи, раной расстоянию l между стойками:

, (1.5)

где q₂ – расчетное значение распределенной нагрузки у подошвы траншеи, приведенное к длине l, равной расстоянию между стойками, определяемое по формуле

, (1.6)

где – для несвязных грунтов;

– для связных грунтов.

При устройстве анкерного крепления верхнего оголовка стоек деревянная стяжка работает как центрально-растянутый элемент и рассчитывается на прочность по формуле

, (1.7)

где F_нт – площадь поперечного сечения элемента нетто (площадь поперечного сечения брутто за вычетом опасных ослаблений);

R_р – расчетное сопротивление древесины вдоль волокон, МПа;

m – коэффициент условий работы.

N_А – расчетная продольная сила, определяемая по формуле

, (1.8)

где q₂ – расчетная распределенная нагрузка ( );

– боковое давление грунта;

l – шаг стоек крепления, м.

Существует ряд упрощенных методов расчета элементов креплений по эмпирическим формулам.

При расчете распорного крепления определяют шаг стоек (пролет досок)

, (1.9)

где δ – принятая толщина доски, см.

Диаметр стойки

, (1.10)

где М_max – момент при работе стойки как балки на двух опорах, равный qh²/8 и qh²/12 как неразрезной балки, Н·м;

h – расстояние по вертикали между распорками, м.

Распределенная нагрузка q на 1 см доски при ее ширине b равна , Па.

Диаметр распорки по действующему на нее усилию определяют по формуле

, (1.11)

где ;

Н – глубина траншеи;

n – число распорок в шаге;

R_е – расчетное сопротивление на сжатие, Н/см².

Для расчета подкосного крепления при заданном диаметре стойки определяют диаметр подкоса исходя из действующего на него усилия:

при S_max≤mR_еF, (1.12)

где F – площадь поперечного сечения подкоса, которую определяют по формуле

. (1.13)

При расчете анкерного крепления определяют при заданном диаметре стойки диаметр затяжки на максимальное усилие:

при . (1.14)