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 |
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.
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 .
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.