Котлованы могут иметь откосы, а могут быть с вертикальными стенками. Это зависит от типа грунта.
Рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений разрешается только в грунтах естественной влажности и при отсутствии грунтовых вод. При этом глубина выемки не должна превышать:
- в насыпях песчаных и гравелистых грунтах – 1,0 м;
- в супесях – 1,25 м;
- в суглинках и глинах – 1,50 м.
Размеры котлована поверху зависят от заложения откосов. Заложение откосов “ l ” определяется в зависимости от коэффициента откоса “ m ”, принимаемого по /ТКП 45-1.03-44-2006 Безопасность труда в строительстве. Строительное производство./. Коэффициент откоса “ m ”определяется в зависимости от грунта и глубины котлована “ Н ”. Наибольшая допустимая крутизна откосов приводится в таблице 4.2.
, (1)
. (2)
Пример определения размеров котлована поверху приведен на рис.2
Рис.2. Определение размеров котлована поверху
Таким образом, размеры котлована поверху будут равны:
c=a+2× l =a+2×m×H; (3)
d=b+2× l =b+2×m×H, (4)
где a, b - размеры котлована понизу, м;
c, d - размеры котлована поверху, м.
Таблица 8. Наибольшая допустимая крутизна откосов
| Вид грунта | Глубина выемки, м | |||||
| до 1,5 | от 1,5 до 3 | от 3 до 5 | ||||
| Угол между направлением откоса и горизонталью, град. | Отношение высоты откоса к его заложению. | Угол между направлением откоса и горизонталью, град. | Отношение высоты откоса к его заложению. | Угол между направлением откоса и горизонталью, град. | Отношение высоты откоса к его заложению. | |
| Насыпной | 1: 0,67 | 1: 1 | 1: 1,25 | |||
| Песчаный, гравийный влажный (ненасыщенный) | 1: 0,5 | 1: 1 | 1: 1 | |||
| Супесь | 1: 0,25 | 1: 0,67 | 1: 0,85 | |||
| Суглинок | 1: 0 | 1: 0,5 | 1: 0,75 | |||
| Глина | 1: 0 | 1: 0,25 | 1: 0,5 | |||
| Лесовый сухой | 1: 0 | 1: 0,5 | 1: 0,5 |
Объем котлована определяется по формуле Симпсона:
, 
(5)
Где: а, d – размеры котлована понизу,м;
c, d – размеры котлована поверху, м;
Н – глубина котлована, м.
Объем котлована виде отдельных ям определяется по формуле:
, (6)
где Fн и Fв - площадь ям понизу и поверху, в м2.
Общий объем грунта:
, (7)
Объем въездной траншеи определяется по формуле:
, (8)
где m’в –коэффициент заложения откосов для траншеи и котлована, m’в =1.25;
b –ширина траншеи по дну (b=4м при одностороннем проезде);
h –глубина котлована в месте примыкания траншеи, м.
Объем круглого котлована определяется по формуле:
, (9)
где R и r - радиус котлована поверху и понизу.
, (10)
Недобор грунта в м2 по дну котлована (в летнее время) определяется по площади котлована понизу:
, (11)
Величина недобора зависит от емкости ковша экскаватора и рабочего оборудования и принимается по таблице 4.3.
Таблица 9. Допустимый недобор грунта при работе одноковшовым экскаватором, см.
| Емкость ковша, м3 | Рабочее оборудование | ||
| прямая лопата | обратная лопата | драглайн | |
| Механические экскаваторы | |||
| 0,4 | |||
| 0,65 | |||
| 0,8-1,25 | |||
| 1,5-2,5 | |||
| 3-5 | - | ||
| Гидравлические экскаваторы | |||
| 0,5 | - | ||
| 0,65-1 | - | ||
| 1,25-1,6 | - | ||
| 2-3,2 | - |
Объем обратной засыпки Vо.з. определяется по формуле:
, (12)
где Vк - объем котлована, м3;
Vсоор. - объем сооружения или фундамента (определяется по геометрическим размерам), м3;
Кор – коэффициент остаточного разрыхления, табл.4.1.
Объем уплотнения грунта в пазухах фундамента равен объему обратной засыпки. Причем, примерно 25-30 % принимается для уплотнения вручную, а остальные 70-75 % - для механизированного уплотнения. Более точно объем уплотнения вручную определяется по геометрическим размерам. При этом учитывается, что расстояние от сооружения должно быть не менее 0,8 м. Схема уплотнения грунта в пазухах фундамента приводится на рисунке 3.
Рис. 3. Схема уплотнения грунта в пазухах фундаментов.
1- фундамент;
2- слой грунта по 0.1 - 0.2 м, уплотнение электротрамбовками;
3- участок уплотнения грунта другими механизмами;
4- электротрамбовка;
Объем песчаной подсыпки (подушки) в зимнее время определяется по формуле:
, (13)
где Fкот .- площадь котлована понизу, м3;
h1 - толщина песчаной подушки, м, (принимают 0,1 м).
Вес грунта песчаной подсыпки равен:
, (14)
где γ- средняя плотность песка (1600 кг/м3), /ЕНиР сб.2/.
Объем работ по предварительному рыхлению грунта клин-молотом определяется по формуле Симпсона:
, (15)
Определение объема мерзлого грунта приводится на рисунке 4.
Определяются а’ и b’ по известным формулам:
, (16)
, (17)
где Hм - глубина промерзания грунта, м.
Рис.4. Определение объема мерзлого грунта,
где а’ и b’- размеры котлована на уровне глубины промерзания, м.
Объем работ при рыхлении мерзлого грунта баровой машиной, рис.5, определяют, исходя из требований ЕНиР Сборник 2, в метрах длины прорезей в мерзлом грунте.
Например, размеры котлована поверху 60×20 м. Исходя из технических характеристик КМП-3 /ЕНиР сб.2/, а именно: расстояние между режущими цепями 0,7 м, ширины нарезаемой щели – 0,14 м и числа баров - 2, можно определить, что количество продольных проходов КМП-3 будет равно 20/2=10, а количество поперечных проходов - 60/2=30. Общая длина проходов в метрах: 60×10+20×30=1200 м.
Пример определения объемов работ при устройстве фундаментов приводится на рисунке 5.
Рис.5. Определение объемов работ при рыхлении мерзлого грунта баровой установкой
Все объемы работ по разработке котлована должны быть представлены в таблице 10.
Таблица 10. Объемы работ при разработке котлована.
| № п/п | Наименование работ | Единица измерения | Количество |
НАПРИМЕР:
Учитывая тип фундамента (отдельно стоящий стаканного типа) и его схему расположения, а также отсутствие в здании подвала, данный вид выемок целесообразно разрабатывать в виде ям. Используя следующую схему, определим размеры ям.
Рис.4. Схема фундамента
Рис.5. Схема определения размеров ямы с откосами.
Размеры ямы понизу:
(5)
d=с=1,6+2*0,6=2,8 м
Размеры ямы поверху:
(6)
b=а=2,8+2*0,5*2,2=5 м
где: m – коэффициент откоса, m=0,5 /ЕНиР сб.2, табл. П.1/
Объем грунта в яме для отдельно стоящего фундамента:
V1 = 
Fн + Fв + 
), (7)
где F н – площадь котлована понизу (на уровне дна), м2;
F в – площадь котлована поверху (на уровне черной отметки) м2;
h – глубина котлована, м.
V1 = 
Объем всех ям:
V=n×V1 = 
Объем мерзлого грунта:
(8)
Vр.м.1= 
(a’b’+ab+(a’+a)(b’+b)) (9)
Vр.м.1= 
Vр.м.= 
Объем обратной засыпки:
Vо.з=(Vк-Vфунд) /Ко.р (10)
где Vк-объем ям,
Vсоор-объем сооружения или фундамента (определяется по геометрическим размерам), м3.,
Кор – коэффициент остаточного разрыхления; вводится для перевода грунта из состояния остаточного разрыхления в плотное.
Vо.з = (1339,65 – 62,4) / 1,06 = 1204,95 м3
(11)
(12)
;
где Vруч - объем уплотнения ручным способом, м3;
Vмех - объем уплотнения механизированным способом, м3.
Объем песчаной подсыпки:
Vпесч.под.= n·Fкотл. 
h1, (13)
где Fкотл – площадь котлована понизу, м2;
h1 – толщина песчаной подсыпки, м (принимают 0,1 м).
Vпесч.под.= 39·7,84 0,1 = 30,58 м3
Вес грунта песчаной подсыпки равен:
P=Vпесч.п. 
пес. (14)
где 
пес. - средняя плотность песка (1600 кг/м3).
P= 30,58·1600 = 48928 кг
Таблица 3. Объемы работ при разработке котлована
| N п/п | Наименование работ | Ед.измерения | Количество |
| Разработка котлована в транспортное средство | 100м3 | 13,39 | |
| Вывоз лишнего грунта за пределы площадки | 1т | ||
| Транспортирование грунта для: -песчаной подушки; -обратной засыпки. | 1т | 48,9 2209,8 | |
| Устройство песчаной подушки | м3 | 30,58 | |
| Обратная засыпка пазух котлована бульдозером | 100м3 | 12,05 | |
| Уплотнение грунта обратной засыпки, в том числе: | 100м3 | 12,05 | |
| - вручную | 100м3 | 3,01 | |
| - катком | 100м3 | 9,03 |
4.1.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ФУНДАМЕНТОВ.
1. Монолитные фундаменты:
Процесс устройства монолитных железобетонных фундаментов (ленточных или отдельно стоящих) состоит из опалубочных, арматурных работ и укладки бетонной смеси. Площадь поверхности бетона, соприкасающейся с опалубкой (объем опалубочных работ) определяется исходя из геометрических размеров фундаментов и геометрических размеров опалубочных щитов.
Расчет удобно представить в виде таблицы 11.
Таблица 11. Определение объемов опалубочных работ по ярусам и захваткам.
| Наименование конструк- тивного элемента | Марка щита | Параметры щита | Общее количе-ство щитов, шт | Площ- адь, м2 | Мас- са, т | |||
| Шири- на, м | Дли- на, м | Площ-адь, м2 | Мас-са, т | |||||
Данные по основным элементам унифицированной инвентарной мелкощитовой разборно-переставной опалубки представлены в таблице 12., опалубка «Модостор» и «Модостор-Комби» таблица 13.
Таблица. 12.
Данные по основным элементам унифицированной инвентарной мелкощитовой разборно-переставной опалубки («Монолит»)
| Элемент опалубки | Марка элемента | Размеры, мм | Масса, кг | Область применения | ||
| Длина | Ширина | ЩС | ЩК | |||
| Щит: основной стальной (ЩС) комбиниро- ванный (ЩК) угловой стальной угловой ком бинирован ный вставной стальной или комбини рованнный Схватка Несущая балка Хомут Стойка телескопическая Раздвижной ригель | ЩС1.8— 0,6 ЩК1.8- 0,5 ЩК1.8- 0,4 ЩК1.8- 0,3 ЩК1.6- 0,6 ЩК1.6- 0,5 ЩК1.6- 0,4 ЩК 1.6- 0,3 ЩК1.5- 0,6 ЩК1.5- 0.5 ЩК1.5- 0,4 ЩК 1,5- 0,3 ЩК1.2- 0,6 ЩК1.2- 0,5 ЩК1.2-0.4 ЩК1.2- 0,3 ЩК1.0- 0,6 ЩК1.0- 0.5 ЩК1.0- 0,4 ЩК1.0- 0,3 ЩСУ0.6- 0,4 ЩСУ1.8- 0,4 ЩКУ0.6- 0,3 ЩКУ1.8- 0,3 ЩС1.8- 0,1 ЩС 1,2- 0,1 ЩК1.8- 0,1 ЩК1.2- 0,1 С-3,6 С-3,0 С-2,4 С-1,8 НБ-2,5 НБ-3,5 НБ-4,5 НБ-5,5 НБ-6,5 НБ-7,5 ХМ-1 СТА-68 РР-2 РР-4 РР-6 | 2000-3500 2000-5000 1200- 2000 До 4000 До 6000 | 2 швел- лера № 8 4 швел- лера № 8 50x50x4 — — — — — | 40,5 31,2 20,5 33,7 29,2 22,5 19,4 28,6 26,8 21,2 15,7 22,3 17,7 13,1 16,2 46,9 — — 22,8 — — 50,4 42,2 33,6 25,2 176,6 196,7 216,7 236,7 276,9 55,5 55,6 25,96 120,9 | 42,8 36,1 32,5 32,1 28,7 26,7 35,7 31,3 24,1 22,5 18,6 17,5 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — | Фундаменты, стены, перекрытия, тоннели, бункеры, массивы Опалубка входящих углов То же Установка тяжей, воспринимающих давление бетонной смеси Поддерживающие и несущие эле- менты опалубки Каркас опалубки ступенчатых фун- даментов Крепление опа-лубки колонн Поддерживающий элемент опалубки Поддержи вающий элемент перекрытий |
Таблица 13.
Основные конструктивные элементы мелкощитовой опалубки «Модостор» и «Модостор-Комби».
| Эскиз | Наименование | Габаритные размеры, мм. | Масса, кг. | Площадь, м2 | |
| Высота Н | Ширина В | ||||
| Щит | 1,08 0,81 | ||||
| Щит | 0,9 0,75 0,6 0,45 0,3 0,23 0,72 0,6 0,48 0,36 0,24 0,18 | ||||
| Щит | 0,45 0,3 0,23 0,15 0,36 0,24 0,18 0,12 | ||||
| Щит-компенсатор | 100-300 100-300 | 0,6 0,48 | |||
| Наружный угол | 0,3 0,24 0,19 0,14 0,1 | ||||
| Внутренний угол | 0,72 0,6 0,48 | ||||
| Опалубка «Модостор-Комби» | Балка-схватка | - - - - - | - - - - - | ||
| Замок З-1 | - | - | 0,6 | - | |
| Подвеска | - | 0,6 | - | ||
| Замок З-2 | - | - | 1,2 | - | |
| Клин | - | - | 0,5 | - | |
| Винтовой тяж с двумя гайками | - | 3,0 | - | ||
| Навесной кронштейн подмостей | - | - - - | 2,8 2,6 | - - - | |
| Щит | 1,62 1,35 1,08 0,81 0,68 1,88 1,50 1,25 1,10 0,75 0,63 | ||||
| Щит | 0,53 0,43 0,27 0,50 0,38 0,25 | ||||
| Щит | 1,35 0,90 0,75 0,60 0,45 1,08 0,72 0,60 0,48 0,36 | ||||
| Щит | 0,30 0,23 0,15 0,24 0,19 0,12 | ||||
| Опалубка «Модостор-Комби» | Регулируемый подкос | - | - | - |
Примечание: остальные элементы опалубки «Модостор-Комби» аналогичны элементам опалубки «Модостор».
Грузоподъемность и размеры кузова автотранспортных средств, (для перевозки опалубки и арматурных изделий) представлены в таблице 14.
Таблица 14.
Грузоподъемность и размеры кузова автотранспортных средств
(для перевозки опалубки и арматурных изделий)
| Марка машины | Грузо-подъем--ность, т | Внутренние размеры кузова, м | Погруз-очная высота, м | ||
| Длина | Шири-на | Высота | |||
| Бортовые автомобили | |||||
| ЗИЛ – 130 Урал – 875С МАЗ – 500 КАЗ – 214Б КамАЗ – 5320 КрАЗ – 257 | 4,5 7,5 8,8 | 3,75 3,9 4,86 4,56 5,2 5,77 | 2,32 2,4 2,32 2,5 2,32 2,48 | 0,68 0,87 0,66 0,93 0,5 0,82 | 2,05 1,42 1,31 1,65 1,37 1,63 |
| Автомобильные прицепы и полуприцепы | |||||
| МАЗ – 5243 КАЗ – 717 МАЗ – 215Б | 6,8 11,5 12,5 | 4,94 7,5 7,53 | 2,39 2,24 2,48 | 0,61 0,59 0,84 | 1,44 1,39 1,48 |
| Прицепы – тяжеловозы | |||||
| ЧМЗАП – 5203В с тягачом, МАЗ – 503А ЧМЗАП – 5208 с тягачом, КрАЗ – 255,К – 700, МАЗ – 500, Т – 100 ЧМЗАП – 5203В с тягачом, МАЗ – 537Г АТУ – 75 с тягачом, БелАЗ – 538 ЧМЗАП – 5530 с тягачом, МАЗ – 543, Т – 180, ДЭТ – 250 | 6,43 4,88 11,68 10,7 | 3,2 3,23 2,57 3,25 | 1,34 1,14 0,9 0,97 – | – – – – – |
Объем арматурных работ рассчитывается отдельно для каждого конструктивного элемента. При установке арматуры отдельными стержнями объемы работ исчисляются в тоннах, при армировании сетками и каркасами – в штуках.
Размеры пространственных и плоских каркасов целесообразно принимать (учитывая перевозку на площадку) соответственно размеру кузова бортовой грузовой автомашины или бортового полуприцепа, (таблица 4.6).
Пример определения веса арматурной сетки или каркаса приведен на рис.6.
Масса 1м.п. арматурных стержней приводится в таблице 15.
Таблица 15. Масса 1м.п. арматурных стержней.
| Диаметр, мм | Масса 1 м. п., кг |
| Æ5 | 0,144 |
| Æ6 | 0,222 |
| Æ8 | 0,395 |
| Æ10 | 0,617 |
| Æ12 | 0,888 |
| Æ14 | 1,208 |
| Æ16 | 1,578 |
| Æ18 | 1,998 |
Рис.6. Схема определения веса арматурной сетки
Толщина защитного слоя бетона – 40 мм. Длина стержней каркаса –
2-0,04×2=1,92 м. Количество стержней: 1,92/0,2=9.6 штук.
Принимаем 10 стержней (продольных) и 10 стержней (поперечных). Всего 20 стержней 20×1,92=38,4 м. п. Вес 1 м. п. Æ14 мм – 1,208 кг.
Общий вес каркаса 38,4×1,208=46,4 кг. Вес одного погонного метра арматуры принимается по таблице 4.7.
Расчеты необходимо представить в таблице 16.
Таблица 16. Спецификация арматурных изделий в конструкциях.
| Конструктивный элемент | Размеры, м | Общее количество, шт. | Тип армирования и масса арматуры, кг | Общая масса арматуры, т | |||||||||||||
| Ширина | Высота (толщина) | Длина | Сетки | Плоский каркас | Объемный какркас | Отдельные стержни | |||||||||||
| Количество, шт | Масса одной, кг | Общая масса, кг | Количество, шт | Масса одной, кг | Общая масса, кг | Количество, шт | Масса одной, кг | Общая масса, кг | Количество, шт | Масса одной, кг | Общая масса, кг | ||||||
Объем железобетонных фундаментов исчисляется за вычетом объемов стаканов, ниш, проемов. Итоговые результаты заносятся в общую ведомость объемов работ, таблица 17, /11, стр.57/.
Таблица 17. Определение объемов монолитных железобетонных работ.
| Конструктивный элемент | Марка элемента | Размеры, м | Количество, шт | Расчетная формула | Объем, м3 | |||
| Ширина | Высота (толщина) | Длина | одного элемента | общий | ||||