Перед виконанням зміцнення ґрунту необхідно підготувати відповідну та безпечну робочу платформу (поверхню будмайданчику). Коли зміцення виконується на дуже слабкому грунті або коли робочий рівень поверхні значно перевищує або нижче оточуючого рівня землі (котлована або насипу), земляні роботи, робоча платформа та можливий дренаж повинні бути предметом технічного проекту. Якість та безпека геотехнічних робіт, таких як зміцнення ґрунту або пальові роботи, суворо залежать від проекту та виконання робочих платформ.

Прийнятий робочий рівень є результатом таких факторів, як: природний рівень грунту, рівень фундаменту об’єкта, рівень грунтових вод, фаза будівництва, комунальні мережі та інші. Проектна документація основних геотехнічних робіт, робочих майданчиків, захисту схилів, стін котлованів, насипів та дренажу котлованів може становити одне повне або окреме, належним чином узгоджене, технічне дослідження. Відповідна технологія та організація земляних робіт, а також правильна організація будівельного майданчика дуже важливі і необхідно, щоб спеціалізовані геотехнічні роботи виконувались відповідно до чинних норм охорони праці.

Робоча платформа – це земляна конструкція, найчастіше шар грубозернистих або стабілізованих дрібнозернистих заповнювачів, що виконують роль поверхні для встановлення та безпечної експлуатації важкої будівельної техніки. У випадку геотехнічних робіт платформа часто є базою для землерийних машин та обладнання, яке складається з важкого шасі та високої щогли, таких як пальові машини, забивачі паль та крани. Це обладнання має високий центр ваги, тому вимоги до робочої платформи набагато вищі, ніж до землерийного обладнання, такого як екскаватори або погрузчики.

Робота важкого обладнання на краю схилів і стін – це питання, яке вимагає ретельного аналізу. Навіть незначні рухи грунту можуть призвести до надмірного нахилу робочої платформи або витиснення грунту з-під гусениці машини. Це може призвести до загрози життю та майну, пошкодження конструкції землі, а також пошкодження сусідніх об’єктів в результаті падіння машини.

Загальні рекомендації щодо безпеки землерийного обладнання

Коли машини експлуатуються біля краю котловану або насипу, застосовуються такі загальні вимоги безпеки:

• У разі робіт поблизу схилу насипу / котловану слід перевірити такий фактор, як глобальна стійкість земляної конструкції (конструкції) під час роботи машини, а також забезпечити безпечні робочі відстані машини від верхнього краю насипу / виїмки;
• Краї котлованів слід закріпити захисними перешкодами;
• Позначити небезпечну зону навколо машин;
• Слід здійснювати та підтримувати безпечні спуски до котловану; входи на насип обладнани бар’єрами або поручнями;
• Слід встановити детальні правила зберігання бурового шламу біля схилів та стін.

Стійкість котлованів та насипів в першу чергу забезпечується відповідним, безпечним ухилом стін котловау. У простих випадках, при невеликій висоті та низькому навантаженні на край котловну безпечний ухил стін можна визначити, виходячи із загальних рекомендацій.

У разі геометричних обмежень, наприклад, пов’язаних із забудовою земель, необхідно використовувати спеціально розроблений захист від виїмок у вигляді: штунтова стіна (Фото 2), пальова, шпунт Ларсена або стінка у формі діафрагми. Стійкість платформи повинна забезпечуватися на кожному етапі робіт, тому слід враховувати всі перехідні ситуації та, якщо потрібно, перераховувати.

Основні правила охорони праці на будівельному майданчику при виконанні земляних робіт з механізованим обладнанням вимагають позначення небезпечної зони для роботи всього обладнання (екскаватора, грейдера, навантажувача) у випадку країв котлованів та насипів (Фото 1) . Організація, підготовка будівельного майданчика та охорона будівельного майданчика тут мають вирішальне значення.

Фото 1.  Розмітка краю траншеї

Фото 2.  Шпунт з мембраною

Загальні рекомендації щодо експлуатації землерийного обладнання при глибоких котлованах стосуються визначення клину відламу. Клин ґрунту – це частина схилу, яка може ковзати вниз (через власну вагу або силу, прикладену ззовні). Клин уламка траншеї розташований між поверхнею ковзання або падіння та схилом схилу. Працюючий екскаватор слід розташовувати на відстані не менше 0,6 м за краєм природного клинового клина. Для визначення клину руйнування розраховується добуток висоти схилу та коефіцієнта в залежності від типу ґрунту, що становить від 0,5 до 1,5. Припускаючи мінімальну відстань від фрагментаційного клину 0,6 м для екскаватора, безпечну робочу відстань від нижнього краю схилу (Z) можна визначити за такою формулою:

Z = x * h + 0,6 м,

де: h – висота схилу, x – коефіцієнт залежно від типу грунту (рис. 1).

Рис. 1 Мінімальна відстань від схилу для екскаватора відповідно до загальні рекомендації щодо охорони праці та для невеликої машини для забивання паль.

 Коли висота котловану перевищує 4 м, необхідно підготувати відповідну проектну документацію, включаючи розрахунки стійкості. Такий розрахунок для земляних робіт також слід проводити, коли неможливо зберегти ухил, що випливає із загальних рекомендацій. У разі використання додаткового захисту стін котловну, таких як шпунтові стіни та пальові стіни, слід підготувати відповідну проектну документацію.

У деяких випадках такі прості рішення, як покриття стін синтетичною мембраною, можуть допомогти зберегти стійкість. Однак слід підкреслити, що таке рішення може захистити схил лише від зниження параметрів ґрунту в результаті стоку дощової води. Стійкість завжди слід перевіряти розрахунками, припускаючи параметри ґрунту на безпечній стороні.

Рекомендації щодо роботи на насипах, наявні в літературі, є дуже загальними. На жаль, на практиці стійкість насипів зазвичай перевіряється лише в цільовій фазі, хоча часто також потрібно перевірити робочу фазу під час роботи машин. Зазвичай вважається, що ухил у нескалистих грунтах без додаткового кріплення не повинен бути крутішим за 1: 1,5. В інших випадках слід провести додаткові розрахунки.

Слід також звернути увагу на формування тимчасового верхнього шару насипу, наприклад у випадку стіни, що обмежує засипаний простір за опору мосту, підпірну стінку або пропускним каналом. Така ситуація повинна бути перевірена розрахунком.

Безпека важкого обладнання для геотехнічних робіт

Робочі майданчики для геотехнічних робіт, розташовані в котлованах або на насипах, вимагають більш суворих перевірок, ніж у випадку із землерийним обладнанням. Це пов’язано з більш складною структурою обладнання та необхідністю забезпечення якості робіт, що виконуються цим обладнанням.

Відстань важкого обладнання, наприклад бурової машини, від краю схилу повинна бути не менше 1,5 м. Не рекомендується використовувати схили, крутіші за 1: 1,5, якщо щоразу не перевіряється стійкість конструкції. Всі котловани висотою понад 2 м вимагають розрахунків.

Обчислювальна перевірка вимагає захисту котлованів та насипів у вигляді стін. У будь-якому випадку розрахунки стійкості повинні базуватися на параметрах природного та насипного ґрунту, прийнятих на основі польових або лабораторних випробувань, проведених сучасними методами відповідно до Єврокоду 7 (Частина 2 – Ідентифікація та випробування надр). Роботи, пов’язані із зміцненням основи та влаштуванням паль, слід розглядати як особливо вразливі. Цей тип робіт зазвичай виконують у ґрунті з низькими параметрами, визначення яких вимагає перевірених методів дослідження. Дослідження слід обирати в результаті тісної співпраці проектувальника та геолога, а остаточне рішення щодо вибору параметрів для розрахунків має приймати проектувальник та адаптувати до моделі розрахунку.

Фази котловану та насипу слід враховувати при розрахунках. У кожному випадку слід враховувати відповідні наслідки впливів, що виникають внаслідок навантаження на верхній край схилів та / або їх основ з обладнанням, яке буде застосовуватися на будівельному майданчику. Слід брати до уваги явища, пов’язані з силами, що виникають під впливом підземних вод, зокрема внаслідок глибинного водопониження котлованів. Розрахунки стійкості на схилі слід виконувати як додатковий елемент розрахунків несучої здатності робочої платформи. У разі котлованів також необхідно перевірити стійкість дна. Розрахунки індивідуальних моделей втрати стійкості слід назначати самостійно або знаходити закон втрати стійкості (така можливість забезпечується, наприклад, розрахунками FEM). Приклади критичних схем для робочих платформ проілюстровані на малюнку 2.

Особливо складні ситуації, коли геометрія конструкції вимагає використання декількох робочих рівнів та різних схем завантаження поверхні. Проектувальнику геотехнічного розділу слід врахувати всі можливі схеми та включити їх до відповідно обраних моделей розрахунків.

Рис. 2 Прикладові схеми втрати стійкості важкого обладнання для геотехнічних робіт: а) перевищення несучої здатності грунту, в) втрата стійкості дна котловану, с) втрата стійкості стіни котловану / насипу, d) втрата стійкості схилу , е) глибока втрата стійкості насипу / котловану, f) втрата стійкості фронтального схилу насипу, g) глибока втрата стійкості фронтального схилу насипу

Робочі платформи на грунті з дуже низькими параметрами міцності

Грунти з особливо низькими параметрами вимагають, перш за все, дуже точного визначення цих параметрів. Міцність на зсув є особливо важливим параметром при проектуванні робочих платформ на органічних та дрібнозернистих грунтах. Визначення цього параметра вимагає відбору зразків відповідної якості та проведення лабораторних досліджень, наприклад, у трьохосному компресійному апараті. В якості альтернативи також можна проводити польові випробування за допомогою зондування відповідної якості, наприклад, за допомогою зонда з постійною швидкістю зсуву (так званий тест Вейна) або статичного зондування CPTU з конусом великого діаметру або з кульовим наконечником.

В особливих випадках методологія впровадження платформи вимагає дуже ретельного планування. Коли несуча здатність грунту дуже низька, може знадобитися зробити платформу в кілька шарів. Робоча платформа, яка використовується для передачі навантажень від машин, сама генерує значне навантаження на слабкий грунт. Це питання слід враховувати при розрахунках, а окремі елементи організації будівельного майданчика та етапи виконання робіт слід правильно планувати.

На першому етапі, щоб поліпшити розподіл навантаження та запобігти змішуванню сипучого матеріалу з землею, шар геотекстилю розміщують безпосередньо на шарі слабкого грунту. Перший шар заповнювача з відносно невеликою товщиною (зазвичай близько 0,5 м) розрівнюють бульдозерами, штовхаючи заповнювач спереду. На кожному наступному етапі може знадобитися час очікування, протягом якого грунт зміцниться під вагою попереднього шару платформи. Прискорення ущільнення може бути досягнуто шляхом встановлення збірних вертикальних водостоків, які можуть бути виконані з перехідної робочої платформи, за умови, що зроблені розрахунки для перевірки експлуатаційної безпеки машини, яка використовується для встановлення стоків. Потім поступово роблять наступні шари робочої платформи. Отримавши відповідну товщину, можна заводити на будмайданчик важке обладнання.

Рис. 3 Схеми формування робочих майданчиків на слабких грунтах

Етапи будівництва робочої платформи повинні суворо контролюватися. У разі перевищення допустимої товщини шару ущільнення для наступного етапу втрачається вантажопідйомність і відбувається витіснення ґрунту, що призводить до «втоплення» в кілька разів більших обсягів ґрунту, ніж передбачалося. Будівництво платформ шляхом заміщення найчастіше трапляється в аварійних ситуаціях і не планується на етапі проектування.

Висновки

При підготовці будівельного майданчика для важкого обладнання геотехнічних робіт важливо правильно підготувати робочі майданчики. Це питання вимагає відповідного аналізу на багатьох рівнях: логістичному, графічному, геотехнічному (обчислювальному), економічному та інших. У статті висвітлено вибрані небезпечні ситуації, зумовлені геотехнічними граничними станами. Окрім них, слід також врахувати: дренаж, комунікації, лінії електропередач, відповідну площу маневрування та багато інших аспектів, які при правильному плануванні значно покращують безпеку та ефективність геотехнічних робіт.