Вертикальная планировка.

Вертикальная планировка. Строительство является одной из основных сфер производственной деятельности человека. В результате строительного производства создается законченная строительная продукция – здание или сооружение различного функционального назначения. Многообразие конструкций зданий и сооружений порождает необходимость разработки и применения широкого спектра строительных технологий. Ведущим элементом любой строительной технологии является строительный процесс.

Количество технологий в строительном производстве велико, они постоянно обновляются, прогрессируют, развиваются. Основные направления дальнейшего совершенствования строительных технологий связаны с решением задач ресурсосбережения, повышения уровня гибкости строительных технологий, их безопасности, качества, снижения нагрузки на окружающую природную и социальную среду.

Одним из прогрессивных приемов строительства является вертикальная планировка.

Вертикальная планировка – это инженерное мероприятие по искусственному изменению, преобразованию и улучшению существующего рельефа местности для использования в строительных целях.

Задачи вертикальной планировки:

организация стока поверхностных вод (дождевых, ливневых, талых);

обеспечение дополнительных уклонов улиц, площадей, перекрестков для безопасного и удобного движения транспортных потоков;

создание благоприятных условий для размещения зданий и прокладывания подземных инженерных сетей;

организация рельефа при наличии неблагоприятных геологических процессов;

придание рельефу наибольшей архитектурной выразительности;

создание в необходимых случаях искусственного рельефа;

решение задач строительства уникальных сооружений.

Основной целью вертикальной планировки является отвод поверхностных вод с территории и обеспечение удобства застройки, прокладки дорог, а также коллекторов при минимуме земляных работ.

Работы по отводу поверхностных и грунтовых вод включают:

устройство нагорных и водоотводных канав, обваловывание;

открытый и закрытый дренаж;

планировку поверхности складских и монтажных площадок.

Поверхностные воды образуются из атмосферных осадков. Различают поверхностные воды «чужие», поступающие с повышенных соседних участков, и «свои», образующиеся непосредственно на строительной площадке.

Территория площадки должна быть защищена от поступления «чужих» поверхностных вод, для чего их перехватывают и отводят за пределы площадки. Для перехвата вод устраивают нагорные и водоотводные канавы или обваловывание вдоль границ строительной площадки в повышенной ее части. Водоотводные канавы должны обеспечивать пропуск ливневых и талых вод в пониженные точки местности за пределы строительной площадки. В зависимости от планируемого дебита воды, водоотводные канавы устраивают глубиной не менее 0,5м, шириной 0,5…0,6м, с высотой бровки над расчетным уровнем воды не менее 0,1…0,2м. Для предохранения лотка канавы от размыва скорость движения воды не должна превышать для песка 0,5…0,6м/с, для суглинка – 1,2…1,4м/с. Канаву устраивают на расстоянии не менее 5м от постоянной выемки и 3м – от временной. Для предохранения от возможного заиливания продольный профиль водоотводных канав делают не менее 0,002. Стенки и дно канавы защищают дерном, камнями, фашинами.

«Свои» поверхностные воды отводят приданием соответствующего уклона при вертикальной планировке площадки и устройством сети открытого или закрытого водостока, а также с помощью принудительного сброса через водоотводные трубопроводы посредством электрических насосов.

При сильном обводнении площадки грунтовыми водами с высоким уровнем горизонта осушение осуществляют дренажными системами, которые бывают открытого и закрытого типов. Дренажные системы предназначены для улучшения общесанитарных и строительных условий и предусматривают понижение уровня грунтовых вод.

Открытый дренаж применяют в грунтах с малым коэффициентом фильтрации при необходимости понижения уровня грунтовых вод на небольшую глубину – порядка 0,3…0,4м. Дренаж устраивают в виде канав глубиной 0,5…0,7м, на дно которых укладывают слой крупнозернистого песка, гравия или щебня толщиной 10…15см.

Закрытый дренаж – это обычно траншеи глубокого заложения с устройством колодцев для ревизии системы и с уклоном в сторону сброса воды, заполняемые дренируемым материалом (щебень, гравий, крупный песок). Поверху дренажную канаву закрывают местным грунтом.

При устройстве более эффективных дренажей на дно такой траншеи укладывают перфорированные в боковых поверхностях трубы – керамические, бетонные, асбестоцементные диаметром 125…300мм, иногда просто лотки. Зазоры труб не заделывают, трубы сверху засыпают хорошо дренирующим материалом. Глубина дренажных канав 1,5…2,0м и ширина поверху 0,8…1,0м. Снизу под трубой часто укладывают щебеночное основание толщиной до 0,3м.

Рекомендуемое распределение слоев грунта:

дренажная труба, укладываемая в слой гравия;

слой крупнозернистого песка;

слой средне- или мелкозернистого песка, толщина всех слоев не менее 40см;

слой толщиной до 30см местного грунта.

Такие дренажи собирают воду из прилегающих слоев грунта и отводят воду лучше, так как скорость движения воды в трубах выше, чем в дренирующем материале. Закрытые дренажи должны быть заложены ниже уровня промерзания грунта и иметь продольный уклон не менее 0,005%. Устройство дренажа необходимо выполнить до начала возведения зданий и сооружений.

Для трубчатых дренажей в последние годы широко используют трубофильтры из пористого бетона и керамзитостекла.

Применение трубофильтров значительно снижает трудозатраты и стоимость работ. Они представляют собой трубы диаметром 100 и 150мм с большим количеством сквозных отверстий (пор) в стенке, по которым вода просачивается внутрь трубопровода и отводится. Конструкция труб позволяет их машинную укладку по предварительно разровненному основанию.

Инженерные сооружения состоят из надземной части и фундамента. Основное назначение фундамента – передать грунту давление от собственного веса сооружения и действующих на него нагрузок. Массив грунта, воспринимающий давление от фундамента, называется основанием. Чтобы обеспечить устойчивость сооружения, фундаменты располагают на прочных грунтах. От глубины залегания прочных грунтов зависят условия работы фундамента в грунте, его конструкция и способ возведения.

В основаниях фундаментах могут залегать различные горные породы. По принятой в нашей стране классификации они подразделяются на скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.

Меры, с помощью которых удается улучшить грунтовые основания, могут быть механическими, физическими и химическими. Первые сводятся к замене слабых грунтов более прочными или их уплотнению, вторые – к осушению, а в некоторых условиях - к обводнению грунтов (например, лессовидных), третьи – к созданию новых, более прочных связей между частицами грунта химическими реактивами, цементацией, термическим и электрохимическим закреплением.

Если под подошвой фундамента залегают слабые, сильно сжимаемые грунты, то их удаляют на некоторую глубину и заменяют песчаной подушкой. Песчаная подушка за счет рассеивания в ее толще давлений от фундамента снижает напряжения в слабом грунте и тем самым повышает несущую способность, а так же уменьшает сжимаемость основания.

Высота подушки h должна быть такой, чтобы давление на слабый грунт не превышало его несущей способности.

Песчаные подушки отсыпают из чистого крупнозернистого песка слоями толщиной 15 – 20см, поливают водой и тщательно уплотняют до плотности 1,6 – 1,7тс/м3. Применение песчаных подушек не рекомендуется при переменном уровне грунтовых вод, когда возможно заиливание песка. При лессовых грунтах песчаные подушки способствуют увлажнению и просадкам грунта. В этих случаях подушки делают из глины или местного перемятого грунта.

Уплотнение грунтов достигается укаткой, трамбованием, вибрированием, устройством песчаных и грунтовых свай. Укатку катками применяют для уплотнения супесей, суглинков и глин с коэффициентом водонасыщения не более 0,7. При соответствующей массе катка и числе проходов удается уплотнить грунт на глубину до 1…1,5м. Более глубокое уплотнение достигается тяжелыми механическими, дизельными или пневматическими трамбовками. Трамбование производят до тех пор, пока не будет достигнут «отказ» - понижение поверхности грунта от удара трамбовки на постоянную величину, равную 1 -2см для глинистых грунтов, 0,5 – 1см для песчаных и 1 – 1,5см для лессовидных. Наиболее простой и часто применяемый способ уплотнения – трамбование механическими трамбовками. Уплотнение грунта трамбованием возможно, если его водонасыщение не превышает 0,6.

Осушение применяют для упрочнения водонасыщенных глинистых грунтов путем устройства вертикальных песчаных дрен. Дрены изготовляют, погружая в грунт обсадные инвентарные трубы диаметром 30…50см и заполняя образующиеся скважины песком. При обжатии грунта нагрузкой вода выдавливается из его пор и через дрены удаляется наружу. Для ускорения осушения на поверхности дрен отсыпают подушки из песка. Дрены располагают на взаимном расстоянии 2…10м. Вместо песка скважины могут быть заполнены другим фильтрующим материалом, например картоном.

Для защиты лессовидных грунтов от увлажнения и просадки нужно отводить поверхностные и производственные воды от фундаментов путем соответствующей планировки застраиваемой территории, устройств вокруг зданий водонепроницаемого покрытия, заполнения пазух котлованов местным перемятым водонепроницаемым грунтом. Ширина водонепроницаемого покрытия равна примерно удвоенной глубине заложения фундамента.

При мощности просадочного грунта более 10м прибегают к предварительному его замачиванию. Предпостроечное замачивание имеет целью искусственно вызвать просадку грунтов до возведения на них сооружения и тем предохранить его от опасных деформаций. Замачивают грунт в котловане небольшой глубины слоем воды толщиной 0,4…0,6м. Уплотнение грунта считается законченным, если просадка достигнет 0,5м в сутки. После того как верхний слой грунта подсохнет, его уплотняют трамбованием.

Закрепление грунтов нагнетанием цементного раствора применяют для крупнозернистых песков, отложений гальки и гравия, трещиноватых скальных пород с коэффициентом фильтрации от 80 до 200м/сут. Цементация производится водно – цементными или песчано-цементными растворами через циркуляционные инъекторы. Цементация считается оконченной, если поглощение раствора в течение 20мин при заданном давлении не превышает 0,5л. Для цементации применяют цементы тонкого помола марки не ниже 400. Если грунтовые воды агрессивны, то употребляют соответствующие устойчивые виды цементов.

Для прокладки подземных сетей чаще всего используют открытый способ, при котором коммуникации укладываются в траншеи. Разбивочные работы по устройству траншей начинают с выноса на местность оси трассы и характерных ее точек. При разбивке коммуникаций, идущих рядом в несколько параллельных ниток (например, кабелей), выносят на местность оси двух крайних. Для производства земляных работ трассу коммуникации закрепляют кольями через 5…20м. Одновременно с этим обозначают грани траншеи. При рытье траншеи возникает необходимость зачистки ее дна до проектной отметки. Эту работу во многих случаях выполняют способом визирок, сущность которого заключается в следующем: в обносках закрепляют опорные визирки таким образом, чтобы плоскость, проведенная через их верхние грани, была параллельна дну запроектированной траншеи с соблюдением проектного уклона. Перемещая ходовую визирку вдоль дна траншеи через 3..5м, определяют проектные отметки, по которым окончательно зачищают дно траншеи. Аналогичным образом используют способ визирок и при укладке труб. Однако этот способ не обеспечивает требуемую точность на уклонах, меньших 0,003.

При проектировании и строительстве дорог и мостов используют метод камерального трассирования. Трассирование выполняют способом попыток или построением линии допустимого уклона.

Способ попыток, применяемый в равнинной местности, состоит в следующем: между заданными точками намечают на карте кратчайшую трассу, по которой составляют продольный профиль с проектом линии будущей дороги. На основании анализа продольного профиля выявляют места, в которых трассу целесообразно сдвинуть вправо или влево, чтобы отметки местности совпали с проектными.

В условиях местности со сложным рельефом самый распространенный прием – построение в заданном направлении линии предельно допустимого уклона для данной категории трассы. Для этого по карте данного масштаба 1:М и по высоте сечения рельефа h определяют величину заложения d для предельно допустимого уклона iпред. По найденному заложению d на карте выделяют участки, отличающиеся по характеру трассирования, так называемые участки вольного и напряженного ходов. Участки местности, для которых средний уклон больше предельно допустимого, называют напряженным ходом. Участки, где уклон меньше допустимого, называют участками вольного хода.

На участке вольного хода трассу намечают по кратчайшему направлению, обходя лишь контурные препятствия. При этом, чтобы удлинение трассы было минимальным, углы поворота трассы должны быть не более 15…25о.

На участках напряженного хода для соблюдения предельного уклона предварительно намечают линию нулевых работ, для которой заданный проектный уклон выдерживается без устройства насыпей и выемок. Однако линия нулевых работ еще не может быть осью будущей дороги, так как она состоит из большого числа коротких звеньев, сопряжение которых кривыми невозможно из-за ограничений минимальных радиусов. Поэтому линию нулевых работ заменяют участками более длинных прямых (спрямляют). Спрямление вызывает необходимость земляных работ.

Затем по трассе намечают положение пикетов и характерных точек рельефа. Пикет – точка оси трассы, предназначенная для закрепления заданного интервала. Характерные перегибы рельефа или контурные точки, определяющие пересекаемые трассой сооружения, водотоки, границы угодий, линии связи и т.д., называют полосовыми точками. По отметкам и пикетажу строят продольный профиль местности по трассе, а затем проектируют профиль будущей дороги.

Автодорожное полотно состоит из проезжей части, обочин, откосов и кюветов. Проезжая часть магистральных автодорог состоит из искусственного покрытия (бетонное, каменное и др.). Для устройства этого покрытия в дорожном полотне делают специальное земляное корыто. Для быстрого стока воды поверхность дорожного полотна имеет поперечный уклон от середины к бровкам. Величину этого уклона назначают в зависимости от типа покрытия. На цементно-бетонных и асфальтобетонных дорогах поперечный уклон проезжей части составляет 1,5…2,0%, щебеночных и гравийных – 2,0…3,0%, на мостовых – 3,0…4,0%. Поперечный уклон обочин на 2,0% больше уклона проезжей части. Поперечный уклон дна корыта, как правило, равен уклону проезжей части.

Основной частью железнодорожного полотна служит верхнее строение – рельсы со шпалами, уложенные на балластный слой. Для лучшего стока воды земляное основание под балластным слоем устраивают в виде сливной призмы. Вдоль дорожного полотна устраивают боковые водоотводные канавы – кюветы, средняя глубина которых составляет 0,6м. Продольный уклон дна кювета должен быть не менее 0,3%.

Для выполнения земляных работ производят детальную разбивку земляного полотна, которая состоит в обозначении на местности всех характерных точек поперечного профиля полотна: оси, бровок, кюветов, подошвы насыпей и т.д.

Покрытие на автомобильных дорогах строится в приготовленном для этого земляном корыте и состоит из песчаной или гравийной подушки, бетонного или каменного несущего слоя и верхнего асфальтового слоя.

Верхнее строение железных дорог состоит из балластного слоя (песок, гравий, щебень), шпал и рельсов. Толщина балластного слоя принимается не менее 35см на магистральных дорогах и 25см на местных.

Инженерное благоустройство наиболее сложно на территориях, подверженных динамичным геологическим процессам. Эти процессы могут привести к сокращению долговечности зданий и застройки в целом. Они несут в себе угрозу разрушений и катастроф. По этим признакам различают пять категорий городских земель.

опасная. Карстово-суффозионные провалы и мульды оседания земной поверхности; глубокие оползни. Не рекомендуется для новых застроек; имеющиеся объекты должны находиться под постоянным наблюдением. Защитные мероприятия: снижение обводненности; предотвращение динамических воздействий; инъектирование песчано-цементных смесей в закарстованные толщи; строительство подпорных стенок на глубоком свайном основании, устройство дренажных систем; комплексный мониторинг за геологической средой и сооружениями.

Весьма опасное. Сочетания потенциальных карстово-суффозионных провалов и мелких оползней; потенциальных карстово-суффозионных провалов и подтопления; мелких оползней и подтопления. Допустимо промышленное и гражданское строительство при выполнении мероприятий по снижению геологического риска. Защитные мероприятия: строительство дренажных систем; гидроизоляция заглубленных частей здания; создание сопутствующих дренажей инженерных сетей; восстановление засыпанных естественных дрен; наблюдение за подвижкой оползней и оседанием территории.

Опасная. Подтопление, сочетание мелких оползней и потенциального подтопления. Допустимо строительство при выполнении мероприятий по снижению геологического риска. Защитные мероприятия: создание локальных дренажных сетей; фитомелиорация; наблюдение за уровнем подземных вод и подвижностью оползневых участков.

Малоопасная. Мелкие оползни, потенциальное подтопление. Возможно градостроительное использование без ограничений при выполнении мероприятий по снижению геологического риска. Защитные мероприятия: создание водоотводящих систем, наблюдение за оседанием территории.

Неопасная. Процессы, обусловливающие геологический риск, отсутствуют. Возможно градостроительное использование без ограничений. Защитные мероприятия: предотвращение чрезмерного увлажнения территории; поддержание в необходимом техническом состоянии водонесущих коммуникаций; наблюдение за уровнем подземных вод.

В условиях Северной климатической зоны вертикальная планировка строительной площадки производится в течение круглого года с сохранением естественного рельефа и растительности на свободных от застройки и проездов участках в пределах защитной зоны.

При этом соблюдаются следующие требования:

грунт в зимний период разрабатывается взрывным способом, выторфовыванием заболоченных участков с последующей засыпкой их послойным рыхлением машинами;

при использовании грунтов оснований в мерзлом состоянии планировка производится отсыпкой грунта;

если отсыпка не обеспечивает предохранения вечномерзлых глинистых грунтов от летнего протаивания, то перед отсыпкой грунта по дневной поверхности площадок на промерзший слой сезонного оттаивания укладывается теплоизоляция из торфа или дерново-мохового покрова;

при условии использования вечномерзлых глинистых грунтов с влажностью, равной или меньшей предела текучести, а также песчаных, крупнообломочных и скальных планировка производится срезкой грунта, но с восстановлением дерново-мохового покрова, а при необходимости и с укладкой дополнительного слоя теплоизоляции.

Слой грунта, отсыпаемый при планировке в холодный период года на промерзший слой должен быть толщиной не менее 0,2м. Перед отсыпкой площадка очищается от снега и льда. Отсыпанный грунт выравнивается и уплотняется; запрещается оставлять участки отсыпки неспланированными. Отсыпка производится талыми или сыпучемерзлыми грунтами; комья мерзлых грунтов должны быть меньше 15см и составлять не более 30% от общего объема отсыпаемого грунта.

При планировке площадки в теплый период года должны соблюдаться следующие правила производства работ:

отсыпка первого слоя толщиной 0,5…0,6м производится головным способом на всю ширину отсыпки непосредственно на растительный покров;

на первый слой послойно отсыпается грунт до проектной отметки с выравниванием и уплотнением.

Грунт срезается слоями 15-20см по мере его естественного оттаивания.

Перед планировочными работами вечномерзлые глинистые грунты с влажностью выше предела текучести предварительно осушаются.

Вечномерзлые глинистые грунты с влажностью ниже предела текучести, а также песчаные, крупнообломочные и скальные предварительно не осушаются.