Принципы безопасности труда при производстве земляных работ В гидротехническом строительстве земляные р

Работа добавлена на сайт samzan.net:

§ 52. Принципы безопасности труда при производстве земляных работ

В гидротехническом строительстве земляные работы выполняются при разработке котлованов и карьеров, проходке подземных выработок, возведении земляных сооружений и т. п.

Основными опасностями при производстве земляных работ являются обрушение откосов, оползни и обвалы земляных сооружений, поражение людей осколками и воздушной волной при производстве взрывных работ, токсические вещества и пыль, выделяются при взрывах породы, и др.

Применяются три основных метода производства земляных работ: механический, взрывной и гидравлический.

Производство работ на открытой поверхности. Расчет предельного угла откоса. В современном гидротехническом строительстве глубина котлованов достигает 100 м и более. Поэтому исключительную важность для устойчивости грунтовых масс приобретает вопрос выбора угла откоса.

С разработкой строгой теории предельного напряженного состояния грунтов задача определения устойчивости откосов также получила строгое решение. Однако в практических условиях на устойчивость откосов существенное влияние оказывают внешние, главным образом, гидрогеологические факторы, что приводит к необходимости вносить практические поправки в существующие методы расчета. Последнее осуществляется посредством учета возможных физико-геологических и механических воздействий.

Нарушение устойчивости зависит как от общих условий равновесия, так и от физико-механических процессов, происходящих в грунте.

Основными видами нарушения устойчивости массивов являются оползни и обвалы.                            

Оползни наблюдаются, главным образом, в связных грунтах Они представляют собой совокупность следующих друг за другом отдельных скольжений масс грунта и обусловливаются изменениями величины сил сцепления. При этом максимальная нагрузка (как сумма внешних воздействий, так и действия фильтрационного потока), по-видимому, необходима только для возникновения первого нарушения равновесия; последующие оползни возникают как следствие первого, причем их возникновение влияет и на устойчивость масс первого оползня.

При оползнях иногда возникают перемещения огромных земляных масс, сопровождающиеся катастрофическими последствиями.

Обвалы возникают вследствие временного уменьшения грунта сдвигающим усилиям.

Нарушения сил сцепления и сопротивления трению, возникающие совместно, приводят к нарушениям устойчивости массивов грунта в виде промежуточных форм между оползнями и обвалами.                                      

Внешние воздействия, действия фильтрационного потока и уменьшение сопротивлений являются главнейшими причинами нарушения устойчивости массивов грунта.                     

Устранение естественной опоры для земляных масс, расположенных на наклонном плотном слое, разработка котлованов и выемок, прорезающих слабые слои, нагруженные весом вышележащих слоев, подмыв склонов и обрывов текущей водой, производство взрывных и горных работ вблизи оползневых участков и т. п. являются внешними воздействиями. Чем круче наклон плотного слоя, чем глубже прорезаются рыхлые слои, и чем больше разница в плотности вышележащих слоев и слоев, нарушаемых внешними механическими воздействиями, тем более вероятным будет нарушение устойчивости.

Увеличение веса слоев грунта вследствие насыщения их водой во время продолжительных дождей, затянувшегося таяния снега или наводнения является увеличением активного действия нагрузки, что изменяет как физическое состояние грунта, увеличивая вес, так действующие в нем усилия. Объемный вес грунта при этом возрастает на величину веса воды, заполняющей поры, если ранее грунт был сухим.

Увеличение активного действия нагрузки может быть как при воздействии искусственных сооружений, так и вследствие изменений физического состояния грунта и действующих в нем усилий.

Устранение взвешивающего действия воды при понижении уровня грунтовых вод может явиться причиной увеличения веса грунта, что весьма резко проявляется в водопроницаемых грунтах. Понижение же уровня грунтовых вод в мало-водопроницаемыx грунтах увеличивает толщину слоя, подвергающегося действию капиллярного натяжения воды, что изменяет условия устойчивости, так как нагрузка заметно возрастает и может достичь весьма больших значений.

Гидродинамическое давление воды в виде боковых фильтрационных сил также ухудшает условия устойчивости массивов грунта, особенно при производстве выемок; оно действует в грунте, в котором фильтруется вода, и при воздействии на единицу объема грунта равно произведению объемного веса воды на гидравлический градиент в исследуемой точке. Именно гидродинамическому давлению в значительной мере обязано образование оползней в откосах в мелком песке, так как с приближением к подошве откоса величина гидродинамического градиента быстро возрастает и давление воды вытесняет грунт в выемку. Обильные дожди приводят к образованию более крутой поверхности грунтовых вод и гидравлический градиент увеличивается. В результате опасность  оползания откоса выемки возрастает.

Условия устойчивости массивов грунта оказываются зависимыми также и от давления, возникающего при заполнении водой трещин, особенно при ее замерзании. Широкие и глубокие трещины, обязанные своим возникновением жаркому и сухому лету, легко заполняются водой в дождливую осень и при сильном таянии снега весной.

Переменное увлажнение и высыхание грунтов, а также периодическое действие отрицательных температур разрыхляет грунт и  силы сцепления уменьшаются. В тех случаях, когда между песчаными слоями имеются прослойки глины, сопротивление трению уменьшается, а в трещиноватых породах эти прослойки глины могут при оползнях действовать как смазка. Глубокое зимнее замерзание грунтов сопровождается физико-механическими процессами в деятельном слое, которые также могут существенно влиять на устойчивость грунтов.

При механическом методе разработки откосов экскаваторами всегда учитывается состояние грунтов, образующих откос, а для устранения опасности образования нависей – «козырьков» высоту уступа принимают не превышающей наибольшую высоту черпания экскаватора в виде прямой лопаты. Угол внутреннего трения, например, у мокрой глины понижается до 20 и даже 10°, а у разжиженной он составляет всего 5 – 2°, сцепление же при этом понижается до 0,05 кгс/см2 и ниже.

В рыхлых сыпучих грунтах предельный угол откоса равен углу внутреннего трения грунта (угол естественного откоса). Для сухих сыпучих грунтов он является величиной постоянной. Однако при производстве выемки в водонасыщенных грунтах или, например, при выпадении сильных дождей, когда уровень грунтовых вод внезапно поднялся выше основания откоса, на величину естественного откоса существенное влияние оказывает гидродинамическое давление фильтрующейся из откоса воды. Откос в этом случае устойчив, если коэффициент устойчивости будет больше единицы, т. е. К>1.

Коэффициент устойчивости откоса определяется из выражения

 ,         (133)

где  - объемный вес грунта, насыщенного водой, т/м3;  - угол

внутреннего трения грунта; п – объем пор в единице объема грунта;  - объемный вес грунта, облегченный весом вытесненной воды, т/м3;  - угол наклона откоса к горизонту.

Отсюда может быть получен угол наклона откоса к горизонту, задавшись величиной коэффициента устойчивости (обычно не

менее 1, 2).

Расчет положения на откосе предохранительной бермы и ее ширины. При отработке уступов оставляются предохранительные бермы. Положение предохранительной бермы на откосе обусловливается требованиями устойчивости оползания под воздействием веса масс грунта и сейсмических сил; берма служит также для задержания скатывающихся камней.

Для решения поставленной задачи по углу естественного откоса данного грунта определяют коэффициент откоса и, пользуясь, например, методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения, находят поверхность с наименьшим коэффициентом устойчивости против оползания (рис. 13, а). Для найденной кривой скольжения определяют коэффициенты устойчивости при различных положениях бермы на откосе и разной ее ширине.

            Область безопасных берм

               Область опасных берм

Рис. 13. Кривая поверхности скольжения откоса (а) и график зависимости коэффициента устойчивости откоса от положения на нем бермы (б)

Имея в виду, что даже значительные изменения положения кривой скольжения с наименьшим коэффициентом устойчивости то влияют на изменение величины коэффициента устойчивости оса, ниже приводится расчет положения на откосе предохранительной бермы и ее ширины.

На рис. 13, б приведен график зависимости коэффициента устойчивости откоса от отношения толщины рассматриваемого слоя грунта к высоте откоса при данной ширине бермы , характеризующего влияние положения и ширины бермы на устойчивость откоса:

,                        (134)

где - высота положения бермы от основания откоса, м; Н – высота откоса, м;  - коэффициент относительного положения бермы на откосе при различных значениях ее ширины, определяемой условиями безопасности.

Так как наименьший коэффициент устойчивости откоса без бермы () всегда меньше коэффициента устойчивости откоса с бермой для той же кривой скольжения , то эту зависимость можно выразить соотношением

                          (135)

Если же для откоса с бермой построить кривую скольжения с меньшим коэффициентом устойчивости, то его величина будет находиться между приведенными выше значениями коэффициентами устойчивости:

<<                                  (136)

Для рассматриваемых условий эти коэффициенты будут отличаться друг от друга незначительно.

Величину допустимого нормами коэффициента устойчивости

откладывают на оси ординат и, проведя горизонталь, определяют

значения коэффициента  относительного положения бермы на откосе при различных значениях ее ширины, определяемой условиями безопасности, рассматриваемыми ниже.

Влияние сейсмических сил для районов с сейсмичностью более 5 баллов учитывается в части горизонтальных составляющих сейсмического ускорения согласно требованиям СНиП, а по высоте уступа принимается

Расчетная формула

                 (137)

где n – номер отсека слоя; m=R/b (R – радиус кривой скольжения, м; b – ширина отсека, м); Gi – вес грунта в отсеке, тс/м3, tg — тангенс угла трения в i-м отсеке.

Для каждого положения бермы, пользуясь элементарным методом механики, определяют ширину бермы, при которой скатывающийся по откосу камень задерживается на берме.

Пусть камень, перемещаемый, например, бульдозером со скоростью , получает начальную скорость параллельно откосу

         м/сек,                                 (138)

где  - угол между линией откоса и горизонталью.

Камень будет двигаться под действием составляющей силы собственного веса вдоль откоса, равной S=P sin, и силы трения камня по поверхности откоса, равной T=fN, где f – коэффициент трения камня по грунту откоса и N=P cos. Следовательно,

,                                        (139)

где Р – вес камня, кгс; g – ускорение свободного падения, м/сек2;

- ускорение движения камня по откосу, м/сек2.         

Подставляя в формулу (139) соответствующие значения, получим

,

откуда              м/сек2,      (140)

где m= cos /sin  - коэффициент откоса.

Скорость камня, имеющего начальную скорость, равна

м/сек.                                     (141)

Придав времени движения в этой формуле значение времени движения камня по откосу до бермы, получим выражение скорости движения камня в начале бермы:

 м/сек.        (142)

Неизвестный здесь параметр t определяют из формулы длины пути при равноускоренном движении

или в нашем случае

 м,               (143)

где  - длина откоса до бермы , м.

 После подстановок значений и преобразований формулы (143)

получим

;

;

.              (144)

Из этой формулы определяют время движения камня по откосу от вершины до бермы.

Расстояние , которое падающий камень прокатится по берме, определяют из формулы

,                                     (145)

где - энергия падающего камня в начале бермы; М – масса камня (M=P/g);  - работа, совершаемая камнем при движении по берме до остановки ( - сила трения камня при движении по берме);

.                           (146)

Значения коэффициентов трения для некоторых грунтов приведены в табл. 11.

Таблица 11

Значения коэффициентов трения  для грунтов

Материал откоса	Вид образца
	гравий	галька	камень
	цилиндр, диск, овал	шар, овал	призматичечкий	кубический	шаровидный
Гравийно-галичниковый Песчано-гравийный Камень	0,830,06 0,660,04 -	0,680,04 0,660,04 -	- 0,660,04 1,040,02	- 0,660,04 0,830,01	- 0,660,04 0,790,02

Если нанести на график  (см. рис. 13, б) значения  и соединить полученные точки, то образуются области берм с наименьшей безопасной шириной.

Ширину предохранительных берм принимают не менее  высоты уступа.

Предохранительные бермы выполняются либо строго горизонтальными, либо с уклоном в сторону откоса.

При необходимости использовать предохранительную берму в качестве рабочей размеры бермы определяют расчетом, в котором учитывают наименьшее расстояние от бровки откоса до машин и оборудования.

Для устранения опасного влияния грунтовых вод на устойчивость откосов применяются различные методы водопонижения, рассматриваемые в специальных курсах, а для отвода вод атмосферных осадков и талых вод предусматриваются нагорные  канавы.

Расчет наименьшего расстояния от бровки откоса до дополнительной нагрузки. При выполнении земляных работ экскаваторами, устанавливаемыми на откосах, одним из основных условий безопасности производства работ является правильное определение наименьших расстояний от бровки откоса до машины, особенно при работе на суглинистых грунтах как наиболее опасных в оползневом отношении.

Решить задачу методом теории предельного равновесия с учетом всех гидрологических и механических особенностей реальных грунтов, слагающих откос, довольно сложно, но для практических целей с достаточной степенью точности наименьшие расстояния от бровки откоса до машины (экскаватора) могут быть получены по приведенным ниже формулам. Устойчивость откоса можно рассчитать по методу равнопрочного откоса, основываясь на положении, что степень устойчивости откоса определяется наименьшей величиной коэффициента запаса  из всех его значений по всей высоте откоса.                   

Коэффициент запаса для каждого из горизонтов определяется из условия

  ,                                 (147)

где  - угол наклона к горизонту откоса в рассматриваемой точке;  - угол сопротивления сдвигу на этом горизонте. Для случая откоса из нескольких слоев грунта выражение коэффициента сопротивления сдвигу Fр (при линейной зависимости сопротивляемости сдвигу от нагрузки) будет иметь вид

 ,                    (148)

где  - угол внутреннего трения;  - сцепление грунта, тс/м2; -

объемный вес грунта, определяемый средним значением для всей толщины, перекрывающей данный горизонт, т/м3; h – глубина заложения горизонта от свободной поверхности, м.

В том случае, когда за бровкой откоса имеется равномерно  распределенная нагрузка, выражение коэффициента сопротивления сдвигу приобретает следующий вид:

,                          (149)

где  - равномерно распределенная нагрузка за бровкой откоса, .

Равнопрочный откос будет находиться в состоянии предельного равновесия, когда на каждом горизонте i угол наклона откоса к горизонту  численно равен углу сопротивления сдвигу ,

характерному для рассматриваемого горизонта, т. е.

.                                         (150)

Графический прием рассматриваемого метода основывается на использовании выражения, вытекающего из зависимости

.                                (151)

Для построения откоса его делят по высоте на ряд расчетных слоев с подошвой на глубине h1, h2,…, hi от поверхности толщи.

В том случае, когда в толще откоса имеются пласты различных пород, разбивку на расчетные слои ведут таким образом, чтобы горизонты последних совпадали с контактами пластов различных пород. Далее через коэффициент сопротивления сдвигу  [формула (147) или (148)] находят значение угла сопротивления сдвигу  из зависимости

.

Приведенным способом угол сопротивления сдвигу определяют для каждого из этих горизонтов с глубиной hi и затем производится построение откоса, начиная с нижней его точки для  (рис. 14).

                                       

Рис. 14. Расчетная схема к методу определения наименьшего расстояния от бровки откоса до дополнительной нагрузки                                 

Отложив в нижней точке откоса угол , отвечающий данному горизонту, продолжают определяющую его линию до пересечения со следующим горизонтом на глубине Н – hi. В полученной точке пересечения откладывают новый угол , отвечающий данному горизонту. Продолжив линию, образующую полученный угол до пересечения со следующим горизонтом, откладывают новый угол, соответствующий этому горизонту, и так до выхода откоса на поверхность. Далее соединяют плавной кривой полученные построением точки пересечения расчетных горизонтов с линиями, определяющими углы откосов . Построенная таким образом кривая является очертанием равнопрочного откоса (см. рис. 14).

Так как , то, подставляя это значение в формулы (148) и (149), получим

.                          (152)

Для случая, когда за бровкой откоса имеется дополнительная нагрузка  p0, формула (152) приобретает вид

   .                         (153)

Расстояние l от бровки откоса до дополнительной нагрузки получают как разность положений бровки откоса при наличии дополнительной нагрузки и без нее:

                                      (154)

где  и L – расстояния от вершины угла откоса до бровки при наличии дополнительной нагрузки на откосе и без нее, м. 

Для каждого слоя откоса формула (154) примет вид

,

где  - разность расстояний (по горизонтали) от вершины углов, образующих i-й слой откоса, до его бровки;  - расстояние (по горизонтали) от вершины угла, образующего i-й слой откоса, до его бровки при наличии дополнительной нагрузки на откосе; li то же, но без дополнительной нагрузки на откосе.

Введя в это выражение значения  и li через высоту слоя h и tg и заменив tg выражением, приведенным в формулах (152) и (153), получим формулу для определения искомой величины :

, (155)

где i – порядковый номер слоя, начиная сверху.

Суммируя значения  по всем слоям откоса, получают расстояние от бровки откоса до дополнительной нагрузки:

.                                         (156)

Cуммируя отдельно значения  и li по всем слоям откоса, получим

и .                          (157)

Подставляя эти выражения в формулу (154), получим расстояние

от бровки откоса до дополнительной нагрузки.

Расчет наибольшей высоты вертикального откоса и давления грунта на крепления. 

В траншеях для прокладки инженерных коммуникаций, шурфах для размещения в них взрывчатых веществ и в целом ряде других случаев гидротехнического строительства откосы могут выполняться вертикальными как без креплений, так и с креплениями. Безопасность производства работ определяется прежде всего устойчивостью откоса. В связных грунтах наибольшая глубина вертикального откоса h90 без креплений определяется расчетом:

м                                           (158)

или с учетом коэффициента запаса Кз

м.                                       (159)

Давление грунтов на крепления при допущении плоских поверхностей скольжения может быть определено по формулам:

для случая рыхлого сыпучего грунта

,                                (160)

где Н – высота слоя грунта, действующего на крепление, м.

Давление грунта на крепление распределяется по закону треугольника с наибольшей ординатой внизу стенки.

Суммарное давление грунта на крепление, т. е. равнодействующих сил давления определяют по площади эпюры давления. Полное давление грунта на единицу длины крепления

.                            (161)

Эта формула не учитывает влияния трения грунта о крепление, которое несколько уменьшает боковое давление, что идет в запас прочности. Величина Еа направлена горизонтально и приложена к задней грани крепления на одной трети высоты, считая от основания крепления (рис. 15);

    для случая связного грунта

.            (162)

Первый член в этой формуле представляет величину удельного давления, полученного с учетом только трения грунта; второй возникает при наличии сцепления, уменьшающего давление грунта на крепление.

Распределение давлений по задней грани крепления получают по формуле

.  (163)

Рис. 15. Схема действия сил на крепление вертикального откоса

Если горизонтальная поверхность грунта нагружена сплошной равномерно распределенной нагрузкой, начинающейся у верхней кромки задней грани крепления, то, заменяя равномерно распределенную нагрузку слоем грунта h такой высоты, чтобы давление на единицу площади осталось прежним, т. е.

,                                       (164)

где q – равномерно распределенная нагрузка, , получим формулу для определения величины горизонтального давления, приложенного в точке расположения центра тяжести трапецеидальной эпюры давления:

.           (165)

Разработка котлованов и траншей с вертикальными стенками при глубине их больше критической, когда обрушающая сила больше удерживающей, допускается только с применением крепления откосов, расчет которого выполняют с использованием приведенных выше формул.

1. Лабораторна робота 4 Одновимірні та багатовимірні масиви.
2. философской литературе ряд авторовпытается представить динамику процесса социализации личности черезпосл
3. 1 Учет безналичных расчетов4101
4. тематическим методам Дата Наименование вида работы
5. Анализ основных средств и нематериальных активов предприятия на примере ООО Дальневосточный Торговый Дом
6. Греческие и римские меры
7. Михайлова Ксения Андреевна
8. Учение без принуждения
9. Лекция 17 Управление деятельностью таможенных органов в условиях риска Раскрываются объективные предпо
10. Карри Блейк Урок 8 Слово Божьеэто надежный завет
11. Реферат- Препараты мумие
12. По каждой дороге можно двигаться только в одном направлении указанном стрелкой
13. Горе от ума написана в годы создания тайных декабристских обществ
14. Что происходит во время крещения Верующий видимым образом свидетельствует перед Богом и церковью о с
15. Эта точка зрения находилась в явном противоречии с интересами церкви и поэтому необходимо было.html
16. Дата ’ Направление работы Примеча.html
17. Маркетинг как система внутрифирменного управления предприятием
18. Вначале была только Тишина полная Тишина
19. темами как условие формирования коммуникативных качеств речи
20. Загальні та історичні положення.html

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе