Технология и организация строительства

Е. М. Веряскина





            ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА


Учебное пособие





















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 69.05
ББК 38.6
    В37


Рецензенты:
доцент кафедры сельскохозяйственного строительства и архитектуры Российского государственного аграрного университета МСХА
к. т. н. Г. Н. Горяева;
доцент кафедры городского хозяйства, геодезии, землеустройства и кадастров Санкт-Петербургского Архитектурно-строительного университета к. т. н. Н. П. Заборщикова





        Веряскина, Е. М.

В37 Технология и организация строительства : учебное пособие / Е. М. Веряскина. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 132 с. : ил., табл.
        ISBN978-5-9729-1449-4

        Представлены особенности производства свайных, монтажных, кладочных работ в зимних условиях. Рассмотрена технология возведения зданий в специфических условиях, способы искусственного закрепления грунтов, бетонные работы в зимних условиях. Даны требования к качеству выполнения кладочных работ.
        Для студентов строительных специальностей. Может быть полезно инженерам и работникам строительной индустрии.


УДК 69.05
                                                                         ББК38.6












ISBN 978-5-9729-1449-4

     © Веряскина Е. М., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

        Оглавление


Введение...........................................................4
1. Производство земляных работ в зимних условиях...................5
1.1. Предохранение грунта от промерзания...........................6
1.2. Методы оттаивания грунта с разработкой его в талом состоянии......8
1.3. Разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением.14
2. Особенности производства работ нулевого цикла в зимних условиях.....22
3. Обеспечение устойчивости стенок котлованов и траншей...........25
3.1. Способы и конструкции креплений..............................26
3.2. Ограждение котлованов из буронабивных свай...................33
3.3. Ограждение котлована из бурозавинчивающихся и вдавливаемых свай .... 35
3.4. Ограждение котлована тонкостенными железобетонными плитами........36
3.5. Закрепление стенок выемок методом торкретирования............36
3.6. Струйная технология..........................................37
4. Возведение подземных сооружений................................39
4.1. Способ опускного колодца.....................................39
4.2. Способ «стена в грунте»......................................47
5. Способы искусственного закрепления грунтов.....................57
6. Технология возведения зданий в специфических условиях..........62
6.1. Возведение зданий в условиях плотной городской застройки.....62
6.2. Поддержание эксплуатационных свойств существующей застройки.......63
6.3. Специфические особенности стройгенплана при возведении зданий в условиях плотной городской застройки............................68
6.4. Защита экологической среды существующей застройки............71
7. Строительное водопонижение.....................................75
7.1. Открытый способ водопонижения................................76
7.2. Закрытый способа водопонижения...............................83
7.3. Замораживание грунтов........................................86
8. Особенности производства свайных, монтажных, кладочных работ в зимних условиях.................................................87
8.1. Производство свайных работ...................................87
8.2. Производство монтажных работ.................................89
8.3. Каменные работы в зимних условиях............................91
8.4. Требования к качеству выполнения кладочных работ.............98
9. Бетонные работы в зимних условиях..............................100
10. Техника безопасности при работе в зимнее время................113
Вопросы для самопроверки..........................................117
Глоссарий.........................................................119
Библиографический список..........................................128

3

        Введение


    В традиционных курсах по изучению технологии строительства рассматривают, как правило, «обычные» условия строительства и эксплуатации. В действительности, на конструкции зданий и сооружений действует комплекс неблагоприятных факторов. Отдельные из них оказывают решающее влияние на несущую способность и долговечность зданий и сооружений. Преждевременное исчерпание их эксплуатационных качеств и нарушение технологического процесса приводит к значительным материальным затратам. А вследствие ошибок, допущенных на этапах изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации, срок службы зданий и сооружений в ряде случаев значительно короче проектного.
    Весьма актуальна проблема строительства промышленных и гражданских сооружений в сложных грунтовых условиях, поскольку более 80 % территории России сложено просадочными, лессовыми, слабыми водонасыщенными, насыпными, набухающими и вечномерзлыми грунтами. В сложных грунтовых условиях эти нагрузки (статические, многократно приложенные, динамические), передаваемые на грунты основания, вызывают большие и зачастую неравномерные осадки фундаментов сооружений. К числу особых относятся условия строительства вблизи существующих зданий и сооружений. И хотя в этих условиях построены и успешно эксплуатируются сотни тысяч построек, известны и случаи аварий. Особые условия строительства и эксплуатации значительно ускоряют процесс разрушения и развития дефектов. Повысить срок службы зданий и сооружений и предотвратить аварийные ситуации является важнейшей задачей проектировщиков и строителей.

4

        1. Производство земляных работ в зимних условиях


    Значительная часть территории России расположена в зонах с продолжительной и суровой зимой. Однако строительство осуществляется круглогодично, в этой связи около 15 % общего объема земляных работ приходится выполнять в зимних условиях и при мерзлом состоянии грунта.
    При ведении работ в зимних условиях важно учитывать:
    -  ожидаемые температуры и их колебания;
    -  длительность зимы;
    -      общее количество дней на этапах выполнения земляных работ и возведения фундамента;
    -  количество осадков в виде снега и дождя;
    -  влажность воздуха и скорость ветра;
    -  условия освещенности.
    Мороз снижает эффективность выполнения любых работ, как ручных, так и с использованием механизмов, без применения защитных мероприятий. Строительные работы, а в частности: земляные работы, возведение фундаментов и каркасных конструкций, прекращают при снижении температуры наружного воздуха ниже минус 25ОС.
    Температура воздуха влияет на температуру грунта и тем самым на глубину его промерзания. Температура поверхностных слоев грунта меняется в зависимости от времени года, концентрации в грунте воды, обилия растительности, снежного покрова, и повторяет колебания температуры наружного воздуха.
    Снегопады влекут за собой задержки строительных работ и увеличения расходов на растапливание и удаление снега, но снег можно использовать в качестве защиты грунтового основания от промерзания.
    Воздействие ветра на выполнение строительных работ проявляется в ухудшении эффективности тепловой защиты, поэтому поверхности всегда необходимо укрывать.
    Создание достаточной освещенности часто оказывается невозможным, особенно на этапе производства земляных работ.
    Зимой значительно возрастает трудоемкость разработки грунта (ручных работ в 4 ... 7 раз, механизированных в 3 ... 5 раз), ограничивается применение некоторых механизмов - экскаваторов, бульдозеров, скреперов, грейдеров, в то же время, выемки зимой можно выполнять без откосов.
    Вода, с которой много неприятностей в теплое время года, в замерзшем состоянии становится союзником строителей. Иногда отпадает необходимость в шпунтовых ограждениях, практически всегда в водоотливе.
    Особенность разработки грунта в мерзлом состоянии заключается в том, что при замерзании грунта механическая прочность его возрастает, а разработка затрудняется. До начала земляных работ в зимних условиях выполняют следующие подготовительные работы: установку снегонезаносимых разбивочных знаков; обеспечение водоотвода на участках производства работ; подготовку

5

подъездных путей и средства защиты их от снежных заносов; защиту от промерзания грунтов, намеченных к разработке и отсыпке насыпей, а также их оснований; обеспечение освещения мест разработки и укладки грунта.
    В зависимости от конкретных местных условий используют следующие методы разработки грунта:
    -      предохранение грунта от промерзания с последующей разработкой обычными методами;
    -     оттаивание грунта с разработкой его в талом состоянии;
    -     разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением;
    -     непосредственная разработка мерзлого грунта.


1.1. Предохранение грунта от промерзания


    Это методы, основанные на искусственном создании на поверхности участка, намеченного к разработке в зимнее время, термоизоляционного покрова с разработкой грунта в талом состоянии. Предохранение проводится до наступления устойчивых отрицательных температур, с заблаговременным отводом с утепляемого участка поверхностных вод. Применяют следующие способы устройства термоизоляционного покрытия: предварительное рыхление грунта, вспахивание и боронование грунта, перекрестное рыхление, укрытие поверхности грунта утеплителями и др.
    Предварительное рыхление грунта, а также вспахивание и боронование осуществляются накануне наступления зимнего периода на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях. При рыхлении поверхности грунта (рис. 1.1) верхний слой приобретает рыхлую структуру с заполненными воздухом замкнутыми пустотами, обладающими достаточными теплоизоляционными свойствами.


Рисунок 1.1 - Рыхление грунта

6

    Вспашку производят тракторными плугами или рыхлителями на глубину 30 ... 35 см с последующим боронованием на глубину 15 ... 20 см. Такая обработка в сочетании с естественно образующимся снеговым покровом отдаляют начало промерзания грунта на 1,5 месяца, а на последующий период уменьшают общую глубину промерзания примерно на 1/3. Снеговой покров может быть увеличен перемещением снега на участок бульдозерами или автогрейдерами или установкой перпендикулярно направлению господствующих ветров нескольких рядов снегозащитных заборов из решетчатых щитов размером 2 х 2 м на расстоянии 20 ... 30 м ряд от ряда.
    Глубинное рыхление производят экскаваторами на глубину 1,3 ... 1,5 мпутем перекидки разрабатываемого грунта на участке, где в последующем будет располагаться земляное сооружение.
    Перекрестное рыхление поверхности производится послойно на глубину 30 ... 40 см, второй слой располагается под углом 60 ... 90° к первому, а каждая последующая проходка рыхлителя выполняется с нахлесткой на 20 см. Такая обработка, включая снежный покров, отодвигает начало замерзания грунта на 2,5 ... 3,5 месяца и резко снижается общая глубина промерзания.
    Предварительная обработка поверхности грунта механическим рыхлением особенно эффективна при утеплении этих участков земли.
    Укрытие поверхности грунта утеплителями. В качестве утеплителей принимают материалы с малой теплопроводностью. Толщина слоя утепления зависит от его теплоизоляционных свойств, климатических условий, влажности грунта, температуры грунта в момент утепления и времени разработки. Для этого используют дешевые местные материалы - древесные листья, сухой мох, торфяная мелочь, соломенные маты, стружки, опилки, снег. Наиболее простой способ -укладка этих утеплителей толщиной слоя 20 ... 40 см непосредственно по грунту. Такое поверхностное утепление применяют в основном для небольших по площади выемок.
    Укрытие с воздушной прослойкой. Использование местных материалов в сочетании с воздушной прослойкой является более эффективным. Для этого на поверхности грунта раскладывают лежни толщиной 8 ... 10 см, на них горбыли или другой подручный материал - ветки, прутья, камыши; по ним сверху насыпают слой опилок или древесных стружек толщиной 15 ... 20 см с предохранением их от сдувания ветром. Такое укрытие чрезвычайно эффективно в условиях центральной России, оно фактически предохраняет грунт от промерзания в течение всей зимы. Целесообразно площадь укрытия (утепления) увеличивать с каждой стороны на 2 ... 3 м, что предохранит грунт от промерзания не только сверху, но и сбоку.
    При отсутствии утеплителя из естественных материалов используется в качестве утеплителя сборный пенопласт, стекловата, быстротвердеющая пена (БТП) и др. Для устранения процесса диффузии и обеспечения поверхностного стока воды эти материалы необходимо прикрывать полиэтиленовой пленкой. Эффективность утепления грунтов повышается при укладке утепляющих слоев до наступления отрицательных температур. Чем выше температура грунта в момент утепления, тем длительнее будет процесс его остывания.

7

    Например, технология утепления полимерными смолами (полиуретановыми, карбамидными) заключается в том, что до наступления морозов по грунту разливают быстротвердеющую смесь, состоящую из 35 % мочевиноформальдегидной смолы (крепитель М), 4 % пенообразователя (ПО-1), 16 % технической соляной кислоты (5 % концентрации) и 45 % воды. Расход компонентов из расчета на 1000 м² поверхности при толщине слоя пены 10 см составляет: 1,92т мочевиноформальдегидной смолы, 0,22 т пенообразователя, 0,11т соляной кислоты (35 % концентрации); 2,47 м³ воды. Получать пену можно в полевых условиях непосредственно на месте и в момент производства теплоизоляционных работ. БТП является универсальным и наиболее эффективным теплоизоляционным материалом и позволяет полностью или частично предотвратить промерзание грунта. Наиболее целесообразно укладывать БТП в предзимний период при положительной температуре воздуха, хотя эту операцию можно производить и при отрицательной температуре.
    Модификацией быстротвердеющей пены является пенолед из водо-воздушной пены. Пенолед обычно применяют в декабре или январе в зависимости от климатической зоны места работ. Он позволяет снизить глубину промерзания грунта, особенно в районах с холодным континентальным климатом, но полностью защитить от действия мороза не может, так как должен укладываться только на замерзшую поверхность при устойчивой отрицательной температуре воздуха (не выше минус 10 °C).
    Пенистые материалы не нуждаются в специальной утилизации после использования, так как не оказывают вредного воздействия на биосферу. Пенолед без остатка стаивает вместе со снегом. БТП не содержит вредных компонентов, а некоторые его виды даже полезны для растений. Так, БТП, отвержденный ор-тофосфорной кислотой, в почве постепенно разлагается, являясь при этом медленно действующим азотным удобрением.
    C началом разработки грунта вести ее надо быстрыми темпами, сразу на всю необходимую глубину и небольшими участками. Утепляющий слой при этом нужно снимать только на разрабатываемой площади, в противном случае при сильных морозах будет быстро образовываться мерзлая корка грунта, затрудняющая производство работ.

1.2. Методы оттаивания, грунта с разработкой его в талом состоянии

    Оттаивание происходит за счет теплового воздействия и характеризуется значительной трудоемкостью и энергетическими затратами. Применяется в редких случаях, когда другие методы недопустимы или неприемлемы (вблизи действующих коммуникаций и кабелей, в стесненных условиях, при аварийных и ремонтных работах).
    Способы оттаивания классифицируются по направлению распространения теплоты в грунте и по применяемому теплоносителю (сжигание топлива, пар, горячая вода, электричество).
    По направлению оттаивания все способы делятся на три группы.

8

    Оттаивание грунта сверху вниз. Теплота распространяется в вертикальном направлении от дневной поверхности вглубь грунта. Способ наиболее прост, практически не требует подготовительных работ, наиболее часто применим на практике, хотя с точки зрения экономного расхода энергии наиболее несовершенен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, поэтому неизбежны значительные потери энергии в окружающее пространство.
    Оттаивание грунта снизу вверх. Теплота распространяется от нижней границы мерзлого грунта к дневной поверхности. Способ наиболее экономичный, так как оттаивание происходит под защитой мерзлой корки грунта и теплопотери в пространство практически исключены. Потребная тепловая энергия может быть частично сэкономлена за счет оставления верхней корки грунта в промерзшем состоянии. Она имеет наиболее низкую температуру, поэтому требует больших затрат энергии на оттаивание. Но этот тонкий слой грунта толщиной 10 ... 15 см будет беспрепятственно разработан экскаватором, для этого вполне хватит мощности машины. Главный недостаток этого способа - в необходимости выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения.
    Радиальное оттаивание грунта занимает промежуточное положение между двумя предыдущими способами по расходу тепловой энергии. Теплота распространяется в грунте радиально от вертикально установленных нагревательных элементов, но для того, чтобы их установить и подключить к работе требуются значительные подготовительные работы.
    Для выполнения оттаивания грунта по любому из этих трех способов необходимо участок предварительно очистить от снега, чтобы не тратить тепловую энергию на его оттаивание и не допускать переувлажнения грунта.
    В зависимости от применяемого теплоносителя существует несколько методов оттаивания.
    Оттаивание непосредственным сжиганием топлива. Если в зимнее время необходимо выкопать 1 ... 2 ямы, самое простое решение - обойтись простым костром. Поддерживание костра в течение смены приведет к оттаиванию грунта под ним на 30 ... 40 см. Погасив костер и хорошо утеплив место прогрева опилками, оттаивание грунта внутрь будет продолжаться за счет аккумулированной энергии и за смену может достигнуть общей глубины до 1 м. При необходимости можно снова разжечь костер или разработать талый грунт и на дне ямы развести костер. Применяют способ крайне редко, так как, только незначительная часть тепловой энергии расходуется продуктивно.
    Огневой способ применим для отрывки небольших траншей, используется звеньевая конструкция (рис. 1.2) из ряда металлических коробов усеченного типа, из которых легко собирается галерея необходимой длины, в первом из них устраивают камеру сгорания твердого или жидкого топлива (костер из дров, жидкое и газообразное топливо с сжиганием через форсунку). Тепловая энергия перемещается к вытяжной трубе последнего короба, создающей необходимую тягу, благодаря которой горячие газы проходят вдоль всей галереи и грунт под коробами прогревается по всей длине. Сверху короба желательно утеплить, часто утеплителем используют талый грунт. После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее оттаивание продолжается за


9

счет аккумулированного в грунте тепла. Время оттаивания грунта на глубину от 1 до 1,5 м определяется способом отогрева и видом грунта и находится в пределах от 10-15 до 30-40 часов.


Рисунок 1.2 - Установка для оттаивания грунта непосредственным

сжиганием топлива

     Электропрогрев. Сущность данного метода состоит в пропускании электрического тока через грунт, в результате чего он приобретает положительную температуру. Используют горизонтальные и вертикальные электроды в виде стержней или полосовой стали. Для первоначального движения электрического тока между стержнями необходимо создать токопроводящую среду. Такой средой может быть талый грунт, если электроды забить.
     В грунт до талого грунта или на поверхности грунта, очищенного от снега, насыпать слой опилок толщиной 15 ... 20 см, смоченных солевым раствором с концентрацией 0,2 ... 0,5 %. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, верхний слой грунта нагревается, оттаивает и сам становится проводником тока от одного электрода к другому. Под воздействием теплоты происходит оттаивание нижележащих слоев грунта. В последующем распространение тепловой энергии осуществляется в основном в толще грунта, опилочный слой только защищает обогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок целесообразно накрыть рулонными материалами или щитами. Этот способ достаточно эффективен при глубине промерзания или оттаивания грунта до 0,7 м. Расход электроэнергии на отогрев 1 м³ грунта колеблется в пределах 150 ... 300 кВт час, температура нагретых опилок не превышает 80 ... 90 ОС.
     Оттаивание грунта полосовыми электродами, укладываемыми на поверхность грунта, очищенной от снега и мусора, по возможности выровненной. Концы полосового железа отгибают кверху на 15 ... 20 см для подключения к электропроводам. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15 ... 20 см, смоченных раствором хлористого натрия или кальция консистенции 0,2 ... 0,5 %. Так как грунт в промороженном состоянии не является проводником, то на первой стадии ток движется по смоченным раствором опилкам. Далее отогревается верхний слой грунта, и оттаявшая вода начинает проводить электрический ток, процесс со временем идет вглубь грунта, опилки

10

начинают выполнять роль теплозащиты отогреваемого участка. Опилки сверху обычно покрывают толем, пергамином, щитами, другими защитными материалами. Данный способ применим при глубине отогрева до 0,6...0,7 м, так как при больших глубинах напряжение падает, грунты менее интенсивно включаются в работу, значительно медленнее нагреваются. К тому же они достаточно пропитаны с осени водой, которая требует больше энергии для перехода в талое состояние. Расход энергии колеблется в пределах 50...85 кВт час на 1 м³ грунта.
    Оттаивание грунта стержневыми электродами (рис. 1.3). Данный метод осуществляют сверху вниз, снизу вверх и комбинированным способами. При отта


ивании грунта вертикальными электродами стержни из арматурного железа с заостренным нижним концом забиваются в грунт в шахматном порядке, обычно используя рамку 4 х 4 м с крестообразно натянутыми проволоками; расстояние между электродами оказывается в пределах 0,5 ... 0,8 м.


Рисунок 1.3 - Оттаивание грунта глубинными электродами: а - снизу вверх; б - сверху вниз;
1 - талый грунт; 2 - мерзлый грунт; 3 - электрический провод; 4 - электрод;
5 - слой гидроизоляционного материала; 6 - слой опилок; I-V - слои оттачивания

    При прогреве сверху вниз предварительно очищают от снега и наледи поверхность, стержни забивают в грунт на 20 ... 25 см, укладывают слой опилок, пропитанных раствором солей. По мере прогрева грунта электроды забивают глубже в грунт. Оптимальной будет глубина прогрева в пределах 0,7 ... 1,5 м. Продолжительность оттаивания грунта воздействием электрического тока примерно 1,5 ... 2,0 суток, после этого увеличение глубины оттаивания будет происходить за счет аккумулированной теплоты еще в течение 1 ... 2 суток. Расстояние между электродами 40 ... 80 см, расход энергии по сравнению с полосовыми электродами сокращается на15...20%и составляет 40 ... 75 кВт час на 1 м³ грунта.
    При прогреве снизу вверх пробуривают скважины и вставляют электроды на глубину, превышающую глубину промерзшего грунта на 15 ... 20 см. Ток между электродами идет по талому грунту ниже уровня промерзания, при нагреве грунт отогревает вышележащие слои, которые также включаются в работу. При этом методе применять слой опилок не требуется. Расход энергии составляет 15 ... 40 кВт час на 1 м³ грунта.

11