Безопасность основных строительно-монтажных работ
Основными видами земляных работ в жилищном и гражданском строительстве являются разработка котлованов, траншей, планировка участков и т. д.
Анализ травматизма в строительстве показывает, что на земляные работы приходится около 5,5% всех несчастных случаев, причем из всего количества несчастных случаев с тяжелым исходом по всем видам работ 10% связано с выполнением земляных работ.
Рис. 1. Схема откоса
Основная причина травматизма при земляных работах — обрушение грунта. Причинами обрушения грунта являются в основном разработка грунта без креплений с превышением критической высоты вертикальных стенок траншей, и котлованов, неправильная конструкция креплений стенок траншей и котлованов и др.
Разрабатываемые грунты делятся на три большие группы: связные (глинистые и подобные им); несвязные (песчаные, насыпные) и лёссовые.
К земляным работам можно приступать только при наличии проекта производства работ или технологические карты на разработку грунтов.
По правилам техники безопасности рытье котлованов и траншей малой глубины в грунтах естественной влажности и при отсутствии грунтовых вод может производиться без креплений. Предотвратить обрушение и обеспечить устойчивость грунтовых масс можно двумя способами: образованием безопасных откосов грунта или постановкой креплений. В большинстве случаев обрушение грунтов происходит из-за нарушения крутизны откосов разрабатываемых котлованов и траншей.
Основными элементами открытой разработки карьера, котлована или траншеи без крепления является ширина l и высота Н уступа, форма уступа, угол откоса α, крутизна. Обрушение уступа происходит чаще всего по линии АС, расположенной под углом θ к горизонту. Объем ABC называют призмой обрушения. Призма обрушения удерживается в равновесии силами трепия, приложенными в плоскости сдвига.
Для связных грунтов пользуются понятием «угол внутреннего трения» φ. Эти грунты кроме сил трения обладают и силой сцепления между частицами. Силы сцепления достаточно велики, поэтому связный грунт довольно устойчив. Однако при разработке (резании) грунты разрыхляются, структура их нарушается и они теряют связность. Также изменяются силы трения и сцепления, уменьшаясь с увеличением влажности. Поэтому устойчивость незакрепленных откосов также непостоянна и сохраняется временно до изменения физико-химических свойств грунта, связанного в основном с атмосферными осадками в летнее время и последующим увеличением влажности грунта. Так, угол естественного откоса φ для песка сухого 25...30°, песка влажного 20°, глины сухой 45° и глины влажной 15°. Установление безопасной высоты уступа и угла откоса является важной задачей. От правильного выбора угла откоса зависит безопасность разработки котлована.
Исходя из теории устойчивости горных пород, критическая высота вертикальной стенки при α=90° определяется по формуле В. В. Соколовского:
где Нкр — критическая высота вертикальной стенки, м; С — сила сцепления грунта, т/м2; ρ — плотность грунта,т/м3; φ — угол внутреннего трения (С, ρ, φ определяют по таблицам).
При определении предельной глубины котлована или траншеи с вертикальной стенкой вводят коэффициент запаса, принимаемый равным 1,25:
Откос котлована или траншеи, устраиваемый в сыпучих грунтах, будет устойчивым, если угол, образованный его поверхностью с горизонтом, не превышает угла внутреннего трения грунта.
В карьерах, разрабатываемых на большую глубину (20...30 м и более), наибольшую опасность представляют оползни, способные засыпать нижний участок работ вместе с машинами, оборудованием и обслуживающим персоналом. Наибольшее количество оползней бывает весной и осенью в периоды активного действия паводковых вод, дождей и оттаивания.
Наибольшая допустимая глубина котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений Hпр, а также допустимая крутизна откосов (отношение высоты откоса к его заложению — Н:l) для различных грунтов приведены в таблице. В том случае, когда по высоте откоса имеется напластование различных грунтов, крутизну откоса определяют по наиболее слабому грунту.
При разработке котлованов и траншей в качестве профилактических мер борьбы с обвалами и обрушениями выполняются с расчетным обоснованием следующие работы: устройство подпорных стенок; преднамеренное обрушение нависающих козырьков; уменьшение угла откоса путем зачистки драглайнами или разделение откоса на уступы с устройством промежуточных берм.
Крепление вертикальных стенок траншей и котлованов производится как инвентарными, так и неинвентарными устройствами.
Таблица 1. Допустимые параметры откосов, выполняемых без креплений
Виды креплений могут быть различными. Их конструкции зависят от типа грунта, глубины выемки и расчетных нагрузок. В связных грунтах естественной влажности ставят щитовые крепления (с просветом в одну доску, а во влажных сыпучих грунтах — сплошное. Распорки таких креплений делают раздвижными.
Крепления рассчитывают на активное давление грунта. Активное давление в песчаных грунтах, где силы сцепления между частицами незначительны, Па,
где Н — глубина траншеи, м; ρ — плотность грунта, т/м3; φ — угол естественного откоса (угол внутреннего трения для связных грунтов), град.
Для связных грунтов активное давление грунта
где С — сцепление грунта.
Рассчитывая крепления в связных грунтах, следует учитывать, что при расчете котлованов и траншей грунт на поверхности разрыхляется и теряет связность, поэтому вторую часть формулы в некоторых случаях можно не принимать в расчет.
Эпюра активного давления грунта представляет.собой треугольник, вершина которого расположена по границе бровки траншеи, а максимальное значение давления рmах — на уровне дна траншеи.
Рис. 2. Схема щитового крепления:
1 — распорки; 2 — стойки; 3 — щиты; 4 — эпюра давления
Рис. 3. Анкерное крепление траншей:
1 — анкер; 2 — оттяжка; 3 — призма обрушения; 4 — щиты; 5 — стойка
В креплениях распорного типа расчету подлежат доски крепления, стойки и распорки. Распорки рассчитывают на прочность и на устойчивость.
Расстояние между стойками щитового инвентарного крепления зависит от ширины используемых досок h:
В случаях, когда распорки в траншейных креплениях затрудняют выполнение в них строительно-монтажных работ, например, по прокладке трубопроводов или других коммуникаций, вместо распорок применяют оттяжки и анкеры.
Следует отметить, что устройство и разборка применяемых неинвентарных креплений, состоящих из отдельных досок, стоек и распорок, связаны с трудоемкой и опасной работой. Особенно опасны работы по разборке таких креплений. Кроме того, неинвентарные крепления требуют большого расхода материалов и имеют низкую оборачиваемость крепежного материала, что повышает их стоимость.
Внешняя дополнительная нагрузка при разработке выемок (отвал земли, установка на краю откоса строительных машин и др.) может вызвать обрушение грунтовых масс, если их расположение не будет учитываться.
Учет дополнительных нагрузок при определении активного давления грунта производится приведением дополнительной нагрузки к равномерно распределенной на призме обрушения с плотностью, равной плотности плотного грунта.
Рис. 4. Схема образования «козырька» a
Рис. 5. Установка экскаватора при разработке котлована или траншеи
Полученная таким образом высота дополнительной нагрузки добавляется к глубине траншеи. При разработке глубоких котлованов экскаватором, оборудованным прямой лопатой и установленным на дне выемки, образуется «козырек» а.
Таблица 2. Допустимые расстояния L
Это происходит за счет того, что при такой установке экскаватор образует откосы, равные 1/3 высоты стрелы. Опасность обрушения «козырька» приводит к необходимости устанавливать экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, на верху разрабатываемой выемки. При расположении вблизи выемки с неукрепленными откосами строительных машин необходимо определять расстояние L от ближайшей к выемке опоры машин до бровки откоса (рис. 1). Это расстояние зависит от высоты выемки H, типа и состояния грунта и определяется по табл. 1 и по формуле
При возведении зданий и сооружений из готовых конструкций и деталей с применением большого количества строительных машин и механизмов строительная площадка превращается в монтажную.
Монтаж конструкций состоит из взаимно связанных подготовительных и основных процессов. К подготовительным процессам относятся строительство подкрановых путей, завоз конструкций, укрупненная сборка деталей, устройство подмостей для работы монтажников, к основным — строповка конструкций, подъем, установка конструкций на опоры, временное закрепление, выверка и окончательное крепление монтируемых элементов. Большинство несчастных случаев при монтаже строительных конструкций возникает вследствие ошибок при проектировании зданий и сооружений; при изготовлении конструкций на заводах, в проектах производства работ и др.
Главными вопросами безопасной организации работ кроме выбора наиболее рационального метода монтажа и соответствующей последовательности установки отдельных элементов являются: определение необходимых приспособлений для производства всех видов монтажные процессов и рабочих операций (типы кондукторов или иных фиксирующих приспособлений, такелажное оборудование и др.); способы установки, предупреждающие возможность возникновения опасных напряжений в процессе подъема конструктивных элементов; способы временного крепления монтируемых элементов, обеспечивающие пространственную жесткость смонтированной части здания и устойчивость каждого отдельного элемента конструкции; последовательность окончательного закрепления элементов и снятия временных приспособлений.
Важнейшим фактором для устранения травматизма при монтаже строительных конструкций является правильный расчет конструкций при транспортировании, складировании и монтаже.
Крупногабаритные конструкции при транспортировании следует устанавливать на две опоры и рассчитывать по схеме однопролетной балки. Принятая расчетная схема при транспортировании, как правило, не совпадает с расчетной схемой, принятой при расчете конструкции на основное воздействие. Деревянные подкладки, на которые опирается конструкция, следует проверять на смятие.
Рис. 6. Схема закрепления фермы при траспортировке:
1 — распорка; 2 — трос; 3 — скоба; 4 — ферма; 5 — талреп; 6 — тяга; 7 — петля
При перевозке колонн большой длины на роспусках опора на прицепе должна быть подвижной, допускающей свободный поворот, чтобы исключить поперечный изгибающий момент. Число укладываемых рядов по высоте принимают до 5.
Рис. 7. Подъем фермы траверсой:
1 — траверса; 2 — ферма
Стеновые панели и перегородки транспортируют в вертикальном или наклонном положении. В этом случае возможны опасные боковые толчки в плоскости наименьшей жесткости панели. Для их локализации применяют специальные амортизаторы, устанавливаемые в опорных частях. При транспортировании крупногабаритных сквозных ферм применяют специальные панелевозы, и проверку сечений производят по наиболее опасным сечениям элементов ферм. Определение усилий в раскосах и узлах ферм проводят методами строительной механики с учетом коэффициента динамичности и принятой системы опирания фермы при транспортировке. На панелевозах фермы закрепляют с помощью упоров и оттяжек (рис. 1).
Безопасность работ при монтаже конструкций обеспечивается прежде всего правильно запроектированными траверсами и стропами. При подъеме и установке ферм (рис. 5.2) в отдельных элементах усилия могут быть значительно большими, чем рассчитанные при эксплуатационных нагрузках. В них возможно также изменение знаков напряжений — растянутые элементы могут оказаться сжатыми и наоборот. Поэтому, как правило, при подъеме траверсу закрепляют за средние узлы фермы.
Расчет колонн на нагрузку, возникающую прр подъеме, дополнительно не производят. В рабочих чертежах колонн предусмотрены возможности безопасного их подъема из горизонтального в вертикальное положение (рис. 3).
Рис. 8. Подъем колонны:
1 — колонна; 2 — трос; 3 — рамочный захват; 4 — подкладки деревянные
При установке колонны в фундаментный стакан до замоноличивания ее основания колонна должна быть закреплена расчалками или клиньями (рис. 4). В обоих случаях проводят расчет колонны на действие ветровой нагрузки. При недостаточном закреплении может произойти опрокидывание или наклон колонн. В общем виде уравнение устойчивости имеет вид
где К — коэффициент запаса, равный 1,4; М0 — опрокидывающий момент от действия ветра, Н·м; Му — удерживающий момент, создаваемый массой колонны, Н·м; Мзакр — то же, креплением, Н·м.
В тех случаях, когда по произведенному расчету устойчивость не обеспечивается, применяют инвентарные клиновые вкладки и стальные кондукторы.
Рис. 9. Временное закрепление колонн при монтаже:
1 — расчалка; 2 — хомут; 3 — колонна; 4 — клинья; 5 — фундамент
Рис. 10. Временное крепление конструкций:
a — крайней фермы; б — средних ферм; 1 — колонна; 2 — ферма; 3 — растяжка; 4 — распорка
Смонтированные отдельные элементы сооружения (колонны, фермы, балки) должны образовывать устойчивые системы до завершения полного комплекса монтажных работ. Для этого отдельные части смонтированных элементов соединяются в пространственно жесткие системы с помощью постоянных связей, прогонов или временных расчалок.
При подъеме конструкций применяют стропы, стальные и пеньковые канаты, траверсы и различные захваты.
Способ строповки и конструкция стропа зависит от габаритов и массы монтируемого элемента, расположения точек строповки на поднимаемом элементе, применяемого грузоподъемного оборудования, условий подъема и положения элемента на различных этапах монтажа. Стропы делятся на гибкие с одной, двумя, четырьмя и шестью ветвями и жесткие типа траверс или захватов.
Усилие в каждой ветви стропа
где α — угол между вертикалью и стропом; G — вес поднимаемого груза, Н; n - количество стропов; k — коэффициент.
С увеличением угла наклона ветвей стропа в них растут сжимающие усилия. Принимают α = 45... 50°, а угол между ветвями стропов — не более 90°.
Длина ветви стропа
где h — высота стропа; b — расстояние между стропами по диагонали.
Рис. 11. Схема усилий в ветвях стропа
Рис. 12. Зависимость усилий в ветвях стропа от угла между стропами
Иногда для строповки вместо канатов применяют цепи. Выбор канатов или цепей ведут по наибольшему натяжению ветви каната S:
где Р — разрушающая нагрузка, которая принимается по разрывному усилию каната, приведенному в заводском паспорте или по диаметру звена цепи, Н; К — коэффициент запаса прочности (3...8), зависящий от типа стропов и подъемных механизмов.
Для повышения срока службы стропов, предотвращения смятия и истирания друг о друга или об острые углы кромок конструкций, перекручивания, ударов применяют инвентарные металлические подкладки.
Жесткие стропы применяют при недостаточной высоте подъема монтажного крана или в том случае, когда поднимаемая конструкция не допускает применения гибких стропов. Как правило, жесткий строп применяют в виде траверсы. Наибольшее распространение траверсы получили при монтаже сборных железобетонных ферм и балок, особенно предварительно напряженных, а также большепролетных металлических конструкций. Траверсы применяют двух типов: работающие на изгиб и на сжатие.
В последнее время все шире применяется прогрессивный метод монтажа крупноблочных конструкций, который позволяет снизить их трудоемкость, повысить безопасность работ и сроки строительства. Размеры и масса отправляемых с заводов стальных конструкций ограничены грузоподъемностью транспортных средств и габаритами производственных помещений. Обычно длину отправляемых элементов принимают 12... 18 м. Иногда по требованию заказчиков стропильные фермы поставляются длиной до 24 м.
При производстве различных строительно-монтажных работ применяются леса и подмости из металлических трубчатых элементов, в работе которых бывают дефекты, нередко приводящие к обрушению. Леса и подмости являются временными, но многократно используемыми строительными конструкциями.
Иногда могут возникнуть тяжелые групповые несчастные случаи из-за обрушения лесов. Анализ ряда аварийных случаев показал, что их обрушение происходит по ряду причин, которые делятся на три группы.
Первая группа — это комплекс причин, вызванный неудовлетворительным проектированием лесов без учета действительных условий работы конструкции. Например, крепление лесов к вертикальной поверхности строительного объекта осуществляется с помощью анкерных пробок различных конструкций, расположенных в шахматном порядке через два яруса по высоте и через два пролета по длине здания. Однако осуществить таким образом крепление не всегда возможно ввиду различных особенностей сооружений, к которым эти леса должны крепиться. При изменении схемы крепления лесов к зданию меняются условия работы лесов на различные виды нагрузок, изменяется схема конструкции, что может вызвать аварию последней.
Вторая группа — причины, обнаруженные на стадии изготовления и монтажа лесов. Инвентарные леса должны быть изготовлены индустриальными методами. Однако на практике это не всегда возможно. Часто леса изготовляют непосредственно на строительной площадке без соответствующего проекта или с резкими отклонениями от проектных величин и размеров. Часто при монтаже лесов строители заменяют недостающие элементы другими без расчетного и теоретического обоснования такой замены. Перед монтажом конструкции лесов необходимо тщательно подготавливать основания для их дальнейшей установки, так как от состояния опоры зависит устойчивость всей конструкции. При установке лесов необходимо обеспечить нужный отвод поверхностных и грунтовых вод, невыполнение которого грозит нарушением основания под лесами.
Третья группа — причины обрушения лесов относятся к стадии их эксплуатации. Часто они являются следствием недостаточного технического руководства или отсутствием надзора при монтаже и при эксплуатации лесов.
По статистике значительное количество аварий лесов происходит из-за перегрузки. Нарушение или изменение схемы нагружения лесов, которые обычно рассчитаны на определенный вид нагрузки по заранее предусмотренной схеме ее расположения, может привести к их обрушению.
Леса состоят из стоек, расположенных в два ряда с шагом между стойками в двух взаимно перпендикулярных направлениях равным 2 м в осях, а также продольных и поперечных ригелей, устанавливаемых через каждые 2 м по высоте. Для обеспечения несмещаемости узлов в каждом ярусе устанавливают горизонтальные диагональные связи через 4...5 панелей.
По способу соединения элементов лесов между собой наиболее распространенными в строительной практике являются два типа металлических трубчатых лесов.
Леса на безболтовых соединениях имеют неизменяемую схему каркаса как для каменной кладки, так и для отделочных работ. К стойкам привариваются патрубки, а к ригелям — крюки из круглой стали, загнутые под прямым углом. При таком способе крепления монтаж каждого горизонтального элемента лесов сводится к введению крюков в соответствующие патрубки стоек до упора.
Леса другого типа — на соединениях в виде шарнирных хомутов. При этом принимаются разные расстояния между стойками применительно к нагрузкам при каменной кладке и отделочных работах.
Пространственная жесткость всего каркаса лесов дополнительно обеспечивается постановкой диагональных связей в вертикальной плоскости по наружному ряду стоек в трех крайних панелях с обоих концов секций лесов.
Рис. 13. Леса на безболтовых соединениях:
а — монтажная схема лесов; б — деталь опирания трубчатой стойки; в — сопряжение горизонтальных элементов со стойкой; г — узел, крепления лесов к стенке
По конструктивным признакам различают леса рамные, лестничные, стоечные, подвесные. По назначению леса делят: для производства каменных и железобетонных, отделочных и ремонтных работ; монтажа конструкций; возведения сводов оболочек.
Рис. 14. Леса с шарнирными хомутами:
а — монтажная схема (размеры в скобках — для отделочных работ); б — элемент шарнирного крепления
Леса, применяемые для каменной кладки, монтируют (наращивают) по ходу работ. Леса для отделочных и ремонтных работ возводят на всю высоту объекта до начала работ. Лева для монтажных работ используют в качестве временных опор для монтируемых конструкций. Они должны соответствовать весу монтируемых конструкций. Леса для возведения сборных и монолитных железобетонных оболочек имеют сложный жесткий пространственный каркас. Такие леса выполняют по индивидуальным проектам в зависимости от конструкций оболочек с учетом технологии возведения оболочки.
Пo характеру опирания леса делят на стационарные (неподвижные), передвижные, подвесные и подъемные.
Описанные выше леса относятся к стационарным. Предельная высота таких лесов определяется расчетом н достигает для каменной кладки 40 м, для отделочных работ — 60 м. При высоте объекта, превышающей 60 м, применяют подвесные леса. Такие леса подвешивают к консолям укрепленным на верху объекта. Передвижные и подъемные леса применяют для ремонтных работ на фасадах зданий высотой 10... 15 м. Они рассчитаны - на собственную устойчивость, в связи с чем их нижние опорные рамы уширяют до 2,5 м.
Устойчивость секции лесов зависит как от приложенных вертикальных нагрузок, так и от системы крепления секции, лесов к объекту.
Для организации рабочих мест на малых участках фронта строительно-монтажных и ремонтных работ внутри помещений устанавливают подмости. По конструктивным признакам их делят на: сборно-разборные, блочные, навесные, подвесные, телескопические.
Сборно-разборные подмости состоят из отдельных элементов и трудоемки при монтаже, демонтаже и транспортировании, что ограничивает их применение.
Блочные подмости представляют собой объемный элемент, перемещаемый с этажа на этаж башенным краном. Некоторые типы блочных подмостей имеют колеса для перемещения их в пределах этажа. Из комплекта блочных подмостей устраивают ленточное замащивание вдоль стены с ограждением свободного края, а в случае надобности — замащивание по всей площади помещения.
Навесные подмости предназначаются для работы на высоте. К ним относятся и навесные люльки. Люльки применяют для ремонтных работ на фасадах зданий. Самоподъемные люльки имеют по концам лебедки, которые могут быть ручными и с электроприводом (в последнем случае электродвигатели могут работать синхронно и раздельно для устранения перекосов).
Подвесные подмости применяют для монтажа балок или ферм. Их укрепляют вместе с лестницами на колоннах, еще до подъема этих колонн.
Подмости на телескопических вышках применяют как внутри высоких зданий, так и для наружных работ. Они состоят из рабочей площадки с ограждениями и опорной части. Рабочая площадка может подниматься й опускаться. Опорной частью может служить автомобиль.
В тех случаях, когда приведении строительно-монтажных работ невозможно или нецелесообразно устраивать леса, подмости и ограждения, рабочие должны быть обеспечены предохранительными поясами.
Рис. 15. Монтаж колонны:
1 — подвесные подмости; 2 — навесная лестница
Амортизирующим элементом является простроченная специальным швом лента, которая гасит динамическую нагрузку при падении за счет разрыва строчки.
Предохранительные пояса марок ВМ (верхолаза-монтажника) и BP (верхнего рабочего) кроме ремня имеют наплечно-набедренные лямки и нагрудные ремни. При падении человека с высоты такой пояс равномерно распределяет нагрузку на весь корпус, что исключает возможность перелома позвоночника. Пояса и карабины поовеояют два раза в год, испытывая их на прочность статической нагрузкой в 2 кН.
Полезная информация:
Анализ травматизма в строительстве показывает, что на земляные работы приходится около 5,5% всех несчастных случаев, причем из всего количества несчастных случаев с тяжелым исходом по всем видам работ 10% связано с выполнением земляных работ.
Основная причина травматизма при земляных работах — обрушение грунта. Причинами обрушения грунта являются в основном разработка грунта без креплений с превышением критической высоты вертикальных стенок траншей, и котлованов, неправильная конструкция креплений стенок траншей и котлованов и др.
Разрабатываемые грунты делятся на три большие группы: связные (глинистые и подобные им); несвязные (песчаные, насыпные) и лёссовые.
К земляным работам можно приступать только при наличии проекта производства работ или технологические карты на разработку грунтов.
По правилам техники безопасности рытье котлованов и траншей малой глубины в грунтах естественной влажности и при отсутствии грунтовых вод может производиться без креплений. Предотвратить обрушение и обеспечить устойчивость грунтовых масс можно двумя способами: образованием безопасных откосов грунта или постановкой креплений. В большинстве случаев обрушение грунтов происходит из-за нарушения крутизны откосов разрабатываемых котлованов и траншей.
Основными элементами открытой разработки карьера, котлована или траншеи без крепления является ширина l и высота Н уступа, форма уступа, угол откоса α, крутизна. Обрушение уступа происходит чаще всего по линии АС, расположенной под углом θ к горизонту. Объем ABC называют призмой обрушения. Призма обрушения удерживается в равновесии силами трепия, приложенными в плоскости сдвига.
Для связных грунтов пользуются понятием «угол внутреннего трения» φ. Эти грунты кроме сил трения обладают и силой сцепления между частицами. Силы сцепления достаточно велики, поэтому связный грунт довольно устойчив. Однако при разработке (резании) грунты разрыхляются, структура их нарушается и они теряют связность. Также изменяются силы трения и сцепления, уменьшаясь с увеличением влажности. Поэтому устойчивость незакрепленных откосов также непостоянна и сохраняется временно до изменения физико-химических свойств грунта, связанного в основном с атмосферными осадками в летнее время и последующим увеличением влажности грунта. Так, угол естественного откоса φ для песка сухого 25...30°, песка влажного 20°, глины сухой 45° и глины влажной 15°. Установление безопасной высоты уступа и угла откоса является важной задачей. От правильного выбора угла откоса зависит безопасность разработки котлована.
Исходя из теории устойчивости горных пород, критическая высота вертикальной стенки при α=90° определяется по формуле В. В. Соколовского:
где Нкр — критическая высота вертикальной стенки, м; С — сила сцепления грунта, т/м2; ρ — плотность грунта,т/м3; φ — угол внутреннего трения (С, ρ, φ определяют по таблицам).
При определении предельной глубины котлована или траншеи с вертикальной стенкой вводят коэффициент запаса, принимаемый равным 1,25:
Откос котлована или траншеи, устраиваемый в сыпучих грунтах, будет устойчивым, если угол, образованный его поверхностью с горизонтом, не превышает угла внутреннего трения грунта.
В карьерах, разрабатываемых на большую глубину (20...30 м и более), наибольшую опасность представляют оползни, способные засыпать нижний участок работ вместе с машинами, оборудованием и обслуживающим персоналом. Наибольшее количество оползней бывает весной и осенью в периоды активного действия паводковых вод, дождей и оттаивания.
Наибольшая допустимая глубина котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений Hпр, а также допустимая крутизна откосов (отношение высоты откоса к его заложению — Н:l) для различных грунтов приведены в таблице. В том случае, когда по высоте откоса имеется напластование различных грунтов, крутизну откоса определяют по наиболее слабому грунту.
При разработке котлованов и траншей в качестве профилактических мер борьбы с обвалами и обрушениями выполняются с расчетным обоснованием следующие работы: устройство подпорных стенок; преднамеренное обрушение нависающих козырьков; уменьшение угла откоса путем зачистки драглайнами или разделение откоса на уступы с устройством промежуточных берм.
Крепление вертикальных стенок траншей и котлованов производится как инвентарными, так и неинвентарными устройствами.
| Грунты | Нпр, м | Глубина выемки, м | |||||
| до 1,5 | до 3 | до 5 | |||||
| α, град | H:l | α, град | H:l | α, град | H:l | ||
| Насыпные неуплотненные Песчаные и гравийные Супесь Суглинок Глина |
1 1 1,25 1,5 1,5 |
56 63 76 90 90 |
1:0,25 1:0,5 1:0,25 1:0 1:0 |
45 45 56 63 76 |
1:1 1:1 1:0,67 1:0,5 1:0,25 |
39 45 50 53 63 |
1:1,25 1:1 1:0,85 1:0,75 1:0,5 |
Виды креплений могут быть различными. Их конструкции зависят от типа грунта, глубины выемки и расчетных нагрузок. В связных грунтах естественной влажности ставят щитовые крепления (с просветом в одну доску, а во влажных сыпучих грунтах — сплошное. Распорки таких креплений делают раздвижными.
Крепления рассчитывают на активное давление грунта. Активное давление в песчаных грунтах, где силы сцепления между частицами незначительны, Па,
где Н — глубина траншеи, м; ρ — плотность грунта, т/м3; φ — угол естественного откоса (угол внутреннего трения для связных грунтов), град.
Для связных грунтов активное давление грунта
где С — сцепление грунта.
Рассчитывая крепления в связных грунтах, следует учитывать, что при расчете котлованов и траншей грунт на поверхности разрыхляется и теряет связность, поэтому вторую часть формулы в некоторых случаях можно не принимать в расчет.
Эпюра активного давления грунта представляет.собой треугольник, вершина которого расположена по границе бровки траншеи, а максимальное значение давления рmах — на уровне дна траншеи.
1 — распорки; 2 — стойки; 3 — щиты; 4 — эпюра давления
1 — анкер; 2 — оттяжка; 3 — призма обрушения; 4 — щиты; 5 — стойка
В креплениях распорного типа расчету подлежат доски крепления, стойки и распорки. Распорки рассчитывают на прочность и на устойчивость.
Расстояние между стойками щитового инвентарного крепления зависит от ширины используемых досок h:
В случаях, когда распорки в траншейных креплениях затрудняют выполнение в них строительно-монтажных работ, например, по прокладке трубопроводов или других коммуникаций, вместо распорок применяют оттяжки и анкеры.
Следует отметить, что устройство и разборка применяемых неинвентарных креплений, состоящих из отдельных досок, стоек и распорок, связаны с трудоемкой и опасной работой. Особенно опасны работы по разборке таких креплений. Кроме того, неинвентарные крепления требуют большого расхода материалов и имеют низкую оборачиваемость крепежного материала, что повышает их стоимость.
Внешняя дополнительная нагрузка при разработке выемок (отвал земли, установка на краю откоса строительных машин и др.) может вызвать обрушение грунтовых масс, если их расположение не будет учитываться.
Учет дополнительных нагрузок при определении активного давления грунта производится приведением дополнительной нагрузки к равномерно распределенной на призме обрушения с плотностью, равной плотности плотного грунта.
Полученная таким образом высота дополнительной нагрузки добавляется к глубине траншеи. При разработке глубоких котлованов экскаватором, оборудованным прямой лопатой и установленным на дне выемки, образуется «козырек» а.
| Грунт (ненасыпной) | L при глубине выемки, м | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Песок и гравий Супесь Суглинок Глина |
1,5 1,25 1 1 |
3 2,4 2 1,5 |
4 3,6 3,25 1,75 |
5 4,4 4 3 |
6 5,3 4,75 3,5 |
Это происходит за счет того, что при такой установке экскаватор образует откосы, равные 1/3 высоты стрелы. Опасность обрушения «козырька» приводит к необходимости устанавливать экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, на верху разрабатываемой выемки. При расположении вблизи выемки с неукрепленными откосами строительных машин необходимо определять расстояние L от ближайшей к выемке опоры машин до бровки откоса (рис. 1). Это расстояние зависит от высоты выемки H, типа и состояния грунта и определяется по табл. 1 и по формуле
При возведении зданий и сооружений из готовых конструкций и деталей с применением большого количества строительных машин и механизмов строительная площадка превращается в монтажную.
Монтаж конструкций состоит из взаимно связанных подготовительных и основных процессов. К подготовительным процессам относятся строительство подкрановых путей, завоз конструкций, укрупненная сборка деталей, устройство подмостей для работы монтажников, к основным — строповка конструкций, подъем, установка конструкций на опоры, временное закрепление, выверка и окончательное крепление монтируемых элементов. Большинство несчастных случаев при монтаже строительных конструкций возникает вследствие ошибок при проектировании зданий и сооружений; при изготовлении конструкций на заводах, в проектах производства работ и др.
Главными вопросами безопасной организации работ кроме выбора наиболее рационального метода монтажа и соответствующей последовательности установки отдельных элементов являются: определение необходимых приспособлений для производства всех видов монтажные процессов и рабочих операций (типы кондукторов или иных фиксирующих приспособлений, такелажное оборудование и др.); способы установки, предупреждающие возможность возникновения опасных напряжений в процессе подъема конструктивных элементов; способы временного крепления монтируемых элементов, обеспечивающие пространственную жесткость смонтированной части здания и устойчивость каждого отдельного элемента конструкции; последовательность окончательного закрепления элементов и снятия временных приспособлений.
Важнейшим фактором для устранения травматизма при монтаже строительных конструкций является правильный расчет конструкций при транспортировании, складировании и монтаже.
Крупногабаритные конструкции при транспортировании следует устанавливать на две опоры и рассчитывать по схеме однопролетной балки. Принятая расчетная схема при транспортировании, как правило, не совпадает с расчетной схемой, принятой при расчете конструкции на основное воздействие. Деревянные подкладки, на которые опирается конструкция, следует проверять на смятие.
1 — распорка; 2 — трос; 3 — скоба; 4 — ферма; 5 — талреп; 6 — тяга; 7 — петля
При перевозке колонн большой длины на роспусках опора на прицепе должна быть подвижной, допускающей свободный поворот, чтобы исключить поперечный изгибающий момент. Число укладываемых рядов по высоте принимают до 5.
1 — траверса; 2 — ферма
Стеновые панели и перегородки транспортируют в вертикальном или наклонном положении. В этом случае возможны опасные боковые толчки в плоскости наименьшей жесткости панели. Для их локализации применяют специальные амортизаторы, устанавливаемые в опорных частях. При транспортировании крупногабаритных сквозных ферм применяют специальные панелевозы, и проверку сечений производят по наиболее опасным сечениям элементов ферм. Определение усилий в раскосах и узлах ферм проводят методами строительной механики с учетом коэффициента динамичности и принятой системы опирания фермы при транспортировке. На панелевозах фермы закрепляют с помощью упоров и оттяжек (рис. 1).
Безопасность работ при монтаже конструкций обеспечивается прежде всего правильно запроектированными траверсами и стропами. При подъеме и установке ферм (рис. 5.2) в отдельных элементах усилия могут быть значительно большими, чем рассчитанные при эксплуатационных нагрузках. В них возможно также изменение знаков напряжений — растянутые элементы могут оказаться сжатыми и наоборот. Поэтому, как правило, при подъеме траверсу закрепляют за средние узлы фермы.
Расчет колонн на нагрузку, возникающую прр подъеме, дополнительно не производят. В рабочих чертежах колонн предусмотрены возможности безопасного их подъема из горизонтального в вертикальное положение (рис. 3).
1 — колонна; 2 — трос; 3 — рамочный захват; 4 — подкладки деревянные
При установке колонны в фундаментный стакан до замоноличивания ее основания колонна должна быть закреплена расчалками или клиньями (рис. 4). В обоих случаях проводят расчет колонны на действие ветровой нагрузки. При недостаточном закреплении может произойти опрокидывание или наклон колонн. В общем виде уравнение устойчивости имеет вид
где К — коэффициент запаса, равный 1,4; М0 — опрокидывающий момент от действия ветра, Н·м; Му — удерживающий момент, создаваемый массой колонны, Н·м; Мзакр — то же, креплением, Н·м.
В тех случаях, когда по произведенному расчету устойчивость не обеспечивается, применяют инвентарные клиновые вкладки и стальные кондукторы.
1 — расчалка; 2 — хомут; 3 — колонна; 4 — клинья; 5 — фундамент
a — крайней фермы; б — средних ферм; 1 — колонна; 2 — ферма; 3 — растяжка; 4 — распорка
Смонтированные отдельные элементы сооружения (колонны, фермы, балки) должны образовывать устойчивые системы до завершения полного комплекса монтажных работ. Для этого отдельные части смонтированных элементов соединяются в пространственно жесткие системы с помощью постоянных связей, прогонов или временных расчалок.
При подъеме конструкций применяют стропы, стальные и пеньковые канаты, траверсы и различные захваты.
Способ строповки и конструкция стропа зависит от габаритов и массы монтируемого элемента, расположения точек строповки на поднимаемом элементе, применяемого грузоподъемного оборудования, условий подъема и положения элемента на различных этапах монтажа. Стропы делятся на гибкие с одной, двумя, четырьмя и шестью ветвями и жесткие типа траверс или захватов.
Усилие в каждой ветви стропа
где α — угол между вертикалью и стропом; G — вес поднимаемого груза, Н; n - количество стропов; k — коэффициент.
С увеличением угла наклона ветвей стропа в них растут сжимающие усилия. Принимают α = 45... 50°, а угол между ветвями стропов — не более 90°.
Длина ветви стропа
где h — высота стропа; b — расстояние между стропами по диагонали.
Иногда для строповки вместо канатов применяют цепи. Выбор канатов или цепей ведут по наибольшему натяжению ветви каната S:
где Р — разрушающая нагрузка, которая принимается по разрывному усилию каната, приведенному в заводском паспорте или по диаметру звена цепи, Н; К — коэффициент запаса прочности (3...8), зависящий от типа стропов и подъемных механизмов.
Для повышения срока службы стропов, предотвращения смятия и истирания друг о друга или об острые углы кромок конструкций, перекручивания, ударов применяют инвентарные металлические подкладки.
Жесткие стропы применяют при недостаточной высоте подъема монтажного крана или в том случае, когда поднимаемая конструкция не допускает применения гибких стропов. Как правило, жесткий строп применяют в виде траверсы. Наибольшее распространение траверсы получили при монтаже сборных железобетонных ферм и балок, особенно предварительно напряженных, а также большепролетных металлических конструкций. Траверсы применяют двух типов: работающие на изгиб и на сжатие.
В последнее время все шире применяется прогрессивный метод монтажа крупноблочных конструкций, который позволяет снизить их трудоемкость, повысить безопасность работ и сроки строительства. Размеры и масса отправляемых с заводов стальных конструкций ограничены грузоподъемностью транспортных средств и габаритами производственных помещений. Обычно длину отправляемых элементов принимают 12... 18 м. Иногда по требованию заказчиков стропильные фермы поставляются длиной до 24 м.
При производстве различных строительно-монтажных работ применяются леса и подмости из металлических трубчатых элементов, в работе которых бывают дефекты, нередко приводящие к обрушению. Леса и подмости являются временными, но многократно используемыми строительными конструкциями.
Иногда могут возникнуть тяжелые групповые несчастные случаи из-за обрушения лесов. Анализ ряда аварийных случаев показал, что их обрушение происходит по ряду причин, которые делятся на три группы.
Первая группа — это комплекс причин, вызванный неудовлетворительным проектированием лесов без учета действительных условий работы конструкции. Например, крепление лесов к вертикальной поверхности строительного объекта осуществляется с помощью анкерных пробок различных конструкций, расположенных в шахматном порядке через два яруса по высоте и через два пролета по длине здания. Однако осуществить таким образом крепление не всегда возможно ввиду различных особенностей сооружений, к которым эти леса должны крепиться. При изменении схемы крепления лесов к зданию меняются условия работы лесов на различные виды нагрузок, изменяется схема конструкции, что может вызвать аварию последней.
Вторая группа — причины, обнаруженные на стадии изготовления и монтажа лесов. Инвентарные леса должны быть изготовлены индустриальными методами. Однако на практике это не всегда возможно. Часто леса изготовляют непосредственно на строительной площадке без соответствующего проекта или с резкими отклонениями от проектных величин и размеров. Часто при монтаже лесов строители заменяют недостающие элементы другими без расчетного и теоретического обоснования такой замены. Перед монтажом конструкции лесов необходимо тщательно подготавливать основания для их дальнейшей установки, так как от состояния опоры зависит устойчивость всей конструкции. При установке лесов необходимо обеспечить нужный отвод поверхностных и грунтовых вод, невыполнение которого грозит нарушением основания под лесами.
Третья группа — причины обрушения лесов относятся к стадии их эксплуатации. Часто они являются следствием недостаточного технического руководства или отсутствием надзора при монтаже и при эксплуатации лесов.
По статистике значительное количество аварий лесов происходит из-за перегрузки. Нарушение или изменение схемы нагружения лесов, которые обычно рассчитаны на определенный вид нагрузки по заранее предусмотренной схеме ее расположения, может привести к их обрушению.
Леса состоят из стоек, расположенных в два ряда с шагом между стойками в двух взаимно перпендикулярных направлениях равным 2 м в осях, а также продольных и поперечных ригелей, устанавливаемых через каждые 2 м по высоте. Для обеспечения несмещаемости узлов в каждом ярусе устанавливают горизонтальные диагональные связи через 4...5 панелей.
По способу соединения элементов лесов между собой наиболее распространенными в строительной практике являются два типа металлических трубчатых лесов.
Леса на безболтовых соединениях имеют неизменяемую схему каркаса как для каменной кладки, так и для отделочных работ. К стойкам привариваются патрубки, а к ригелям — крюки из круглой стали, загнутые под прямым углом. При таком способе крепления монтаж каждого горизонтального элемента лесов сводится к введению крюков в соответствующие патрубки стоек до упора.
Леса другого типа — на соединениях в виде шарнирных хомутов. При этом принимаются разные расстояния между стойками применительно к нагрузкам при каменной кладке и отделочных работах.
Пространственная жесткость всего каркаса лесов дополнительно обеспечивается постановкой диагональных связей в вертикальной плоскости по наружному ряду стоек в трех крайних панелях с обоих концов секций лесов.
а — монтажная схема лесов; б — деталь опирания трубчатой стойки; в — сопряжение горизонтальных элементов со стойкой; г — узел, крепления лесов к стенке
По конструктивным признакам различают леса рамные, лестничные, стоечные, подвесные. По назначению леса делят: для производства каменных и железобетонных, отделочных и ремонтных работ; монтажа конструкций; возведения сводов оболочек.
а — монтажная схема (размеры в скобках — для отделочных работ); б — элемент шарнирного крепления
Леса, применяемые для каменной кладки, монтируют (наращивают) по ходу работ. Леса для отделочных и ремонтных работ возводят на всю высоту объекта до начала работ. Лева для монтажных работ используют в качестве временных опор для монтируемых конструкций. Они должны соответствовать весу монтируемых конструкций. Леса для возведения сборных и монолитных железобетонных оболочек имеют сложный жесткий пространственный каркас. Такие леса выполняют по индивидуальным проектам в зависимости от конструкций оболочек с учетом технологии возведения оболочки.
Пo характеру опирания леса делят на стационарные (неподвижные), передвижные, подвесные и подъемные.
Описанные выше леса относятся к стационарным. Предельная высота таких лесов определяется расчетом н достигает для каменной кладки 40 м, для отделочных работ — 60 м. При высоте объекта, превышающей 60 м, применяют подвесные леса. Такие леса подвешивают к консолям укрепленным на верху объекта. Передвижные и подъемные леса применяют для ремонтных работ на фасадах зданий высотой 10... 15 м. Они рассчитаны - на собственную устойчивость, в связи с чем их нижние опорные рамы уширяют до 2,5 м.
Устойчивость секции лесов зависит как от приложенных вертикальных нагрузок, так и от системы крепления секции, лесов к объекту.
Для организации рабочих мест на малых участках фронта строительно-монтажных и ремонтных работ внутри помещений устанавливают подмости. По конструктивным признакам их делят на: сборно-разборные, блочные, навесные, подвесные, телескопические.
Сборно-разборные подмости состоят из отдельных элементов и трудоемки при монтаже, демонтаже и транспортировании, что ограничивает их применение.
Блочные подмости представляют собой объемный элемент, перемещаемый с этажа на этаж башенным краном. Некоторые типы блочных подмостей имеют колеса для перемещения их в пределах этажа. Из комплекта блочных подмостей устраивают ленточное замащивание вдоль стены с ограждением свободного края, а в случае надобности — замащивание по всей площади помещения.
Навесные подмости предназначаются для работы на высоте. К ним относятся и навесные люльки. Люльки применяют для ремонтных работ на фасадах зданий. Самоподъемные люльки имеют по концам лебедки, которые могут быть ручными и с электроприводом (в последнем случае электродвигатели могут работать синхронно и раздельно для устранения перекосов).
Подвесные подмости применяют для монтажа балок или ферм. Их укрепляют вместе с лестницами на колоннах, еще до подъема этих колонн.
Подмости на телескопических вышках применяют как внутри высоких зданий, так и для наружных работ. Они состоят из рабочей площадки с ограждениями и опорной части. Рабочая площадка может подниматься й опускаться. Опорной частью может служить автомобиль.
В тех случаях, когда приведении строительно-монтажных работ невозможно или нецелесообразно устраивать леса, подмости и ограждения, рабочие должны быть обеспечены предохранительными поясами.
1 — подвесные подмости; 2 — навесная лестница
Амортизирующим элементом является простроченная специальным швом лента, которая гасит динамическую нагрузку при падении за счет разрыва строчки.
Предохранительные пояса марок ВМ (верхолаза-монтажника) и BP (верхнего рабочего) кроме ремня имеют наплечно-набедренные лямки и нагрудные ремни. При падении человека с высоты такой пояс равномерно распределяет нагрузку на весь корпус, что исключает возможность перелома позвоночника. Пояса и карабины поовеояют два раза в год, испытывая их на прочность статической нагрузкой в 2 кН.
Полезная информация: