Земляные работы в строительстве: Комплексное руководство для курсового проектирования

Земляные работы — это не просто перемещение грунта; это фундамент, на котором возводится любое здание, прокладываются дороги и коммуникации. Они являются отправной точкой, определяющей устойчивость, долговечность и, в конечном итоге, успех всего строительного проекта.

В масштабах гражданского строительства, где каждый кубический метр грунта имеет значение, а ошибки могут обернуться не только финансовыми потерями, но и угрозой безопасности, понимание и грамотное применение технологий земляных работ становится критически важным. Именно поэтому эта тема занимает центральное место в учебных планах инженерно-строительных специальностей.

Настоящее руководство предназначено для студентов, работающих над курсовым проектом, и ставит своей целью не просто систематизировать информацию, но и предложить глубокий, всесторонний взгляд на процесс проектирования и производства земляных работ. От тщательных расчетов объемов земляных масс и выбора оптимального оборудования до тонкостей технико-экономического обоснования, а также строгих требований безопасности и эффективного календарного планирования — каждый аспект будет рассмотрен как неотъемлемая часть единой, взаимосвязанной системы. Мы проследим, как теоретические основы превращаются в практические решения, обеспечивающие надежность и экономическую целесообразность строительных проектов.

Теоретические основы и методы определения объемов земляных работ

Когда мы говорим о строительстве, первое, что приходит на ум, — это возведение стен и крыш, однако любой объект начинается с земли, с её подготовки и формирования. Именно здесь вступает в силу вертикальная планировка и сложный, но увлекательный процесс определения объемов земляных работ.

Понятие и цели вертикальной планировки

Вертикальная планировка – это не просто «выравнивание» участка, это стратегическое изменение естественного рельефа местности, призванное обеспечить оптимальные условия для строительства, будущей эксплуатации объекта и гармоничного вписывания его в окружающую среду. Её главная цель – создать такой рельеф, который будет способствовать эффективному функционированию здания или сооружения, обеспечит отвод поверхностных вод, удобные подъезды и подходы, а также минимизирует риски, связанные с естественными особенностями ландшафта. При этом ключевым принципом является максимальное сохранение естественного рельефа и геологической структуры, чтобы избежать ненужных затрат и негативного воздействия на окружающую среду. И что из этого следует? Такой подход к планировке не только сокращает бюджет, но и способствует устойчивому развитию, минимизируя экологический след проекта.

В процессе проектирования вертикальной планировки используются топографические планы, на которых различают два типа отметок. «Чёрные» (фактические) отметки — это абсолютные отметки существующей, природной поверхности земли. Они отражают реальное состояние рельефа до начала каких-либо работ. «Красные» (проектные) отметки — это абсолютные отметки, которые должны быть достигнуты после завершения земляных работ, то есть это проектная поверхность. Разница между красными и чёрными отметками в каждой точке участка даёт нам рабочую отметку: положительные значения указывают на необходимость насыпи (добавления грунта), а отрицательные – на выемку (удаление грунта). Конечная цель грамотного проектирования – достичь баланса земляных работ, то есть такого состояния, когда объем насыпи максимально приближен к объему выемки, что позволяет минимизировать затраты на транспортировку грунта за пределы строительной площадки или его завоз.

Для проектов вертикальной планировки выбор масштаба топографических планов критически важен. Для детальных рабочих чертежей, требующих высокой точности, обычно используют масштабы 1:1000 или 1:500. Это позволяет отобразить все необходимые детали рельефа и проектные решения. При разработке генеральных планов крупных объектов, таких как жилые районы или промышленные комплексы, применяются более мелкие масштабы – 1:2000, 1:5000 и даже 1:10000, что даёт возможность охватить большую территорию и оценить общую концепцию планировки.

Основные методы определения объемов земляных работ

Подсчёт объемов земляных работ — это не просто арифметика, это искусство преобразования двухмерных топографических планов в трёхмерные объемы грунта, которые предстоит переместить. Для решения этой задачи инженер-геодезист и проектировщик используют несколько проверенных временем методов.

Наиболее распространёнными и эффективными при вертикальной планировке являются:

1. Метод горизонтальных профилей: Применяется для линейных сооружений (дороги, каналы) или вытянутых объектов, а также на начальных этапах проектирования для оценки общих объемов. Суть метода заключается в построении поперечных профилей по заданным линиям и вычислении площади каждого профиля, а затем умножении на расстояние между ними для получения объема. Несмотря на свою простоту, он может быть трудоемок и менее точен для сложных участков.
2. Метод изолиний рабочих отметок: Подходит для территорий со сложным рельефом. На плане строятся изолинии рабочих отметок, а объемы определяются между этими изолиниями. Этот метод требует высокой квалификации исполнителя и специальных программных средств.
3. Метод квадратов (картограмма земляных масс): Наиболее универсальный и часто используемый метод для вертикальной планировки площадок. Он отличается наглядностью и относительно простотой расчётов.

Детализация метода квадратов

Метод квадратов основан на делении всей планируемой территории на регулярную сетку квадратов. Стороны этих квадратов могут варьироваться: для высокой точности на небольших участках используют 10×10 м или 20×20 м; для более крупных территорий или менее детальных расчётов применяют 25×25 м, 40×40 м или 50×50 м. Выбор размера квадрата напрямую зависит от сложности рельефа и требуемой точности. ГОСТ 21.508, например, рекомендует 20 м, но допускает и другие стандартные размеры.

После нанесения сетки на топографический план, для каждой вершины квадрата определяются:

• Фактические («чёрные») отметки (Н_черн): Их находят путём интерполирования по существующим горизонталям топографического плана. Если точка попадает между двумя горизонталями, её отметка вычисляется пропорционально расстоянию.
• Проектные («красные») отметки (Н_красн): Эти отметки определяются в соответствии с заданным проектом планировки. Это может быть плоскость с заданным уклоном, горизонтальная плоскость или более сложная конфигурация.

Затем для каждой вершины квадрата вычисляется рабочая отметка (h):

h = Hкрасн - Hчерн

Положительная рабочая отметка означает насыпь, отрицательная – выемку.

Расчёт чёрных и красных отметок

Формула для определения чёрной отметки (Н_х) путём интерполяции:

Нх = Н1 + (Н2 - Н1) ⋅ (Х / L)

Где:

• Н_х — искомая чёрная отметка точки.
• Н₁, Н₂ — отметки двух смежных горизонталей.
• L — горизонтальное расстояние между горизонталями.
• Х — горизонтальное расстояние от горизонтали с отметкой Н₁ до искомой точки.

Формула для расчёта красных отметок (Н_красн) при заданном уклоне площадки:

Нкрасн = Нср ± l ⋅ i

Где:

• Н_ср — средняя планировочная отметка площадки.
• l — расстояние от точки со средней отметкой до искомой точки в направлении уклона.
• i — величина уклона площадки.

Построение линии нулевых работ и расчет объемов

После определения рабочих отметок для всех вершин квадратов, на плане наносится линия нулевых работ. Это условная граница, соединяющая точки с нулевыми рабочими отметками, отделяющая участки насыпи от участков выемки. Её построение осуществляется методом интерполяции между точками с рабочими отметками разного знака внутри каждого квадрата.

Для подсчёта объемов земляных работ методом квадратов применяется подход, основанный на объеме квадратных призм.

Для квадратов, где все четыре вершины имеют рабочие отметки одного знака (только насыпь или только выемка):

V = (Σ|h| / 4) ⋅ S

Где:

• V — объём грунта в пределах квадрата (м³).
• Σ|h| — сумма абсолютных значений всех рабочих отметок (h) в вершинах квадрата.
• S — площадь квадрата (м²).

Для «смешанных» призм (квадратов, пересекаемых линией нулевых работ), расчёт усложняется. Такие квадраты разбиваются на более простые геометрические фигуры (треугольники или трапеции), для каждой из которых объём вычисляется умножением её площади на среднюю рабочую отметку соответствующих вершин. Например, если линия нулевых работ делит квадрат на треугольник выемки и трапецию насыпи, объемы вычисляются отдельно для каждой фигуры.

Практический пример расчета объемов земляных работ

Представим гипотетическую строительную площадку размером 50×50 метров, для которой требуется выполнить вертикальную планировку. Воспользуемся методом квадратов со стороной 25 метров. Это позволит нам разделить площадку на 4 квадрата.

Исходные данные:

• Площадка 50 м x 50 м.
• Размер квадрата сетки: 25 м x 25 м.
• Фактические («чёрные») отметки Н_черн в вершинах сетки (в метрах):

Точка	Нчерн
А1	100.5
А2	100.2
А3	99.8
В1	100.7
В2	100.4
В3	99.9
С1	100.9
С2	100.6
С3	100.1

• Проектная («красная») отметка Н_красн: Площадка должна быть спланирована с уклоном 0.005 (5‰) в направлении от линии А1-А2-А3 к С1-С2-С3. Средняя планировочная отметка Н_ср = 100.3 м, расположенная в точке В2.

Шаг 1: Расчёт проектных («красных») отметок.

Для расчёта Н_красн используем формулу: Н_красн = Н_ср ± l ⋅ i. В нашем случае, уклон направлен вдоль оси y (от A к C), поэтому l будет расстоянием по этой оси от линии, проходящей через В2.

• Линия, проходящая через В2 (y=25 м, если A1-A2-A3 это y=0) имеет отметку 100.3 м.
• Для линии А1-А2-А3 (y=0): l = 25 м (от В2), уклон отрицательный (мы движемся против уклона, отметка ниже).
  • Н_{А1,А2,А3_красн} = 100.3 — 25 ⋅ 0.005 = 100.3 — 0.125 = 100.175 м.
• Для линии С1-С2-С3 (y=50 м): l = 25 м (от В2), уклон положительный (мы движемся по уклону, отметка выше).
  • Н_{С1,С2,С3_красн} = 100.3 + 25 ⋅ 0.005 = 100.3 + 0.125 = 100.425 м.

Теперь заполним таблицу проектных отметок:

Точка	Нкрасн
А1	100.175
А2	100.175
А3	100.175
В1	100.3
В2	100.3
В3	100.3
С1	100.425
С2	100.425
С3	100.425

Шаг 2: Расчёт рабочих отметок (h).

h = Нкрасн - Нчерн

Точка	Нчерн	Нкрасн	h = Нкрасн — Нчерн
А1	100.5	100.175	-0.325 (выемка)
А2	100.2	100.175	-0.025 (выемка)
А3	99.8	100.175	0.375 (насыпь)
В1	100.7	100.3	-0.400 (выемка)
В2	100.4	100.3	-0.100 (выемка)
В3	99.9	100.3	0.400 (насыпь)
С1	100.9	100.425	-0.475 (выемка)
С2	100.6	100.425	-0.175 (выемка)
С3	100.1	100.425	0.325 (насыпь)

Шаг 3: Построение картограммы и определение объемов.

Разделим площадку на 4 квадрата:

• Квадрат 1 (А1-А2-В2-В1): Отметки: А1 (-0.325), А2 (-0.025), В2 (-0.100), В1 (-0.400). Все отметки отрицательные – это зона выемки.
  V1 = (|-0.325| + |-0.025| + |-0.100| + |-0.400|) / 4 ⋅ (25 ⋅ 25) = (0.325 + 0.025 + 0.100 + 0.400) / 4 ⋅ 625 = 0.850 / 4 ⋅ 625 = 0.2125 ⋅ 625 = 132.8125 м3 (выемка).
• Квадрат 2 (А2-А3-В3-В2): Отметки: А2 (-0.025), А3 (0.375), В3 (0.400), В2 (-0.100). Этот квадрат «смешанный». Нам нужно найти линию нулевых работ.
  • Между А2 (-0.025) и А3 (0.375):
    Расстояние от А2 до нулевой отметки = 25 ⋅ (0.025 / (0.025 + 0.375)) = 25 ⋅ (0.025 / 0.400) = 25 ⋅ 0.0625 = 1.5625 м.
  • Между В2 (-0.100) и В3 (0.400):
    Расстояние от В2 до нулевой отметки = 25 ⋅ (0.100 / (0.100 + 0.400)) = 25 ⋅ (0.100 / 0.500) = 25 ⋅ 0.2 = 5 м.

  Разделим квадрат на два треугольника и две трапеции.
  Площадь выемки (треугольник): (0.025 + 0.100) / 2 = 0.0625. Площадь насыпи (трапеция): (0.375 + 0.400) / 2 = 0.3875.
  V2_выемка = (0.025 + 0.100 + 0) / 3 ⋅ Площадь_треугольника_выемки. (Это упрощённый подход, для точного расчёта «смешанных» призм требуется более сложное геометрическое разбиение. Для данного примера примем, что линия нулевых работ делит квадрат на две области, и будем использовать средние отметки для каждой части.)
  Пусть линия нулевых работ проходит от точки на A2-A3 (1.5625 м от A2) до точки на B2-B3 (5 м от B2).
  Это создаёт две трапеции: одна с отрицательными отметками (выемка), другая с положительными (насыпь).
  Примем упрощение для курсовой: для «смешанных» квадратов, объем рассчитывается с учётом того, что часть площади относится к выемке, а часть к насыпи, и это отражает их суммарный эффект.
  Для более точного расчёта, требуется разбить квадрат на треугольники и трапеции, где нулевые отметки являются вершинами.
  Для простоты:
  V2_выемка: (0.025 + 0.100) / 2 ⋅ (площадь зоны выемки)
V2_насыпь: (0.375 + 0.400) / 2 ⋅ (площадь зоны насыпи)
  Для этого примера, мы покажем, что есть выемка и насыпь в этом квадрате, и для целей курсовой работы, можно использовать усреднённые значения или более подробное геометрическое разбиение, если требуется максимальная точность.
  Для упрощённого расчёта в курсовой:
  Средняя отметка = (-0.025 - 0.100 + 0.375 + 0.400) / 4 = 0.65 / 4 = 0.1625 м (среднее значение).
V2 = 0.1625 ⋅ 625 = 101.5625 м3 (насыпь, так как средняя отметка положительная).

• Квадрат 3 (В1-В2-С2-С1): Отметки: В1 (-0.400), В2 (-0.100), С2 (-0.175), С1 (-0.475). Все отметки отрицательные – это зона выемки.
  V3 = (|-0.400| + |-0.100| + |-0.175| + |-0.475|) / 4 ⋅ 625 = (0.400 + 0.100 + 0.175 + 0.475) / 4 ⋅ 625 = 1.150 / 4 ⋅ 625 = 0.2875 ⋅ 625 = 179.6875 м3 (выемка).
• Квадрат 4 (В2-В3-С3-С2): Отметки: В2 (-0.100), В3 (0.400), С3 (0.325), С2 (-0.175). Тоже «смешанный» квадрат.
  Средняя отметка = (-0.100 + 0.400 + 0.325 - 0.175) / 4 = 0.450 / 4 = 0.1125 м (среднее значение).
V4 = 0.1125 ⋅ 625 = 70.3125 м3 (насыпь).

Итоговые объемы:

• Общий объём выемки: V_выемка = V₁ + (часть V₂ как выемка) + V₃ + (часть V₄ как выемка).
  Для упрощения, если средняя отметка квадрата отрицательна, весь объём считается выемкой, если положительна — насыпью.
  По нашему упрощению:
  Vвыемка = 132.8125 м3 (из Квадрата 1) + 179.6875 м3 (из Квадрата 3) = 312.5 м3.
• Общий объём насыпи: V_насыпь = 101.5625 м³ (из Квадрата 2) + 70.3125 м³ (из Квадрата 4) = 171.875 м³.

Баланс земляных работ:

Дефицит грунта = Vвыемка - Vнасыпь = 312.5 - 171.875 = 140.625 м3.

Это означает, что на площадке образуется избыток вынимаемого грунта, который потребуется вывезти. Какой важный нюанс здесь упускается? Дефицит или избыток грунта напрямую влияет на логистические затраты: вывоз избытка или завоз недостающего материала существенно увеличивает смету проекта.

Важное замечание: Для точного расчёта объемов «смешанных» призм, где линия нулевых работ проходит через квадрат, требуется более сложное геометрическое разбиение. Как правило, для каждого такого квадрата определяются участки выемки и насыпи, а объемы рассчитываются отдельно для каждого из них, суммируя площади треугольников и трапеций и умножая на среднюю рабочую отметку соответствующих вершин. Для курсовой работы приемлемо использование усреднённых значений, но в реальном проектировании требуется максимальная точность.

Выбор комплектов машин и технологии производства земляных работ

Когда объемы земляных работ точно рассчитаны, следующим шагом становится выбор подходящих инструментов и методов для их выполнения. Этот выбор не случаен; он глубоко аналитический, учитывающий множество факторов: от физико-механических свойств грунта до масштабов и сложности самого земляного сооружения.

Классификация способов производства земляных работ

Мир земляных работ предлагает инженерам три основных способа взаимодействия с грунтом, каждый из которых имеет свою сферу применения и технологические особенности:

1. Механический способ: Это наиболее распространённый и универсальный подход, основанный на механическом воздействии на грунт – резании, черпании, отсыпании. Здесь используются различные типы машин, оснащённых ковшами, ножами, резцами: например, экскаваторы, бульдозеры, скреперы, грейдеры. Этот способ эффективен для большинства типов грунтов, от лёгких до скальных, и позволяет выполнять широкий спектр задач – от рытья котлованов до планировки территорий.
2. Гидромеханический способ: Этот метод использует силу воды для размыва и перемещения грунта. Он особенно эффективен при разработке обводнённых грунтов или извлечении материала из-под воды. Основными машинами являются землесосы и гидромониторы. Землесосы всасывают водогрунтовую смесь, которая затем транспортируется по трубопроводам. Гидромониторы, в свою очередь, создают мощные струи воды, размывающие грунт. Этот спос��б характеризуется высокой производительностью, но требует значительных объемов воды и наличия водоёмов для сброса пульпы или отстойников.
3. Взрывной способ: Применяется для разработки особо прочных, скальных и мерзлых грунтов, когда механические средства малоэффективны или экономически нецелесообразны. Суть метода заключается в разрушении массива грунта с помощью взрывчатых веществ. Взрыв может не только разрушить грунт, но и частично переместить его в заданное место, что сокращает объемы последующих механизированных работ. Однако этот способ требует строжайшего соблюдения правил безопасности и специальной подготовки персонала.

Обзор основных строительных машин для земляных работ

Каждый тип земляных работ требует своего инструмента. Правильный выбор машины – залог эффективности и экономичности проекта.

• Бульдозеры: Это универсальные землеройно-транспортные машины, оснащённые отвалом для послойной разработки, перемещения и планировки грунта. Они незаменимы на начальных этапах строительства для снятия растительного слоя, планировки площадок, засыпки траншей и котлованов. Бульдозеры наиболее эффективны для перемещения грунта на короткие расстояния – до 50-100 метров. На больших расстояниях их экономическая эффективность снижается из-за низкого коэффициента использования мощности двигателя. В зависимости от мощности и типа отвала, бульдозеры могут работать с грунтами различных категорий.
• Скреперы: Это землеройно-транспортные машины для послойной резки грунта, его погрузки в ковш, транспортировки, разгрузки и разравнивания. Скреперы более экономичны, чем бульдозеры, при перемещении грунта на средние и дальние расстояния – от 150-200 метров до 3000 метров. Различают прицепные, полуприцепные и самоходные скреперы, выбор которых зависит от объемов работ и условий трассы.
• Экскаваторы: Это машины цикличного действия, предназначенные для разработки грунта с последующей погрузкой в транспортные средства или отвал. Существует несколько основных типов экскаваторов по типу рабочего оборудования:
  • Экскаваторы с прямой лопатой: Работают, находясь на дне забоя, и разрабатывают грунт, расположенный выше уровня их стоянки. Применяются для рытья котлованов, карьеров, разработки насыпей. Могут работать лобовым или боковым способом.
  • Экскаваторы с обратной лопатой: Разрабатывают грунт ниже уровня своей стоянки, находясь на бровке или на дне выемки. Идеальны для рытья траншей, котлованов, работы в слабых грунтах, в том числе обводнённых.
  • Драглайны: Оснащены ковшом, подвешенным на канатах. Отличаются большим радиусом действия и глубиной копания. Эффективны для разработки выемок и сооружения насыпей в лёгких и средних грунтах (пески, супеси, суглинки, лёгкие глины) с выгрузкой грунта в отвал или с погрузкой в транспорт. Благодаря большой длине стрелы, драглайны могут отбрасывать грунт на значительные расстояния.
  • Грейферы: Рабочее оборудование представляет собой двухчелюстной ковш. Применяются для разработки грунтов в стеснённых условиях, рытья глубоких котлованов, траншей, колодцев, а также для погрузки сыпучих материалов. Могут эффективно работать под водой.

Тип машины	Основное назначение	Оптимальная дальность перемещения грунта	Типы грунтов
Бульдозер	Снятие слоя, планировка, засыпка, перемещение	До 50-100 м (до 200 м в исключит. случаях)	Любые, кроме скальных без предварительного рыхления
Скрепер	Послойная разработка, погрузка, транспортировка, разгрузка	150-3000 м	Песчаные, супесчаные, суглинистые, лёгкие глины
Экскаватор (Прямая лопата)	Рытьё котлованов, карьеров, разработка насыпей	На месте (погрузка в транспорт/отвал)	От лёгких до скальных (в зависимости от мощности)
Экскаватор (Обратная лопата)	Рытьё траншей, котлованов, работа в слабых грунтах	На месте (погрузка в транспорт/отвал)	От лёгких до тяжёлых глин, в т.ч. обводнённые
Драглайн	Разработка выемок, сооружение насыпей, большой радиус	На месте (отвал, погрузка в транспорт)	Лёгкие и средние (пески, супеси, суглинки, лёгкие глины)
Грейфер	Рытьё глубоких выемок, стеснённые условия, под водой	На месте (погрузка в транспорт/отвал)	Различные, в т.ч. слабые и обводнённые

Принципы выбора и формирования комплектов машин

Редкий строительный проект может быть выполнен одной машиной, ведь современное строительство требует комплексной механизации, то есть выполнения всех операций единым технологическим потоком с использованием взаимоувязанных комплектов машин. Здесь ключевую роль играет выбор ведущей машины, по производительности которой будет координироваться работа всего комплекса. Например, при рытье котлована экскаватором и вывозе грунта самосвалами, экскаватор является ведущей машиной, а количество самосвалов подбирается таким образом, чтобы обеспечить его непрерывную работу без простоев.

Процесс выбора комплекта машин и технологии производства работ включает следующие этапы:

1. Анализ исходных данных: Определение объемов и видов земляных работ, категория грунта, глубина/высота выемки/насыпи, дальность транспортировки, гидрогеологические условия.
2. Выбор основного способа производства работ: Механический, гидромеханический или взрывной, исходя из типа грунта и масштаба проекта.
3. Подбор ведущей машины: Например, для рытья котлована – экскаватор определённого типа и вместимости ковша.
4. Комплектация вспомогательными машинами: Например, для экскаватора – автосамосвалы для вывоза грунта, бульдозер для планировки дна котлована и засыпки пазух, каток для уплотнения грунта. Количество вспомогательных машин рассчитывается исходя из производительности ведущей машины и времени их рабочего цикла.
5. Разработка технологической карты: Этот документ детально описывает весь процесс производства работ. Технологическая карта включает разделы:
   • Область применения: Для каких условий и видов работ предназначена карта.
   • Организация и технология строительного процесса: Подробное описание последовательности операций, применяемых машин и оборудования, методов контроля качества.
   • Организация труда рабочих: Состав бригад, расстановка рабочих, требования к их квалификации.
   • График выполнения работ: Последовательность и продолжительность отдельных операций.
   • Калькуляция затрат труда: Трудозатраты на выполнение работ.
   • Основные технико-экономические показатели: Себестоимость, производительность, сроки.
   • Материально-технические ресурсы: Перечень необходимых материалов, инструментов, средств механизации.
   • Карта операционного контроля качества: Описание точек контроля, измеряемых параметров и допустимых отклонений.
6. Технико-экономическое сравнение вариантов: Для выбора наиболее рационального комплекта машин проводится расчёт себестоимости различных вариантов комплектов. Предпочтение отдаётся варианту с минимальной себестоимостью, обеспечивающему требуемое качество и сроки.

Сравнительный анализ комплектов машин

Представим задачу: разработка котлована объемом 5000 м³ в глинистом грунте средней плотности (К_{разрыхления} = 1.2, К_{наполнения} = 0.9) с последующим перемещением грунта на расстояние 500 м.

Вариант 1: Экскаватор (обратная лопата) + Автосамосвалы.

• Ведущая машина: Одноковшовый экскаватор с обратной лопатой (объём ковша 1 м³, Т_цикла = 30 с).
• Транспорт: Автосамосвалы (объём кузова 10 м³, время рейса 15 минут).
• Вспомогательная техника: Бульдозер для планировки дна котлована и выравнивания дорог (1 ед.).
  • Расчёт производительности экскаватора: П_{конструктивная} = (3600 ⋅ 1) / 30 = 120 м³/ч.
  • П_{техническая} = 120 ⋅ 0.9 / 1.2 = 90 м³/ч.
  • Время погрузки одного самосвала: 10 м³ / 1 м³ = 10 ковшей. 10 ковшей ⋅ 30 с/ковш = 300 с = 5 минут.
  • Количество самосвалов: N = Т_рейса / Т_{погрузки} = 15 мин / 5 мин = 3 самосвала.

Вариант 2: Скреперы.

• Ведущая машина: Самоходный скрепер (объём ковша 10 м³, время цикла 10 минут).
• Вспомогательная техника: Бульдозер-толкач для загрузки скреперов (1 ед.).
  • Производительность скрепера: П_{скрепера} = (V_ковша ⋅ 60) / Т_цикла = (10 ⋅ 60) / 10 = 60 м³/ч.
  • Количество скреперов: Определяется исходя из объёма работ и требуемых сроков.

Сравнительный анализ (качественный):

Критерий	Вариант 1 (Экскаватор + Самосвалы)	Вариант 2 (Скреперы)
Применимость (грунт)	Глинистый грунт, высокая эффективность разработки	Эффективны в глинистых грунтах, но требуют толкача
Дальность перемещения	Гибкость, экономично на 500 м	Экономично на 500 м, особенно при большом объёме
Формирование отвалов	Отдельный бульдозер для отвалов и планировки	Скрепер сам разгружает и разравнивает грунт
Маневренность на площадке	Экскаватор стационарен, самосвалы маневренны	Скреперы требуют большего пространства для маневров
Затраты на логистику	Высокие затраты на самосвалы (топливо, амортизация)	Затраты на скреперы и бульдозер-толкач
Производительность	Высокая производительность при правильно подобранном комплексе	Хорошая производительность, особенно при больших объёмах

Обоснование выбора:

Для данного сценария (котлован в глинистом грунте, дальность 500 м), оба варианта могут быть рассмотрены. Однако, скреперы часто демонстрируют более высокую экономическую эффективность на средних расстояниях (200-3000 м) за счёт совмещения операций по разработке, транспортировке и разравниванию грунта. Дополнительно, для скреперов потребуется бульдозер-толкач для эффективной загрузки ковша в плотных грунтах.

Если основной акцент делается на минимизацию количества техники и гибкость в работе на ограниченной площадке, экскаваторно-автомобильный комплекс может быть предпочтительнее. Если же важен общий объём перемещения и сокращение числа операций по разравниванию грунта, скреперы могут оказаться более выгодным решением.

Вывод: Для точного выбора необходимо провести детальный технико-экономический расчёт (ТЭР) каждого варианта, учитывая все прямые и косвенные затраты (стоимость эксплуатации машин, заработная плата, топливо, амортизация). В случае, когда требуется разработка котлована, часто предпочтение отдаётся экскаватору с обратной лопатой для точного профилирования и последующим вывозом грунта самосвалами. Скреперы более подходят для снятия плодородного слоя, создания насыпей и планировочных работ на больших площадях. Для данного курсового проекта, исходя из разработки котлована, Вариант 1 (экскаватор + самосвалы), вероятно, будет более рациональным, так как экскаватор обеспечивает лучшую точность выемки, а глинистый грунт, хотя и поддаётся скреперу, может требовать значительных усилий для загрузки без толкача, что усложняет процесс.

Расчёт производительности машин и технико-экономическое обоснование

После того как выбран оптимальный комплект машин, наступает этап детального планирования, где ключевую роль играет точное определение производительности каждой единицы техники. Это позволяет не только эффективно распределить ресурсы, но и заложить основу для оценки экономической целесообразности всего проекта.

Виды производительности строительных машин

Производительность строительной машины — это количественный показатель её работы, выражающий объём произведённой продукции (например, кубические метры грунта) за единицу времени. Различают три основных вида производительности, каждый из которых отражает разные условия работы и учитывает свои факторы:

1. Конструктивная (теоретическая) производительность (П_к или П_р): Это идеализированный показатель, отражающий максимально возможное количество продукции, которое машина может произвести за 1 час непрерывной работы в идеальных, паспортных условиях. При её расчёте не учитываются реальные условия площадки, свойства грунта, квалификация оператора или организационные простои. Это своего рода «потолок» возможностей машины.
   • Для машин цикличного действия (например, экскаваторов) с порционной выдачей продукции:
     Пк = (3600 ⋅ Q) / Tц
     Где:
     • Q — расчётное количество продукции в одной порции (например, геометрический объём ковша, м³).
     • Т_ц — расчётная продолжительность рабочего цикла (с).
   • Другая форма записи для теоретической производительности экскаватора:
     П = 60 ⋅ g ⋅ n
     Где:
     • g — геометрическая вместимость ковша (м³).
     • n — паспортное количество циклов в минуту.
2. Техническая производительность (П_т): Этот показатель уже ближе к реальности. Он отражает максимально возможную производительность машины за 1 час непрерывной работы в конкретных производственных условиях. Здесь уже учитываются такие важные факторы, как коэффициент наполнения ковша (К_н), зависящий от типа грунта и технологии работы, и коэффициент разрыхления грунта (К_р), поскольку грунт в ковше занимает больший объём, чем в массиве.
   • Формула для технической производительности экскаватора:
     Пт = Пк ⋅ Кн / Кр
   • Детализация коэффициентов:
     • Коэффициент наполнения ковша (К_н): Варьируется в зависимости от типа грунта и навыков машиниста. Для лёгких грунтов (песок, супесь) может быть 0,95-1,1 (с «шапкой»); для суглинков и лёгких глин — 0,8-1,0; для тяжёлых глин и скальных грунтов — 0,7-0,9.
     • Коэффициент разрыхления грунта (К_р): Показывает, насколько увеличивается объём грунта после разработки. Для песка — 1,05-1,1; для суглинков и глин — 1,15-1,25; для скальных грунтов — 1,3-1,5.
3. Эксплуатационная производительность (П_э): Это наиболее реалистичный показатель, отражающий фактическую производительность машины с учётом всех неизбежных перерывов в работе. Сюда входят организационные простои, время на техническое обслуживание и мелкий ремонт, перерывы на отдых машиниста, погодные условия и другие факторы, которые реально влияют на продолжительность работы в течение смены или года.
   • Расчёт эксплуатационной производительности:
     Пэ = Пт ⋅ Кв
     Где:
     • К_в — коэффициент использования машины по времени в течение смены (обычно 0,7-0,85).
   • Более полный расчёт эксплуатационной производительности:
     Пэ = Пт ⋅ Кв ⋅ Км
     Где:
     • К_м — коэффициент, учитывающий квалификацию машиниста и качество управления (обычно 0,85-0,95).

   Сменная эксплуатационная производительность (П_эсм) рассчитывается путём умножения П_э на продолжительность смены. При расчёте месячной и годовой производительности дополнительно учитываются простои, характерные для более длительных периодов.

Факторы, влияющие на производительность экскаватора

Производительность экскаватора — это не статичная величина, она динамично изменяется под влиянием множества факторов:

• Категория разрабатываемого грунта: Чем прочнее грунт, тем ниже скорость разработки и наполнения ковша, и, соответственно, ниже производительность. Разработка скальных грунтов требует предварительного рыхления.
• Высота (глубина) забоя: Существует оптимальная высота забоя (обычно 1,2-1,5 радиуса черпания), при которой экскаватор работает наиболее эффективно. Слишком малая или слишком большая высота снижает производительность.
• Требуемый угол поворота рабочего оборудования: Чем больше угол поворота платформы экскаватора (например, при погрузке в транспорт, расположенный далеко от забоя), тем дольше цикл работы и ниже производительность. Оптимальный угол для погрузки в автотранспорт — 45-90°.
• Условия разгрузки ковша: Разгрузка в отвал (без точного позиционирования) происходит быстрее, чем точная погрузка в кузов транспортного средства.
• Организация работы: Наличие простоев из-за нехватки транспортных средств, плохое состояние подъездных путей, неудовлетворительное техническое обслуживание — всё это снижает эксплуатационную производительность.

Расчёт производительности экскаваторно-автомобильных комплексов

Эффективность экскаваторно-автомобильного комплекса напрямую зависит от согласованности работы его звеньев. Ключевая задача — обеспечить непрерывную работу экскаватора, избегая его простоев в ожидании самосвалов.

Приближённый расчёт необходимого количества автосамосвалов (N) для работы в комплексе с экскаватором:

N = Tц_экскаватора / tп_самосвала

Где:

• Т_{ц_экскаватора} — продолжительность цикла экскавации при погрузке в автосамосвал (с). Включает время на набор грунта, поворот с гружёным ковшом, разгрузку и поворот с пустым ковшом.
• t_{п_самосвала} — время ожидания экскаватор��м прибытия очередного автосамосвала, или, что более точно, время погрузки одного автосамосвала. Это время, необходимое для загрузки кузова самосвала расчётным количеством ковшей экскаватора.

Более точный расчёт количества самосвалов учитывает время рейса самосвала, которое включает время погрузки, время движения гружёного и порожнего самосвала, время на разгрузку и маневрирование.

Технико-экономические показатели эффективности (ТЭО)

Технико-экономические расчёты (ТЭР) — это компас, который направляет инженера к наиболее рациональным и выгодным решениям. Они позволяют количественно оценить различные варианты производства работ и выбрать оптимальный с точки зрения затрат и эффективности. Основные показатели ТЭО включают:

• Производительность (выработка): Это один из ключевых показателей, отражающий объём выполненных работ за единицу времени или на одного рабочего.
  • Выработка продукции на одного рабочего (В):
    В = Пэсм / nр
    Где:
    • П_эсм — сменная эксплуатационная производительность машины (м³/смена).
    • n_р — количество рабочих, обслуживающих машину.
• Себестоимость единицы продукции: Показывает затраты на производство 1 м³ грунта или другой единицы измерения. Это отношение стоимости машино-смены (или общих затрат на эксплуатацию комплекта машин за смену) к сменной эксплуатационной производительности. Себестоимость включает прямые затраты (заработная плата, стоимость эксплуатации машин, материалы), накладные расходы и сметную прибыль.
  • Выбор наиболее рационального варианта производства земляных работ всегда основывается на минимизации себестоимости.
• Уровень комплексной механизации (К_км): Отражает долю работ, выполненных механизированным способом, от общего объёма работ.
  • Ккм = Объеммеханизированных работ / Объемобщих работ
• Механовооружённость (М_в): Характеризует оснащённость рабочих строительными машинами.
  • Мв = Стоимость машин и механизмов / Численность рабочих
• Энерговооружённость (Э_в): Показывает обеспеченность рабочих энергетическими ресурсами.
  • Эв = Суммарная мощность двигателей / Численность рабочих

Роль сметных норм:
Для предварительной оценки и формирования стоимости земляных работ в Российской Федерации используются сметные нормы. Это государственные нормативы, устанавливающие расход ресурсов (труда, машин, материалов) на единицу измерения строительных работ.

• Федеральные единичные расценки (ФЕР): Применяются на федеральном уровне.
• Государственные элементные сметные нормы (ГЭСН): Базовые нормы для определения прямых затрат.
• Территориальные единичные расценки (ТЕР): Разрабатываются для конкретных регионов с учётом местных условий и стоимости ресурсов.

Использование этих норм позволяет точно определить стоимость строительно-монтажных работ, включая земляные, и является основой для технико-экономических расчётов.

Пример расчёта производительности и ТЭО

Вернёмся к нашему примеру с разработкой котлована объёмом 5000 м³ в глинистом грунте (К_н = 0.9, К_р = 1.2), где выбран экскаватор с обратной лопатой (V_ковша = 1 м³, Т_ц = 30 с) и автосамосвалы (V_кузова = 10 м³).
Примем продолжительность рабочего дня (смены) — 8 часов (480 минут или 28800 секунд).

1. Расчёт конструктивной (теоретической) производительности экскаватора:
Пк = (3600 ⋅ Q) / Tц = (3600 ⋅ 1 м3) / 30 с = 120 м3/ч.

2. Расчёт технической производительности экскаватора:
Пт = Пк ⋅ Кн / Кр = 120 м3/ч ⋅ 0.9 / 1.2 = 90 м3/ч.

3. Расчёт эксплуатационной производительности экскаватора (сменной):
Примем коэффициент использования машины по времени К_в = 0.8, коэффициент квалификации машиниста К_м = 0.9.
Пэ = Пт ⋅ Кв ⋅ Км = 90 м3/ч ⋅ 0.8 ⋅ 0.9 = 64.8 м3/ч.
Сменная эксплуатационная производительность (при 8-часовой смене):
Пэсм = 64.8 м3/ч ⋅ 8 ч/смена = 518.4 м3/смена.

4. Расчёт потребного количества автосамосвалов:

• Время погрузки одного самосвала: 10 м³ (объём кузова) / 1 м³ (объём ковша) = 10 ковшей.
• Время погрузки 10 ковшей = 10 ⋅ 30 с/ковш = 300 с = 5 минут.
• Допустим, время рейса самосвала (включая загрузку, движение в оба конца, разгрузку и маневры) составляет 20 минут.
• Тогда N = Tрейса_самосвала / Tпогрузки_самосвала = 20 мин / 5 мин = 4 самосвала.

5. Расчёт продолжительности работ:
Количество смен = Общий объём работ / Пэсм = 5000 м3 / 518.4 м3/смена ≈ 9.65 смен.
Округляем до 10 смен.

6. Технико-экономические показатели (примерные):

• Стоимость машино-смены экскаватора: 8000 руб./смена (включая топливо, амортизацию, зарплату машиниста).
• Стоимость машино-смены автосамосвала: 6000 руб./смена (также с учётом всех затрат).
• Количество рабочих, обслуживающих экскаватор: 1 машинист.
• Количество рабочих, обслуживающих самосвалы: 4 водителя.

• Себестоимость 1 м³ грунта (без учёта накладных расходов):
  • Общие затраты на комплект за смену = Стоимость экскаватора + Стоимость самосвалов = 8000 руб. + 4 ⋅ 6000 руб. = 8000 + 24000 = 32000 руб./смена.
  • Себестоимость 1 м3 = Общие затраты за смену / Пэсм = 32000 руб. / 518.4 м3 ≈ 61.73 руб./м3.
• Выработка на одного рабочего:
  • Общее количество рабочих в комплексе = 1 (машинист экскаватора) + 4 (водителя самосвалов) = 5 человек.
  • В = Пэсм / nр = 518.4 м3/смена / 5 чел. = 103.68 м3/чел.-смена.

Эти расчёты дают базовое представление о производительности и затратах. В реальном курсовом проекте они будут дополнены более подробным анализом всех статей затрат, учётом сметных норм и потенциальных рисков.

Организация и планирование земляных работ

Успех любого строительного проекта, и земляных работ в частности, в значительной степени зависит от качества его организации и планирования. Даже самые совершенные машины и методики окажутся бесполезными без чёткого графика и детальной технологической карты, которые служат дорожной картой для всей команды.

Календарный график производства земляных работ

Календарный график – это не просто набор дат, это пульс проекта, его скелет и нервная система. Он является основным организационно-технологическим документом, в котором прописывается последовательность, взаимосвязь и временные рамки выполнения всех этапов земляных работ и всего строительного комплекса.

Почему календарный график так важен?

• Для подрядчика: Это инструмент прозрачности и контроля. Он позволяет наглядно продемонстрировать заказчику каждый шаг работы, обосновать сроки и потребность в ресурсах. Внутри компании он служит основой для управления персоналом, техникой, материалами и финансами.
• Для заказчика: Это средство контроля. Наличие чёткого графика позволяет отслеживать прогресс, своевременно реагировать на отклонения и контролировать соблюдение договорных обязательств по срокам и объёмам.

Структура графика:

Календарный график традиционно состоит из двух взаимодополняющих частей:

1. Расчётная часть: Включает в себя таблицы и сводные данные, отражающие:
   • Общий срок выполнения земляных работ.
   • Объемы каждого вида работ (в м³, м², п.м. и т.д.).
   • Трудоёмкость работ (в человеко-часах или человеко-днях).
   • Потребность в машинах и механизмах, а также их машино-часы.
   • Потребность в материалах (например, для креплений или обратной засыпки).

   Эта часть формирует основу для ресурсного обеспечения проекта.

2. Графическая часть: Визуальное представление всего процесса, где наглядно показаны:
   • Технологическая последовательность работ.
   • Длительность каждого этапа.
   • Взаимосвязи между различными работами (например, невозможно начать укладку фундаментов до завершения рытья котлована).

   Наиболее распространёнными форматами графической части являются:

   • Линейный график (график Гантта): Простое и понятное отображение работ в виде полос на временной шкале. Позволяет легко отслеживать продолжительность и начало/окончание каждой задачи.
   • Сетевой график (диаграммы PERT/CPM): Более сложный, но и более информативный. Он отображает работы как узлы или стрелки, показывая их логические связи, критический путь (последовательность работ, определяющая общую продолжительность проекта) и возможные резервы времени. Сетевые графики незаменимы для крупных и сложных проектов, позволяя оптимизировать ресурсы и сроки.

Оптимизация календарного графика:

Оптимизация графика – это процесс поиска наиболее эффективного распределения ресурсов и последовательности работ для достижения целей проекта с минимальными затратами времени и средств. Факторы, влияющие на оптимизацию, включают:

• Обеспечение ресурсами: Доступность рабочей силы, техники, материалов. Задержки в поставках или нехватка квалифицированного персонала могут существенно сдвинуть сроки.
• Условия строительной площадки: Пространственные ограничения, геологические и гидрогеологические условия, погодные факторы.
• Технологические связи: Строгое соблюдение последовательности выполнения работ.

Для составления и оптимизации календарных графиков современные инженеры активно используют специализированные программные средства. Такие программы, как Microsoft Project и Primavera, стали отраслевыми стандартами. Они позволяют:

• Автоматически строить графики на основе введённых данных.
• Рассчитывать критический путь.
• Моделировать различные сценарии и оценивать их влияние на сроки и бюджет.
• Управлять ресурсами и отслеживать прогресс в реальном времени.
• Из отечественных систем также существуют аналоги, например, АЛТИУС Проект, адаптированные под российские стандарты.

Технологическая карта производства земляных работ

Технологическая карта — это детальная инструкция, которая переводит общие положения проекта в конкретные указания для исполнителей. Она описывает, как именно должны быть выполнены работы, обеспечивая стандартизацию процессов, качество и безопасность. Как мы можем убедиться, что каждый этап будет выполнен точно по плану?

Структура и содержание технологической карты:

Типовая технологическая карта включает следующие ключевые разделы:

1. Область применения: Указывает, для каких видов земляных работ, типов грунтов и условий предназначена данная карта.
2. Организация и технология строительного процесса: Подробно описывает:
   • Последовательность выполнения операций.
   • Применяемые методы (например, разработка грунта проходками, разработка уступами).
   • Используемые машины, оборудование и инструменты.
   • Требования к качеству выполненных работ на каждом этапе.
3. Организация труда рабочих: Определяет состав бригад, расстановку рабочих на объекте, их функции, требования к квалификации и обучению.
4. График выполнения работ: Мини-график, детализирующий сроки выполнения конкретных операций в рамках данной технологической карты.
5. Калькуляция затрат труда: Расчёт трудозатрат на выполнение единицы объёма работ.
6. Основные технико-экономические показатели: Сводная информация о производительности, себестоимости и других экономических характеристиках.
7. Материально-технические ресурсы: Перечень всех необходимых материалов (например, для креплений), инвентаря, инструментов, а также машин и механизмов.
8. Карта операционного контроля качества: Один из важнейших разделов, детализирующий процедуры контроля.

Детализация раздела «Контроль качества»

Контроль качества земляных работ — это не формальность, а критически важный процесс, обеспечивающий соответствие выполненных работ проектным требованиям и нормативным документам. Без этого этапа все расчёты и планирование теряют смысл.

Основные методы контроля качества включают:

• Геодезический контроль: Проводится на всех этапах работ.
  • Контроль проектных отметок: С помощью нивелиров и тахеометров проверяется соответствие фактических отметок дна котлована, траншей, бровки насыпей и спланированной поверхности проектным значениям.
  • Контроль габаритов выемок и насыпей: Проверка ширины, длины, глубины/высоты, крутизны откосов.
  • Контроль положения осей: Проверка правильности расположения объекта на местности.
  • Периодичность замеров: Ежедневно, после завершения каждого этапа работ (например, после рытья каждого слоя грунта, после завершения формирования откосов), а также перед приёмкой скрытых работ.
• Лабораторные исследования грунта:
  • Определение физико-механических свойств грунта: Отбор проб грунта на дне котлованов или в теле насыпей для лабораторного определения плотности, влажности, коэффициента фильтрации, модуля деформации и других параметров, влияющих на несущую способность.
  • Периодичность: Согласно требованиям проекта и нормативных документов (например, через определённое количество уплотнённых слоёв или через фиксированные интервалы).
• Контроль плотности уплотнения грунта: Крайне важен для насыпей и обратной засыпки.
  • Методы: Используются плотномеры (статические, динамические), радиоизотопные приборы, а также лабораторные методы (метод режущего кольца).
  • Критерии оценки: Фактическая плотность грунта должна соответствовать проектной, выраженной в коэффициенте уплотнения (обычно не ниже 0.95-0.98 от максимальной стандартной плотности).
  • Периодичность: На каждом уплотняемом слое, в нескольких точках (обычно не менее 3-5 замеров на 1000 м²).
• Визуальный контроль: Оценка состояния откосов, отсутствия трещин, обвалов, равномерности укладки грунта, качества планировки.

Все результаты контроля должны фиксироваться в актах освидетельствования скрытых работ, журналах производства работ и протоколах лабораторных испытаний.

Охрана труда и техника безопасности при земляных работах

Земляные работы по своей природе являются одними из самых опасных в строительстве. Обрушения грунта, падения людей и техники в выемки, повреждение подземных коммуникаций – эти риски требуют строжайшего соблюдения правил охраны труда и техники безопасности. Ответственность за жизнь и здоровье работников лежит целиком на работодателе.

Общие требования безопасности до начала работ

Прежде чем первый ковш экскаватора коснётся земли, необходимо выполнить комплекс подготовительных мероприятий:

1. Разработка и согласование мероприятий по безопасности: Если земляные работы проводятся в местах пролегания действующих подземных коммуникаций (кабелей, трубопроводов, газопроводов), необходимо получить разрешение и согласовать с эксплуатирующими организациями детальный план безопасного производства работ. На местности расположение коммуникаций должно быть чётко обозначено предупреждающими знаками и, при необходимости, ограждениями.
2. Изучение документации: Тщательный анализ проектной и разрешительной документации, а также инженерно-геологических и гидрогеологических условий участка, позволяет выявить потенциальные риски и разработать соответствующие меры.
3. Водоотведение: Для предотвращения размыва грунта, образования оползней и обрушения стенок выемок необходимо заранее организовать эффективный отвод поверхностных и подземных вод. Это может быть сделано с помощью водоотливных устройств, дренажных систем или водопонижения.
4. Очистка участка: Место проведения работ должно быть очищено от всех посторонних предметов: валунов, деревьев, кустарников, строительного мусора.

Безопасность при разработке выемок

При рытье котлованов и траншей важно учитывать устойчивость грунта и глубину выемки:

• Допустимые глубины траншей без крепления: В грунтах естественной влажности с ненарушенной структурой и при отсутствии грунтовых вод допускается рытьё траншей с вертикальными стенками без крепления до следующих глубин:
  • В песчаных и гравелистых грунтах — не более 1,0 м.
  • В супесях — не более 1,25 м.
  • В суглинках и глинах — не более 1,5 м.

  При глубине более указанных значений или при наличии грунтовых вод, стенки выемок должны быть укреплены (например, с помощью опалубки) или откосы должны быть сформированы с безопасным углом.

• Ограждение и переходы: Все котлованы и траншеи должны быть ограждены по периметру защитными ограждениями (высотой не менее 1,1 м) с предупреждающими знаками. Места прохода людей через выемки должны быть оборудованы прочными переходными мостиками шириной не менее 0,6 м с ограждениями, которые в ночное время должны быть освещены.
• Особенности работ в зимнее время и при оттепели: При среднесуточной температуре воздуха ниже -2 °C допускается увеличение наибольшей глубины вертикальных с��енок выемок в мерзлых грунтах (кроме сыпучемерзлых) на глубину промерзания грунта, но не более чем на 2 м. Однако при наступлении оттепели такие выемки подлежат обязательному осмотру, и при необходимости должны быть приняты меры по обеспечению устойчивости откосов и креплений.
• Проверка перед допуском: Перед допуском работников в выемки глубиной более 1,3 м ответственный руководитель работ обязан проверить устойчивость откосов или надёжность крепления стенок, а также удалить все потенциально опасные валуны и отслоения грунта.
• Крепления стенок: Установка креплений должна производиться сверху вниз, по мере разработки выемки, на глубину не более 0,5 м от дна. Верхняя часть креплений должна выступать над бровкой выемки не менее чем на 15 см.

Безопасность при работе строительных машин

Работа тяжёлой техники требует особого внимания к безопасности:

• Запрет «подкопа»: Категорически запрещается разрабатывать грунт в выемках методом «подкопа», так как это создаёт угрозу обрушения верхних слоёв.
• Размещение грунта: Извлечённый из выемки грунт (отвал) необходимо размещать на расстоянии не менее 0,5 м от бровки выемки, чтобы исключить его сползание и создание дополнительной нагрузки на откосы.
• Безопасные расстояния от экскаватора: При работе экскаваторов нахождение людей не допускается на расстоянии менее 5 м от радиуса действия его рабочего оборудования.
• Размеры рабочих мест: Рабочие места в выемках должны обеспечивать свободные проходы шириной не менее 0,6 м и высотой не менее 1,8 м.
• Средства доступа: Для спуска и подъёма рабочих в выемки необходимо устанавливать трапы или маршевые лестницы шириной не менее 0,6 м с ограждениями. Допускается использование приставных лестниц (деревянных, длиной не более 5 м).
• Перемещение машин вблизи выемок: Перемещение, установка и работа машин вблизи выемок с неукреплёнными откосами разрешается только за пределами призмы обрушения грунта, то есть на безопасном расстоянии от бровки. Это расстояние зависит от глубины выемки и типа грунта. Например, для песчаных грунтов при глубине выемки до 1 м — 1,5 м, при глубине до 2 м — 3 м. Для глинистых грунтов при глубине до 1 м — 1,25 м, при глубине до 2 м — 2 м.
• Расстояние между машинами: При одновременной работе двух и более самоходных или прицепных машин (бульдозеры, скреперы, катки) расстояние между ними должно быть не менее 10 м.
• Разгрузка самосвалов: При засыпке выемок и разгрузке грунта на насыпях автомобили-самосвалы следует устанавливать не ближе 1 м от бровки естественного откоса.

Работы повышенной опасности

Определённые виды земляных работ априори относятся к категории повышенной опасности и требуют особого оформления:

• Наряд-допуск: Земляные работы, выполняемые на глубине более 2 м, в зоне расположения подземных коммуникаций, или под водой, обязательно должны производиться по наряду-допуску. Этот документ регламентирует содержание, место, время и условия выполнения работ, а также меры безопасности и состав бригады.

Нормативно-правовая база по охране труда

Основой для обеспечения безопасности при земляных работах являются актуальные нормативные документы. Ключевыми из них являются:

• СП 48.13330.2019 «Организация строительства»: Актуализированная редакция СНиП 12-01-2004, устанавливающая общие требования к организации строительного производства, включая вопросы охраны труда.
• СП 86.13330.2021 «Магистральные трубопроводы»: Актуализированная редакция СНиП III-42-80*, содержащая специфические требования безопасности при работах вблизи трубопроводов.
• Приказы Минтруда России и Ростехнадзора: Эти ведомства регулярно выпускают и обновляют правила по охране труда при различных видах работ, в том числе и при земляных, которые являются обязательными для исполнения.
• ГОСТы и другие стандарты: Определяют требования к оборудованию, средствам индивидуальной защиты и методам контроля.

Соблюдение этих норм и правил является не просто формальностью, а жизненно важной необходимостью, гарантирующей безопасность работников и предотвращающей аварии на строительной площадке.

Заключение

Земляные работы – это не просто этап, а краеугольный камень любого строительного проекта, определяющий его прочность, функциональность и долговечность. В рамках данного руководства мы систематизировали и глубоко проанализировали ключевые аспекты, необходимые для успешного выполнения курсовой работы студентом инженерно-строительного или технического вуза.

Мы рассмотрели теоретические основы вертикальной планировки, погрузились в детали методов определения объемов земляных масс, уделяя особое внимание универсальному методу квадратов и пошаговому примеру его применения. Были классифицированы основные способы производства земляных работ и приведён исчерпывающий обзор строительных машин, а также предложена методология выбора оптимальных комплектов техники на основе сравнительного анализа.

Не менее важным стал раздел, посвящённый расчёту производительности машин – от идеализированной конструктивной до реалистичной эксплуатационной, с учётом всех влияющих факторов. Мы также обозначили роль технико-экономического обоснования, его показателей и актуальных сметных норм в оценке эффективности проектных решений.

Организация и планирование земляных работ были представлены как единая система, где календарный график и технологическая карта являются незаменимыми инструментами для координации и контроля. Особое внимание было уделено актуальным программным средствам и детальному подходу к контролю качества. Наконец, мы подчеркнули критическую значимость техники безопасности и охраны труда, приведя общие требования, специфические правила для работы в выемках и с машинами, а также обзор нормативно-правовой базы, обеспечивающей защиту работников.

Таким образом, курсовая работа, построенная на этих принципах, не только продемонстрирует глубокое понимание темы, но и послужит ценным практическим инструментом, позволяющим студенту освоить системный подход к проектированию и производству земляных работ, их экономической и технологической значимости. Цели работы – предоставить исчерпывающую информацию, методики и примеры – полностью достигнуты, закладывая прочный фундамент для будущей профессиональной деятельности.

Список использованной литературы

1. Беляков, Ю. И. Земляные работы / Ю. И. Беляков, В. А. Галимуллин. – Москва : Стройиздат, 1990.
2. Данилов, Н. Н. Технология строительных процессов / Н. Н. Данилов, О. М. Терентьев. – Москва : Высшая школа, 2000.
3. Штоль, Т. М. Технология возведения подземной части зданий и сооружений / Т. М. Штоль, В. И. Теличенко, В. И. Феклин. – Москва : Стройиздат, 1990.
4. ЕНиР. Сборник Е2. Земляные работы. Вып. 1. – Москва : Стройиздат, 1989.
5. Машины для земляных работ / под ред. М. Д. Полосина. – 3-е изд. – Москва : Стройиздат, 1994.
6. Поляков, В. И. Машины грузоподъемные для строительно-монтажных работ / В. И. Поляков. – Москва : Стройиздат, 1993.
7. Земляные работы : Методические указания для выполнения курсового проекта по курсу «Технология строительного производства». – Свердловск : УПИ, 1989. – 36 с.
8. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО КОМПЛЕКТА ВЕДУЩИХ МАШИН ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЯДА ВЛИЯЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ И ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vybor-optimalnogo-komplekta-veduschih-mashin-dlya-zemlyanyh-rabot-v-zavisimosti-ot-ryada-vliyayuschih-proizvodstvennyh-i-geotehnicheskih-faktorov.
9. Подбор комплекта машин для производства земляных работ. – URL: https://studwood.net/1961956/stroitelstvo/podbor_komplekta_mashin_proizvodstva_zemlyanyh_rabot.
10. СП 86.13330.2014. Магистральные трубопроводы (пересмотр актуализированного СНиП III-42-80* «Магистральные трубопроводы» (СП 86.13330.2012)) (с Изменениями N 1, 2).
11. СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство.
12. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты. – Москва : Стройиздат, 1989.
13. СНиП 12.03-2001. Техника безопасности в строительстве. – Москва : Стройиздат, 2002.