PROJEKTOWANIE ROBÓT ZIEMNYCH

1. Wstęp

Zaprojektowanie robót ziemnych oznacza taki sposób doboru ich realizacji aby koszt był jak najmniejszy przy zachowaniu wymaganych terminów i warunków technicznych wykonanych robót. Podstawę stanowi projekt techniczny obiektu na podstawie którego wykonuje się obliczenia ilości mas ziemnych, w następującej kolejności wykonuje się:

- Rozdział mas ziemnych(ustalenie ruchu mas)

- Opracowanie technologii i organizacji robót

- opracowanie harmonogramy robót

2. Rozdział mas ziemnych.

Celem jest określenie ilości mas, ustalenie mas ziemi do przemieszczenia, kierunków i obliczenie ich przemieszczenia wraz z doborem właściwych zestawów maszyn.

Z uwagi na złożoność problemu zadanie należy rozważać wariantowo przy wykorzystaniu metod optymalizacji procesów produkcyjnych:

- programowanie liniowe(zad. transportowe)

- projektowanie sieciowe (metody z różnymi typami sprzężeń między rodzajami robót i frontami robót)

- teoria masowej obsługi

- sieci neuronowe

Ze względu na charakter robót ziemnych rozróżnia się ich dwa typy:

- liniowe (drogi, linie kolejowe, wały przeciwpowodziowe, zapory ziemne)

- powierzchniowe-zwarte (odkrywki, budowle hydrotechniczne, obiekty handlowe i przemysłowe)

Rozdział mas ziemnych dla każdego typu obiektu należy dostosować do jego charakterystyki i uwarunkowań technologicznych prowadzenia prac.

3Projekt robót ziemnych.

1 Orientacyjny plan sytuacyjny (warstwicowy) w skali 1:25000 lub większy.

2Plan sytuacyjny terenu warstwicowy z zaznaczonymi położeniami budowli ziemnych oraz wykopów, skala 1:2000÷1:500, wszystkie istniejące obiekty, kanalizacja.

3Przekroje charakt. terenu z naniesionymi przekrojami wykopów i nasypów, skala pionowa 1:100, 1:200.

4Wyniki badań geotechnicznych gruntu, obliczenia stateczności, nośności.

5Opis tech., war. techniczne wykonania robót.

6Rysunki szczegółowe, detale.

7Obliczenia mas ziemnych.

8Bilans i rozkład mas ziemnych.

9Opis metod wykonania robót ziemnych.

10Określenie ilości środków transportu.

11Wyznaczenie tras transportu mas ziemnych.

12Obliczenia robocizny i innych wskaźników.

13Plan pracy maszyn.

14Harmonogramy robót.

15Plan zagospodarowania i uzbrojenia terenu.

16Projekt odwodnienia wykopów.

4.Określenie objętości robót plantowniczych.

Plantowaną powierzchnię dzieli się na planie warstwicowym na kwadraty o boku 10-15 cm. w zależności od wielkości plantowanej powierzchni, konfiguracji terenu i żądanej dokładności obliczeń.

W wierzchołkach kwadratów wpisuje się:

Rys. kartogram robót ziemnych

Do określenia obj. Robót stosuje się trzy metody:

- met. trójkątów (najdokładniejsza)

- met. kwadratów (stosowana przy niewielkich różnicach terenu

- met. warstwic (oszacowanie wielkości robót)

4.1metoda trójkątów

Przypadek 1- tylko nasyp lub tylko wykop

Przypadek 2-częściowo nasyp i wykop

lub

4.2met. kwadratów

Przypadek 1- tylko nasyp lub tylko wykop

ho-rzędna plantowania dla całego kwadratu

h- średnia rzędna dla kwadratu

Przypadek 2 - częściowo nasyp i wykop

h'- średnia rzędna dla pól wykopu

h'- średnia rzędna dla pól nasypu

Przypadek 3

5. Optymalna rzędna plantowania

Rzędna plantowania (powierzchni) dla której obj. wykopów jest równa obj. nasypów i nie ma potrzeby dowozu gruntu z zewnątrz.

hpp- rzędna poz. porównawczego (nie może być w depresji)

hi- rzędna terenu w środku kwadratu „i”

V- obj robót plantowwniczych[m^3]

A- ogólna pow. robót plantowwniczych [m^2]

Aw- powierzchnia terenu wykopów

Ssk- współczynnik spulchnienia (ze względu na zagęszczenia)

6. Obliczenie i rozdział mas ziemnych

Obejmuje to ustalenie ilości oraz kierunków przemieszczenia gr. w miejscach formowania mas, w obrębie obszaru inwestycji, przy spełnieniu war. odległości przewozu(przepychanie jest najtańsze) kierunki przewozu muszą być najdogodniejsze.

Optymalny schemat rozdziału mas ustala się wariantowo, stosując różne met. optymalizacji, np. met. programowania liniowego, metoda ta zawiera dwa podstawowe elementy:

- funkcja celu (kryterium optymalizacji)

- układ warunków nałożonych na zmienne występujące w funkcji celu(ograniczenie)

Oba elementy są liniowe

6.1 Rozdział mas met. programowania liniowego.

*zmienna decyzyjna Vij- obj. gruntu przemieszczana z i-tego kwadratu wykopu do j-tego kwadratu nasypu

*kryterium optymalizacji lij- odległość transportu z kwadratu i-tego do j-tego

*funkcja celu-

*ograniczenia:

Dla: i=1,2,..n j=1,2,..n

w i- tych są nasypy

w j- tych są wykopy

Vw, Vn- znane są obj. wykopu i nasypu

Rozwiązanie tego problemu polega na wyznaczeniu takich wartości zmiennych decyzyjnych dla których funkcja celu przyjmuje min.

WYKONAWSTWO ROBÓT ZIEMNYCH

Wytyczne wykonania wykopów

1. Niwelacje terenowe i prace powierzchniowe

Polegają one na ścinaniu niewielkich pagórków i niwelacji terenu za pomocą spycharek i zgarniarek. Sprzęt podczas ruchu w jedną stronę ścina zbocze na spadku(największa wydajność) przesuwając urobek. Pod górę porusza się na luzie. Po powrocie ścina zbocze z drugiej strony, też na spadku zasypując wgłębienie.

Rys. schemat równoległy pracy

2.Ogólne zasady wykonywania wykopów

a) wykonuje się je wg z góry opracowanego schematu ruchu maszyn podstawowych (koparek) w którym ustala się:

-miejsca zjazdu i wyjazdu z wykopu

-osie kolejnych przejść koparek

-drogi transportu

-miejsca i spadki spływu wód deszczowych

b) tam gdzie to możliwe stosuje się zasadę ruchów środków transportowych na poziomie terenu(unika się problemu z jazdą po gr. rozkopanym dna wykopu)

c)wykopy o głębokości>4m należy realizować stopniami (piretrami), do każdego musi być wykonany zjazd dla środków transportu(10%-15%), oraz wykonanie odprowadzenia wody, umożliwiające spływ dla Pieter położonych niżej.

d)nachylenie skarp wykopów tymczasowych o głębokości>4m należy przyjmować na podstawie obliczeń stateczności. Dla wykopów do 4m:

-w twardoplastycznych iłach 1:0,5

-w …….. i zwietrzelinach 1:1

-w twardoplastycznych gr. spoistych1:1,25

-w niespoistych i spoistych w stanie plastycznym 1:1,5

e)zalecane nachylenie min. skarp końcowych wykopów(stałych):

- dla głębokości wykopu do 2 m; 1:1,5

- dla głębokości wykopu do 2-4 m; 1:1,75

- dla głębokości wykopu do 4-6 m; 1:2

- dla głębokości wykopu > 6 m; wg wyników analizy stateczności

f)ostatnia warstwa wykopu, winna być zdejmowana z dużą starannością, nawet ręcznie.

3.Schematy pracy maszyn

Sposób przyjęcia schematu pracy koparek i środków transportu zależy od rozmiaru wykopu, ilości pięter i parametrów technicznych koparki.

3.1Koparki przedsiębierne

Ruch prosty

Ruch zygzakowaty

Głęboki wykop

Urobek z wykopu może być ładowany na środki transportu i wywożony lub odkładany na odkład obok wykopu.

3.2Koparki podsiębierne i zbierakowe

Koparka nad wykopem:

Sposób podłużny

Sposób poprzeczny

Sposób czołowo-poprzeczny

3.3Wykopy szerokoprzestrzenne

3.4Wykopy głębokie

Metoda tarasowa

Przy wykonywaniu przekopu 1,2,3 środki transportu zjeżdżają na wyżej ległe tarasy, a przy wykonaniu 4 i 5 na dno wykopu.

4.Skrawanie

Ostateczne ukształtowanie powierzchni skarp wykonuje się spycharkami, równiarkami lub koparkami w celu nadaniu jednolitego nachylenia.

5.okoliczności nieprzewidywalne

Podczas wykonywania wykopów zdarza się:

-odkopanie instalacji podziemnej nie istniejącej w dokumentacji

-odkrycie gruzowisk z fundamentów

-niewypały

-wystąpienie osuwisk

-odkrycie archeologiczne

-przebicie hydrauliczne

W powyższych sytuacjach należy przerwać roboty, zabezpieczyć teren oraz ludzi, zawiadomić stosowane władze i służby w przypadku przebicia hydraulicznego należy rozłożyć geowłuknine i przysypać warstwą 0,5 m żwiru lub pospółki dla zabezpieczenia podłoża wykopu przed rozluźnieniem i rozmyciem

PODZIAŁ GRUNTÓW NA KATEGORIE

KLASYFIKACJE GRUNTÓW : 1)wskaźniki identyfikacyjne: a) podst cech fiz(w_n,ρ,ρ_s) b)pochodne cechy fiz (n,e,ρ_d) 2)wskaźniki klasyfikacyjne: a)dla spoistych(I_L,I_P,I_C) b) dla niespoistych (I_D,S_r) 3)parametry fizyko-mechaniczne a)wytrzymałość(Ø,c) b)ściśliwość(M,E,a, c_E) c)wodoprzepuszczalność k₁₀pozwalają ocenić grunt jako podłoże, materiał konstr do wykonywania budowli ziemnych oraz umożliwiają przeprowadzenie kontroli jakości robót ziemnych.

ZASTOSOWANIE: 1) opis podłoża(przydatność) 2)ocena przydatności materiału ze złoża 3)kontrola jakości wykonawstwa

Dla celów wykonawstwa r.z. dzieli się je na kategorie w zależności od ich trudności odspajania(urabialności). Istnieje tez podział wg kosztów (XVI.kat) oraz charakteru gruntu (7 kat)

2.OPÓR SKRAWANIA(URABIANIA)

Skrawanie-mechaniczne usuwanie określonej objętości gruntu narzędziami zaopatrzonymi w klinowe ostrza skrawające(tnące). Pasmo gruntu oddzielone w toku skrawania od części nienaruszonej(calizny) nazywa się skibą lub wiórem. Skibę ograniczają z 3 stron 3 powierzchnie, wzdłuż których została ona odcięta od calizny

Α- kąt przyłożenia

Β- kąt ostrza

Γ- natarcia

a- grubość skrawanej warstwy

b- szerokość narzędzia

Każdy rodzaj gruntu zachowuje się podczas skrawania w sposób dla siebie charakterystyczny.

Spoisty suchy ,zw, pzw

Spoisty wilgotny, pl ,mpl

niespoisty

Skrawanie wymaga przyłożenia do narzędzia odpowiednio dużej i skierowanej siły(siła skrawania) koniecznej do pokonania oporu materiału przeciwko odkształceniom, oporu tarcia oraz oporu przeciw zniszczeniu spójności(siła skrawania). Całkowity opór wypadkowy skrawanego gruntu(opór skrawania) zależy od rodzaju gruntu, rodzaju i kształtu narzędzia skrawającego oraz prędkości skrawania. Opór skrawania określamy za pomocą metody oporów jednostkowych (opór skrawanego gruntu proporcjonalny do rodzaju skiby): P=P_S+P_t+P_n=k_f*F=k_L*L, gdzie P_S- siła czystego skrawania, P_t -opór tarcia, P_n -opór napełniania, F-przekrój poprzeczny skiby, L-szerokość skiby, k-opór jednostkowy(właściwy) dla konkretnego gruntu i narzędzia skrawającego.

3.KLASYFIKACJA na podstawie oporów skrawania.

1)budownictwo: a) KNK, KNR(kat I-IV urabianie za pomocą dowolnego sprzętu do r.z.-najczęściej, od V kat za pomocą mat wybuchowych), kat wg kosztów b) PN,kat wg rodzaju gruntu (gleba, grunty płynne, g. łatwo urabialne, g. średnio urab, g. trudno urab, skały łatwo urab, skały trudno urab) 2) górnictwo odkrywkowe (klasy I-IV)

KLASA	I	II
Grunt	Łatwo urabialne P i Ż	Średnio urabialne Iπ, G
Nominalny kl[kN/m]	<20	20-40

KLASA	III	IV
Grunt	Trudno urab iły poznańskie, gliny zwałowe	b. trudno urab. iły zwarte,margiel
Nominalny kL [kN/m]	40-60	60-100

4.SPULCHANIANIE GRUNTU W WYNIKI ODSPAJANIA .

Grunt w stanie naturalnym ma pewnie ciężar obj. γ zależny od stopnia skonsolidowania oraz wilgotności gruntu. Odspajanie powoduje zmianę γ, skutkiem czego jest zwiększenie objętości gruntu w porównaniu do obj. gruntu rodzimego(przed odspojeniem). Znajomość wielkości spulchnienia jest konieczna do sporządzenia bilansu mas ziemnych, wykonywanego dla każdego projektu r.z. Wielkość spulchnienia zależy od: -rodzaju gruntu -wilgotności -sposobu odspajania -grubości warstwy odspajanej(im cięższa warstwa, tym większe spulchnienie) S_S-współczynnik spulchnienia, czyli stosunek obj, gruntu spulchnionego V_ZS do obj tej samej masy w stanie naturalnym V_Zn (V_ZS= V_Zn* S_S lub V_ZS= V_Zn(1+s/100), s-przeciętne spulchnienie w %pierwotnej obj). V_ZS określa się przy obliczaniu ilości środków transportowych oraz bilansowaniu mas ziemnych. Dla ujednolicenia obl. Bilansu przyjmuje się, że obj gruntu mierzy się w stanie rodzimym. Jeśli mierzy się V_ZS należy zastosować odpowiedni współczynnik zmniejszający S_Z=1/ S_S

Aby uniknąć nierównomiernych deformacji oraz uszkodzeń budowli ziemnych, związanych z naturalnym osiadaniem, dąży się do max mechanicznego zagęszczenia wbudowanego gruntu za pomocą ubijania, wałowania lub wibrowania. W rezultacie spulchnienie zanika prawie całkowicie lub staje się znacząco mniejsze od początkowego(spulchnienie stałe S_SK) S_SK-spulchnienie gruntu nasypowego po jego pełnym mechanicznym zagęszczeniu do stanu przewidzianego przez WTWiO.

---