ФЕДЕРАЛЬНЕ АГЕНТСТВО З ОСВІТИ
ДЕРЖАВНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ
В'ЯТСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет будівництва та архітектури
Кафедра промислової екології та безпеки
БЕЗПЕЧНА ОРГАНІЗАЦІЯ ЗЕМЛЯНИХ РОБОТ
до практичних занять
Дисципліна «Безпека життєдіяльності»
Друкується за рішенням редакційно-видавничої ради Вятського державного університету
Дегтерєв Б.І. Безпечна організація земляних робіт. Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Безпека життєдіяльності». - Кіров: Вид-во ВятГУ, 2010. - 12 с.
У методичних вказівках розглянуто основні причини виробничого травматизму під час земляних робіт. Дано методики розрахунку профілів укосів та кріплення стінок котлованів та траншей. Наведено необхідні довідкові матеріали, представлено ілюстрації. Складено завдання для розрахунків.
Підписано до друку Ум. піч. л.
Папір офсетний Друк матричний
610000, м.Кіров, вул.Московська, 36
ПОБУДУВАННЯ ПРОФІЛУ Укосу. РОЗРАХУНОК КРІПЛЕННЯ СТІНОК КОТЛОВАНІВ І ТРАНШІВ
Основними видами земляних робіт у промисловому та цивільному будівництві є розробка котлованів, траншей, планування ділянок тощо. Аналіз травматизму у будівництві показує, що у земляні роботи припадає близько 5,5% всіх нещасних випадків; із усієї кількості нещасних випадків з важким результатом за всіма видами робіт 10% пов'язане з виконанням земляних робіт.
Основна причина травматизму при земляних роботах – обвалення ґрунту, що може відбуватися внаслідок:
а) перевищення нормативної глибини розробки виїмок без кріплень;
б) порушення правил розробки траншей та котлованів;
в) неправильного пристрою або недостатньої стійкості та міцності кріплень стінок траншей та котлованів;
г) розробки котлованів та траншей з недостатньо стійкими укосами;
д) виникнення неврахованих додаткових навантажень (статичних та динамічних) від будівельних матеріалів, конструкцій, механізмів;
е) порушення встановленої технології земляних робіт;
ж) відсутності водовідведення або його устрою без урахування геологічних умов будівельного майданчика.
1. Влаштування укосів
Основними елементами відкритої розробки кар'єру, котловану або траншеї без кріплення є вказані на малюнку 1 ширинаlі висотаhуступу, форма уступу (плоска, ламана, криволінійна, ступінчаста), кут укосуα, крутість укосу (ставлення висоти укосу для його закладанняh:l).
Мал. 1 – геометричні елементи уступу:
h- Висота уступу;l- ширина уступу;θ– кут граничного
рівноваги укосу;α– кут між площиною обвалення та
горизонтом; АВС – призма обвалення;φ– кут природного укосу
Встановлення безпечної висоти уступу, крутості укосу та найбільш зручної ширини берми є важливою процедурою при розробці котлованів та траншей, від правильності виконання якої залежить ефективність та безпека виконання земляних робіт.
Виробництво робіт, пов'язаних із знаходженням працівників у виїмках з укосами без кріплень у насипних, піщаних та пилувато-глинистих ґрунтах вище рівня ґрунтових вод (з урахуванням капілярного підняття) або ґрунтах, осушених за допомогоюштучного водозниження, допускається при глибині виїмки та крутості укосів, зазначених у таблиці 1 [1].
При напластуванні різних видів ґрунту крутість укосів призначають за найменш стійким видом від обвалення укосу.
Крутизна укосів виїмок глибиною понад 5 м у всіх ґрунтах (однорідних, неоднорідних, природної вологості, перезволожених) та глибиною менше 5 м при розташуванні підошви виїмки нижче за рівень ґрунтових вод повинна встановлюватися за розрахунком.
Нормативна крутість укосу приh≤ 5 м за СНіП [1]
Крутизна укосуh:lпри глибині виїмки до
Розрахунок може бути виконаний за методикою Н.Н.Маслова, викладеною в [2]. У всіх випадках стійкий укіс повинен мати профіль змінної крутості, що знижується з глибиною виїмки. Методика дозволяє врахувати такі фактори:
а) зміна характеристик ґрунту в його окремих шарах;
б) наявність додаткового навантаження берми укосу розподіленим навантаженням.
При розрахунку крутість профілю укосу встановлюють для окремих шарів товщиноюΔZ= 1...2 м, які повинні бути прив'язані до природного напластування шарів в даному грунті.
Схема побудови профілю укосу показана малюнку 2.
Розрахункові формули для координатиХi, м, мають такий вигляд:
а) для загального випадку навантаженої берми (Р0> 0)
, (1)
Мал. 2 – схема побудови профілю укосу
б) для окремого випадку ненавантаженої берми (Р0= 0)
. (2)
У формулах (1) та (2) прийняті позначення:
γ- об'ємна вага грунту, т/м 3;
С– питоме зчеплення ґрунту, т/м 2 ;
Р0- рівномірно розподілена по поверхні укосунавантаження, т/м2.
Результати розрахунків доцільно звести до таблиці (табл. 2).
За даними обчислень будується профіль рівностійкого укосу.
Обчислення профілю рівностійкого укосу за методикою Н.М.Маслова
При виконанні земляних робіт, пов'язаних з розробкою котловану, можливе обвалення ґрунту та травмування робітників. Щоб уникнути нещасного випадку, необхідно розрахувати допустиму крутість укосу котловану при глибині 5 і 10 м для глинистого грунту.
Для котловану глибиною 5 м:
а) визначити кут між напрямом укосу та горизонталлю та відношення висоти укосу до його закладання;
б) виконати ескіз уступу котловану.
Для котловану глибиною 10 м:
а) провести розрахунок профілю рівностійкого укосу, дані звести до таблиці формою табл. 2;
б) за даними розрахункової таблиці побудувати профіль укосу.
Вихідні дані взяти із таблиці 3.
Вихідні дані до завдання 1
2. Кріплення котлованів та траншей
Безпека праці при розробці котлованів та траншей може бути забезпечена пристроєм дерев'яних та сталевих кріплень стінок з інвентарних та типових деталей, а також із елементів, що визначаються розрахунком.
Встановлювати кріплення необхідно в напрямку зверху вниз у міру розробки виїмки на глибину не більше 0,5 м. Розбирання кріплень слід проводити в напрямку знизу вгору у міру зворотного засипання виїмки.
Кріплення вертикальних стінок за конструктивним рішенням діляться на розпірні, анкерні, підкісні та шпунтові. При встановленні кріплень верхня частина їх повинна виступати над брівкою виїмки не менше ніж на 15 см. Вибір виду пристрою кріплень визначається такими факторами:
характером розроблюваної виїмки та її глибиною;
наявністю додаткових навантажень на бермі виїмки;
зручністю ведення робіт у виїмці з механічними кріпленнями.
Для траншей глибиною до 5 м застосовують збірно-розбірні інвентарні або змішані кріплення із типових сталевих та дерев'яних елементів. У разі неможливості застосування інвентарних кріплень стінок котлованів або траншей слід застосовувати кріплення, виготовлені за індивідуальними проектами, затвердженими встановленим шляхом.
Для траншей та котлованів глибиною понад 5 м пристрій кріплень обґрунтовують розрахунком.
Котловани та траншеї, що розробляються в зимовий час, при настанні відлиги повинні бути оглянуті, а за результатами огляду повинні бути вжиті заходи щодо забезпечення стійкості укосів або кріплень.
Сталеві та дерев'яні конструкції кріплення розраховують на міцність та на стійкість у найбільш невигідних умовах без урахування просторової роботи конструкції згідно з вказівками СНиП [3,4].
Для обґрунтування конструкції кріплення в розрахунковій схемі враховують лише дію основного навантаження – активного тиску ґрунту σакт.
Елементи конструкції кріплення розраховують на міцність в такий спосіб.
Дошки горизонтальної зашивки завтовшкиtі шириноюbпрацюють на вигин під дією розрахункового рівномірно розподіленого навантаженняq1, МН/м:
і розраховуються на міцність як нерозрізна багатопрогонова балка.
У формулі (3)σ2,max- бічне тиск грунту на глибиніhпідошви виїмки, МПа. Для зв'язкових ґрунтів
Допустима відстаньlміж стійками кріплення знаходять розрахунком на міцність при згинанні; розрахункова формула длявизначення величини кроку стійок має вигляд:
деmв- коефіцієнт умов експлуатації; для деревини, що стикається з ґрунтом,mв= 0,85 [4];
Rі= 8,5 МПа - розрахунковий опір вигину [4];
hс– глибина, до якої траншею в заданих ґрунтах можна розробляти без кріплення, м:
До глибиниhззашивку виконують з дошки мінімальної товщиниtз наявного сортаменту для виключення вивалів та осипу ґрунту в траншеї. Це ж найменше значення використовується для розрахунку за формулою (6).
Оскільки кріплення траншеї з кроком стійок менше 1,5 м економічно не обґрунтовано, у разі отримання такого результату необхідно прийнятиl= 1,5 м та розрахувати мінімально достатню товщину дощок нижнього ярусу зашивки при даному кроці стійок:
Для влаштування кріплення з економічно обґрунтованою товщиною защивки знаходять розрахункові глибиниhрозч., до яких можливе застосування для зашивки дощок тієї чи іншої (оптимальної) товщини:
підставляючи у формулу (9) значенняtіз заданого сортаменту.
П
Мал. 3 – профіль конструкції розпірної зашивки траншеї
Розрахувати багатоярусну конструкцію розпірної зашивки траншеї глибиною 5,5 м в глинистому грунті (γ= 1,8 т/м 3 ) з дошки кріплення III сорту товщиною t = 25, 40, 50 і 70 мм (брус) . Зобразити профіль конструкції. Вихідні дані взяти із таблиці 4.