Угол естественного откоса щебня

Обновлено: 19.04.2024

Несмотря на то, что работа кажется просто механической деятельностью, она имеет ряд особенностей, которые нужно соблюдать для достижения желаемого результата.

Как сделать стены и откосы траншеи устойчивыми, какие разновидности их бывают, как организовать работу правильно, разберемся в статье.

Что собой представляют при земляных работах?

Надежность и устойчивость сооружений из земли является главным требованием. Для того, чтоб обеспечить его выполнение важно не просто вырыть углубление, но и спланировать откосы, крутизна которых должна отвечать заявленным нормам. Главным образом эта характеристика зависит от естественного угла откоса почвы в месте строительства.

Самой большой крутизной могут обладать откосы траншей, глубина которых не превышает 5 метров, расположенных на нескальных грунтах, которые находятся выше уровня моря, или тех, которые были искусственно осушены, как и рекомендует СНиП.

Откосы траншеи представляют собой наклонные боковые стенки углублений в грунте, которые могут осыпаться или деформироваться. Именно потому так важно соблюдать все нормы и рекомендации.

Крутизна откосов представляет собой соотношение высоты откоса насыпи, к его основанию. Именно при вычислении правильной крутизны можно быть уверенным, что откос не сползет, а насыпь будет устойчивой и безопасной.

Рельеф местности.
Климатические условия.
Гидрогеологические характеристики местности, где будет траншея. Этот пункт особенно важен, поскольку если в местности, где проводятся работы, могут возникнуть паводки, то стандартные методы не сработают.

Только все эти данные в совокупности могут дать понимание полной картины.

Кроме того, важно учитывать основные требования, которые выдвигаются СНиП, и утверждены на законодательном уроне. К ним относится:

Если траншея роется в грунте, с нормальным уровнем влажности, вертикальными стенками и без дополнительных креплений, то нормы глубины выглядят так:
- в насыпных и песчаных грунтах глубина не может быть более чем 1 метр;
- в супесчаных и суглинистых грунтах – не превышать 1.25 метра;
- если земля глинистая, то предел установлен на уровне полутора метра;
- если грунт особо плотный, то траншея может быть до 2 метров в глубину, но при условии, что все остальные работы будут производиться незамедлительно.
Если разработка проводится на мерзлых грунтах любых пород, траншея может быть на полную глубину их промерзания. Исключением является только сухой песчаный грунт, который, из-за своей подвижности и рассыпчатости, не обладает нужными характеристиками. Если нужно углубиться еще ниже, но для стен необходимы специальные подпорки.
Свои особенности имеет рытье траншеи в грунтах, которые ранее подвергались воздействию мороза, но потом пришли в естественное состояние. Важно соблюдать крутизну откосов, или оборудовать дополнительную подпорку стен.

Только при соблюдении норм можно быть уверенным, что конструкция будет устойчивой и надежной.

Разновидности

Еще на этапе планирования траншеи, и составления образного рисунка, конструктор должен определиться какие стенки и откосы у него будут. У каждой отдельной разновидности есть свои особенности:

Главный их недостаток – необходимость крепления стенок, чтоб уберечь их от обвала, и обеспечить безопасность рабочих, которые будут трудиться.

Траншеи с откосами не нуждаются в дополнительных подпорках, а потому дают возможность широко использовать технику для выполнения земляных работ. Они имеют большую ширину, а потому требуют большой полосы земли.

Любой угол, в силу его притяжения к земле, стремится сдвинуться в сторону. Это чревато не только обвалами, но и несчастными случаями на производстве. Чтоб избежать подобных ситуаций важно определить правильный уклон откоса, в соответствии с нормами и рекомендациями.

Что такое крутизна откоса?

По большому счету угол откоса представляет собой соотношение высоты к заложению, и измеряется в градусах. Его легко определить, основываясь на параметры, приведенные в СНиП III-4-80. В ней учтены не только разные типы грунтов, но и глубина основной траншеи.

Если в месте работы есть наслоение разных видов грунта, то расчеты рекомендуется проводить по самому слабому.

Для примера, разберем простой и распространенный случай. Ровный дачный участок, где абсолютная отметка грунта принята за значение 51.30, а за нулевую отметку – 52.07. При этом нижнее значение фундаментной плиты составляет ровно 3, 000. Но, снизу плиты будет еще слой подготовки, толщиной в дополнительные 10 см. Грунт – суглинок, пространство не ограничено.

При расчете абсолютной отметки обязательно указывается два знака после запятой, а при относительных величинах — три.

Как посчитать угол откоса? Далее последовательность расчетов выглядит так:

Высчитываем абсолютную отметку для фундаментной плиты. Для этого от нулевой отметки отнимаем глубину траншеи: 52.07 – 3. 000=49.07.
Определяем точную отметку низа траншеи, с учетом всех факторов (в нашем случае это подложка): 49.07-0.1=48.97
Определяемся с глубиной траншеи, которая будет вырыта: 51.30-48.97=2.33 метра.
На заключительном этапе определяем, что согласно нашим подсчетам оптимальный угол откоса будет 45 градусов.

По такому алгоритму можно определить оптимальный угол откоса, основываясь на любые параметры.

Таблица допустимой крутизны

Для того, чтобы было проще ориентироваться во всех данных, при проведении расчетов предлагаем воспользоваться следующей таблицей:

Точно указывайте тип грунта, в котором проводятся земельные работы. В противном случае могут быть погрешности.

Таблица углов естественного откоса грунтов

Согласно сведениям, полученным от Госстроя РФ, которые размещены в сборнике от 2000 года, углы естественного откоса грунтов, соотношения высоты к заложению для разных видов грунта представлены в таблице:

Таблица углов естественного откоса пород в разрыхленном состоянии:

Породы	Угол естественного откоса, град, для породы
Породы	сухой	влажной	мокрой
Растительная земля	40	35	25
Песок крупный	30…35	32…40	25…27
Песок средний	28…30	35	25
Песок мелкий	25	30…35	15…20
Суглинок	40…50	35…40	25…30
Глина жирная	40…45	35	15…20
Гравий	35…40	35	30
Торф без корней	40	25	15
Скальные	45…60

Угол естественного откоса — это самый большой угол, который образовывается откосом грунта в соотношении к линии горизонта в спокойном состоянии. Для того, чтоб лучше понять, как делать чертеж и рассчитывать угол откоса, приводим пример готовой работы:

Если вас интересует, что собой представляет траншея в строительстве, каково ее устройство, методы разработки, загляните в этот раздел.

Заключение

Еще перед началом земляных работ, чтоб все было сделано правильно, важно составить план работы, а так же графики и чертежи последовательности действий. Именно на этом этапе продумываются все нюансы дела, чтоб получить ожидаемый результат. Здесь не бывает не важных моментов или мелочей.

Правильное планирование стен траншеи и откосов могут уберечь не только от обвалов и повторного выполнения работы, но и от нежелательных травм, и даже несчастных случаев на производстве.

Еще на этапе предварительной подготовки рассчитайте, какой угол должен быть именно у вашей траншеи, основываясь на параметры и характеристики грунта.

В СНиП 3.02.01-87 прописаны такие требования:

проект должен быть разработан только специалистами, с необходимым образованием, опытом работы и квалификацией;
между всеми работниками должна быть налажена коммуникация, чтоб рабочие моменты решались быстро;
систематический контроль уровня качества производства работ по строительству, которые проводятся на вверенной площадке;
все работники должны иметь нужную специализацию и квалификацию;
техническое обслуживание конструкций и коммуникаций, подключенных к ней, должно проводиться исключительно по проекту, в безопасном режиме и рабочем состоянии.

Кроме этого, все конструкции, материалы и техника должны соответствовать нормам, и подходить для выполнения земляных работ такого класса и спектра.

Производство земляных работ: Откосы котлована и траншеи.

Согласно СП 104-34-96:

3.7. Траншеи с вертикальными стенками могут разрабатываться без крепления в грунтах естественной влажности с ненарушенной структурой при отсутствии грунтовых вод на глубину (м):

в насыпных песчаных и гравелистых грунтах……… не более 1;
в супесях……………………………………………………………… не более 1,25;
в суглинках и глинах……………………………………………. не более 1,5;
в особо плотных нескальных грунтах…………………… не более 2.

При разработке траншей большой глубины необходимо устраивать откосы различного заложения в зависимости от состава грунта и его влажности (табл. 1).

Допустимая крутизна откосов траншей

Грунт	Отношение высоты откосов к его заложению при глубине выемки, м
Грунт	до 1,5	до 3,0	до 5,0
Насыпной естественной влажности	1 : 0,67	1 : 1	1 : 1,25
Песчаный и гравийный влажный (ненасыщенный)	1 : 0,50	1 : 1	1 : 1
Супесь	1 : 0,25	1 : 0,67	1 : 0,85
Суглинок	1 : 0	1 : 0,50	1 : 0,75
Глина	1 : 0	1 : 0,25	1 : 0,50
Лессовидный сухой	1 : 0	1 : 0,50	1 : 0,50
Скальные на равнине	1 : 0,2	1 : 0,2	1 : 0,2

Откосы котлована.

Угол естественного откоса зависит от угла внутреннего трения, силы сцепления и давления вышележащих слоев. При отсутствии сил сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения.

Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса.

Крутизна откосов выемок и насыпей характеризуется отношением высоты к заложению:

m – коэффициент откоса.

Источник: Сборник вспомогательных материалов для разработки пособия по рекультивации земель, нарушаемых в процессе разработки карьеров и строительства автомобильных дорог

3.30. Углы естественного откоса грунтов

Грунт	Относительная влажность грунта
	сухой		влажный		мокрый
	градусы	отношение высоты к заложению	градусы	отношение высоты к заложению	градусы	отношение высоты к заложению
1	2	3	4	5	б	7
Галька	35	1:1,5	45	1:1	25	1:2,25
Гравий	40	1:1,25	40	1:1,25	35	1:1,5
Глина жирная	45	1:1	35	1:1,5	15	1:3,75
Грунт насыпной	35	1:1,5	45	1:1	27	1:2
Грунт растительный	40	1:1,25	35	1:1,5	25	1:2,25
Песок крупный	30	1:1,75	32	1:1,5	27	1:2
Песок средний	28	1:2	35	1:1,5	25	1:2,25
Песок мелкий	25	1:2,25	30	1:1,75	20	1:2,75
Суглинок легкий	40	1:1,25	30	1:1,75	20	1:2,75
Суглинок, глина легкая	50	1:0,75	40	1:1,25	30	1:1,75
Песок с гравием и галькой	35	1:1,5	40	1:1,25	30	1:1,75
Супесь полутвердая	40	1:1,25	30	1:1,75	15	1:3,5
Щебень	40	1:1,25	45	1:1	—	—
Каменная наброска	40	1:1,25	45	1:1	—	—

3.31. Углы естественного откоса пород (вразрыхленном состоянии)

Угол естественного откоса — наибольший угол, который может быть образован свободным откосом сыпучего материала с горизонтом в состоянии равновесия.

Одним из важнейших показателей, необходимых при расчётах основных параметров фрикционных сепараторов и транспортирующих машин является угол естественного откоса горных пород, который образуется свободной поверхностью рыхлой горной массы или иного сыпучего материала с горизонтальной плоскостью (иногда используется термин «угол внешнего трения»).

Частицы материала, находящегося на свободной поверхности насыпи, испытывают состояние критического (предельного) равновесия. Угол естественного откоса связан с коэффициентом трения и зависит от шероховатости частиц, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от удельного веса материала. По углам естественного откоса пород определяют максимально допустимые углы откосов уступов и бортов карьеров, насыпей, отвалов и штабелей.

Угол естественного откоса для крупнокусковых фракций превышает углы мелкозернистого материала: например, угол естественного откоса криворожской руды крупностью 40–70 мм составляет 45є, а для фракции 50–12 мм – 36є. Н.Л. Гольдштейн утверждает, что, попадая на поверхность ранее засыпанных материалов, куски продолжают движение по откосу, причём, чем больше их скорость в момент падения, тем энергичнее и дальше они перемещаются по поверхности откоса. Скорость же движения материалов увеличивается с высотой их падения.

Рис. 1 Схема определения угла естественного откоса по С.В. Полетаеву

Различают угол естественного откоса груза в покое и в движении. Величина угла естественного откоса в покое больше, чем в движении. В табл. 1 приведены некоторые усредн ённые данные по углам естественного откоса некоторых промышленных материалов.

Для определения угла естественного откоса частиц используют приборы С.В. Полетаева (рис. 1) или Н.Г. Тетянко (рис. 2).

Рис. 2 Схема определения угла естественного откоса по Н.Г. Тетянко

Измерения угла естественного откоса рекомендуется проводить путём прикладывания транспортира с вращающейся стрелкой и линейкой (рис. 3).

Рис. 3 Угломер ската материала

По методу С.В. Полетаева сыпучий материал засыпается через воронку, установленную на штативе (на рис. не показано). Штатив с воронкой используется для удобства проведения опытов, к тому же с его помощью можно изменять высоту, с которой будет ссыпаться материал. Высыпанные частицы располагаются на столе в виде конуса.

На рис. 4 представлен рабочий процесс определения угла естественного откоса дробленой медно-никелевой руды (по методу С.В. Полетаева) с использованием угломера ската материала.

Рис. 4 Определения угла естественного откоса

По методу Н.Г. Тятенко сыпучий материал насыпается в ящик со стеклянными стенками, затем ящик опрокидывается и ставится на стол. При этом частицы располагаются в ящике так, что на стеклянном экране линия поверхности частиц определит их угол естественного откоса (который также измеряется транспортиром).

Угол естественного откоса частиц, так же как и угол трения характеризуется коэффициентом внутреннего трения частиц, т.е. коэффициентом трения частицы по частице при послойном его движении.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что оценку того или иного метода определения угла естественного откоса следует производить исходя из условия соблюдения при опытах постоянства и однородности факторов, влияющих на величину показателя угла естественного откоса, а именно: давления, скорости, площади соприкосновения трущихся поверхностей и др.

Целесообразно применять для определения угла естественного откоса такой прибор, который по принципу своего действия более или менее соответствует рабочему органу изучаемой машины.

Для исследований были приняты следующие материалы: щебень, добытый в карьере рудника «Медвежий ручей » Норильского промышленного района. При проведении опытов использовались отсортированные фракции: >1 мм, 1–2,5 мм, 2,5–5 мм, 5–10 мм и 10-20 мм. Для исследования угла естественного откоса рудного материала использовалась медно-никелевая руда, добытая на руднике «Октябрьский» Талнахского месторождения Норильского промышленного района. При проведении опытов использовались те же фракции руды, что и при исследовании щебня.

Результаты исследования угла естественного откоса щебня приведены в табл. 2 и на рис. 5 и 6.

Полученные закономерности и значения углов естественного откоса будут полезны при проектировании наклонного ленточного устройства для разделения строительных сыпучих материалов. Они также могут быть полезны разработчикам транспортирующих машин, позволят определить максимально допустимые углы откосов уступов и бортов карьеров, насыпей, отвалов и штабелей.

Учитывая отдалённость и малую степень исследованности Норильского промышленного района, полученные нами результаты представляют собой довольно интересный научный материал и могут послужить справочными данными не только для разработчиков фрикционных сепараторов, но и для конструкторов и разработчиков транспортирующих машин.

Рис. 1 Схема определения угла естественного откоса по С.В. Полетаеву

Рис. 2 Схема определения угла естественного откоса по Н.Г. Тетянко

Рис. 3 Угломер ската материала

Рис. 4 Определения угла естественного откоса

Результаты исследования угла естественного откоса щебня приведены в табл. 2 и на рис. 5 и 6.

Стены и откосы несут очень важную функцию для котлована – не дают ему осыпаться. При рытье нельзя разрыхлять поверхность дна и стенок. При повреждении целостности породы она становится более сыпучей.

Поэтому во время рытья котлована ковшом недобирают часть грунта до заданной отметки.

Обработку дна и стенок до необходимой отметки проводят вручную.Земляные работы проводятся как полностью вручную для мелких сооружений, так и с использованием техники для более крупных проектов.

Понятие

Стены котлована — это его боковые стороны, образующие периметр выемки. Откосами называются наклонённые под заданным углом стены. В зависимости от типа грунта и от того, в каких условиях проводятся работы, определяются с тем какие стенки должны быть у котлована, вертикальные или же необходимо задание определённого уклона.

Наклон позволяет рыть более глубокие ямы, без опасности обрушения. В процессе работ следует убирать крупные камни для предотвращения возможности оползней.

Нормы проектирования

Данный вид работ — важное и сложное мероприятие, которое регламентируют СП и СнИПы, такие как:

Условия, которые нужно знать:

разновидность грунта;
глубина;
находящиеся рядом объекты;
предполагаемая нагрузка от построек;
уровень грунтовых вод.

Разновидности

Стенки различаются, они могут быть как природные без укрепления, так и с укреплением. При их выборе нужно учитывать много параметров. Они бывают вертикальные, наклонные и укреплённые.

Вертикальные

Такие стенки перпендикулярны по отношению к горизонту. По СНиП 12-04-2002 для сухих и невлажных грунтов с однородной структурой, возможно использование вертикальных стенок.

Ограничение по глубине:

гравийные – 1,0 м;
песчаные – 1,0 м;
супесь – 1,25 м;
глина – 1,5 м;
суглинок – 1,5 м;
сильно плотные – 2,0 м.

Если температура на улице не выше -2 градусов, возможно увеличение максимальной глубины вертикальных стенок, на величину равную глубине промерзания, но не более 2 метров.

Наклонные

Также они называются откосами, и используются при выемках в среднем от 1,25 метра, в которых использование вертикальных становится опасным. Обрушение может привести к засыпанию дна котлована и изменению его формы.

Кроме того, это может привести к несчастному случаю. На восстановление последствий от возможного обрушения придётся тратить силы, время и деньги на очистку основания, восстановления исходного контура и обратную засыпку грунта. Сооружение фундамента в котлованах без укрепления рекомендуется начинать сразу после выемки грунта.

Во влажных породах, возможно образование трещин и отслоений, поэтому работу можно выполнять только после осмотра стенок котлована. По периметру котлована должно оставаться свободное место, не менее 0,6 метра, для того чтобы вынутая земля не скатывалась обратно.

Укреплённые

Кроме того, в городских условиях с плотной застройкой не всегда получится обеспечить достаточную крутизну котлована. Поэтому стенки котлованов большой глубины и в сыпучих средах, рекомендуется укреплять.

Способы укрепления:

Цементирование;
Укрепление Шпунтом;
Стена в грунте.

Цементирование применяют в городской среде. При таком методе исключается повреждение фундамента, вызванное вибрациями от соседних зданий. Этот метод очень надёжен, но достаточно дорог.

Сначала роется выемка, затем по периметру монтируется сетка из арматуры для лучшей фиксации бетона. После чего на стенки наносится первый слой раствора. Затем бурят горизонтальные скважины и заполняют их цементом. После высыхания первого слоя наносят последующие слои.

При заливке используются два метода:

Сухой. Смесь, состоящая из цемента с добавлением песка при помощи воздуха, подаётся в шланг, а вода подмешивается только на выходе из него. Таким методом слой заливки может достигать 10 см.
Мокрый. В этом способе применяется уже готовый раствор, в который на выходе из шланга подаётся воздух и разбрызгивает бетон. Толщина заливки при этом методе не более 3 см.

Возведённые во время укрепления стенок конструкции должны воспринимать нагрузку от грунта, и защищать от грунтовых вод.

Укрепление с помощью шпунта — более экономичный метод, чем заливка цементом. Такой метод может использоваться в сыпучих, ослабленных и влажных породах. Перед началом работ в землю погружается шпунт, который укрепляет будущие стены.

После защиты периметра приступают к рытью котлована. Возможно повторное использование шпунта, для этого после окончания работ, его изымают из земли, увозят и применяют уже на других объектах.

В строительстве используют 3 вида шпунта:

Шпунтовые трубы — один из самых дешёвых методов. Металлические трубы забивают, вдавливают или вкручивают в землю до проектной отметки. После установки всех труб и вырытого котлована, стенки можно дополнительно укрепить забиркой — деревянными щитами, которые крепятся между трубами, не позволяя грунту осыпаться. В плотных породах можно уменьшить количество труб и заполнить пространство между ними забиркой, тем самым экономя силы и ресурсы на их забивку.
Плоский шпунт — это металлический профиль с пазами на краях. Благодаря которым детали прочно скрепляются между собой и успешно выдерживают нагрузку.
Шпунт Ларсена – это доработанная версия плоского шпунта, только выполнен он в виде буквы U с замками на краях. Благодаря своей форме и строению замков, может выдерживать большие нагрузки и обеспечивать полную водонепроницаемость. Важно делать работу аккуратно, и надёжно стыковать между собой детали, не деформируя сталь и замки.

Шпунт Ларсена применяется, если есть риск затопления котлована.

Забивка — осуществляется при помощи механического молота. Не применяется в городе, чтобы не нанести вред фундаментам соседних зданий.
Вибропогружение — основано на использовании вибрации, чтобы уменьшит плотность грунта и обеспечить погружение конструкции в почву. Подходит для песчаных и илистых грунтов, но не подходит для прочных грунтов.
Статическое вдавливание — самый безопасный и технологичный метод. Используются машины, которые вдавливают шпунт в почву. Данный метод менее шумный чем остальные, он не издаёт вибраций и применим практически во всех условиях, будь то город или скальные породы.

Шпунтовую стену можно укрепить распорками или анкерами.

Использование технологии “Стена в грунте” возможна лишь при наличии специальной техники. Грейферная установка – машина способная создавать глубокие вертикальные шахты. Изначально в шахту подаётся бентонитовый раствор, который защищает шахту от обвала.

После того как заданная глубина достигнута, в ствол помещают армированный каркас и заливают бетоном. Метод не может применяться в рыхлых, текучих, плывунных и скальных грунтах.

Сразу же после укрепления стен любым из методов проводится обратная засыпка, которая предотвращает разрушение фундамента из-за попадания влаги.

Основанием для выбора того, какие стены использовать (вертикальные, наклонные или защищённые) является глубина, порода, грунтовые воды и погодные условия. Для маленькой выемки, вполне можно обойтись вертикальными стенами.

Для более глубоких котлованов уже необходимо использование определённых откосов. Ну а если нужно подготовить фундамент для большого строения, то без использования укреплений не обойтись.

Крутизна и угол откоса

Крутизна откоса показывает отношение высоты ямы к её заложению. Угол откоса – это угол между основанием котлована и его наклонной стеной.

Наклон бывает естественными. Угол таких откосов — это отношение рыхлой породы, лежащей на поверхности ко дну ямы.

По этому параметру и определяется прочность почвы, благодаря которому и подбирают угол наклона.

Определение угла

Для создания правильного наклона, который сможет защитить стенки от обрушения необходимо правильно подобрать его угол.

Величина крутизны откосов для выемок не более 5 метров подбирается на стадии проектирования по таблице 4 из СНиП III-4-80.

Для определения наибольшего возможного угла естественного откоса также существуют таблицы. Они разные для нормального и разрыхлённого состояния.

В таблице углы естественного откоса грунтов:

Уклон углов естественного откоса пород в разрыхлённом состоянии по СНиП:

Если грунт неоднороден, а сочетает в себе различные типы, то угол выбирают по наиболее сыпучему. Если выемка глубже 5 метров, то требуется создание проекта. Также он нужен для выемок глубже 1 метра, вырытых в грунтах, отсутствующих в таблице, по которой подбираются возможные углы.

На чертеже схема котлована с откосами:

Заключение

Основанием для выбора какие стены использовать (вертикальные, наклонные или защищённые) является глубина котлована, тип грунта, уровень грунтовых вод и погодные условия. Для маленькой выемки глубиной 1 – 2 метра вполне можно обойтись вертикальными стенами.

Для более глубоких ям применяются откосы. Ну а если нужно подготовить фундамент для большого строения, то без использования укреплённых стенок не обойтись.

Читайте также: