Как посчитать объем котлована и траншеи с откосами: формулы и вычисления

Необходимость подготовки траншеи возникает при прокладке коммуникаций, трубопроводов, строительстве фундамента. Расчеты объема траншеи позволяют определить стоимость работ, количество бетона или других материалов для заполнения выемки, объем вывозимого грунта и обратной засыпки.

Определение траншеи

Траншея представляет собой открытую выемку в земле, глубина и ширина которой зависят от того, для какой цели она предназначена. Данные параметры определяются строительными нормами и правилами:

• Траншея под ленточный фундамент должна быть на 60 см шире основания. Так удобнее выполнять сопутствующие работы. Глубина, согласно СНиП 3.02.01-87, может варьироваться от 0,5 до 2,5 м.
• Под газопровод подготавливают траншею глубиной не менее 0,8 м до поверхности трубы. Это правило закреплено в СНиП 42-01-2002.
• Водопроводные трубы укладывают ниже глубины промерзания, причем добавляют к этой величине еще не менее 0,5 м. Глубина закладки регламентируется СНиП 2.04.02-84.
• Под канализацию подготавливают выемку не менее 0,7 м – для теплых регионов или более – для районов с суровыми зимами.
• Для прокладки кабельной трассы достаточно траншеи глубиной 70 см.

Поскольку земляные работы предполагают физические и финансовые затраты, иногда целесообразнее сделать менее глубокую траншею и утеплить трубу или фундамент, организовать дренаж.

Способы рытья траншеи

Вырыть траншею можно тремя способами:

• вручную;
• с помощью ручного траншеекопателя;
• траншейного экскаватора.

В первом случае временные и физические затраты будут значительными, причём они зависят от качества грунта в данной местности. Если он песчаный, рытье сильно облегчается. Глинистые и каменистые почвы осложняют ход работы. С ручным траншеекопателем работа пойдёт быстрее. Но удобнее всего копать траншею экскаватором,  потому что не нужно прикладывать физическую силу. Однако технику можно использовать только на участках со свободным подъездом. Причём размер ковша подбирают согласно ширине траншеи.

Использование технических средств целесообразно, когда объем работ велик, иначе выгода будет нулевой.

Что влияет на подсчет объема

Траншеи подготавливают в процессе строительства общественных и промышленных зданий. Способы расчетов отличаются в зависимости от ключевых причин:

• объема работ;
• предназначения строительного объекта;
• топографических особенностей;
• состава грунта;
• способа рытья траншеи;
• метода вывоза земли (если вывоз будет производиться машиной, нужно предусмотреть дополнительные подъезды к участку);
• плотности застройки по соседству.

Работы можно разделить на три этапа: разработка плана, рытье, обустройство.

Исследования для подсчетов объема

При самостоятельном строительстве сооружения делают примерные расчеты. Но если работы выполняются специализированной организацией, проводятся исследования, позволяющие точно рассчитать, сколько кубов земли будет вынуто при рытье траншеи, и корректно определить объем и стоимость работ по проекту.

Для начала выполняется топографическая съемка рельефа, чтобы выяснить высоту грунта, наличие и относительный размер перепадов и прочее. Затем проводится камеральная обработка информации, чтобы установить дополнительные точки для более точного отображения значений. По результатам исследований составляется отчет, в соответствии с ним и определяется стоимость работ.

Параметры траншеи задаются еще на этапе планирования. Чтобы стены выемки не обвалились, необходимо обращать внимание на глубину траншеи, ее длину, плотность и массу земли. В случае несоблюдения рекомендаций СНиП возможно увеличение риска травм и обвалов.

Расчет объема траншеи

Для подсчета объемов земляных работ потребуются следующие значения:

• Длина – зависит от назначения траншеи.
• Ширина. Этот параметр измеряют внизу и наверху, если делается расширение ближе к поверхности. В последнем случае говорят о траншее с откосами и используют формулы, позволяющие учесть эту особенность.

Определить ширину и длину траншеи для вычисления ее объема можно самостоятельно с помощью специальных формул. Зачастую особая точность в этом процессе не нужна. Но если необходимость в точных расчетах присутствует, удобно пользоваться строительными калькуляторами. Достаточно указать известные данные: длину и ширину траншеи у поверхности, длину и ширину по дну, глубину выемки.

Без откосов

Проще всего подсчитать объем траншеи без откосов, вырытой на ровной местности. Но условия, в которых возможна подготовка такой выемки, ограничены. Ее роют зимой, когда грунт заморожен и не обваливается или когда стенки траншеи фиксируют с помощью механических креплений.

Для расчета объема траншеи нужно знать длину, ширину и глубину выемки, которые обозначаются так:

• a – ширина в м;
• H – высота в м;
• L – длина в м.

Объем траншеи вычисляется по формуле V=a×H×L, т.е. если ширина траншеи равна 1 м, глубина – 1,5 м, а длина 12 м, то V=1×1,5×12=18 м³.

Другой вариант траншеи – с вертикальными стенками и перепадом высот. В этом случае необходимо знать помимо ширины и длины глубину траншеи – H1 и глубину траншеи H2.

Формула для вычисления объема следующая: V=a×(H1+H2)/2×L.

Пусть H1=1,3 м, H2=1,6 м, a=1 м, L=12 м, тогда V=1×(1,3+1,6)/2×12=17,4 м³.

С откосами

Для расчета объема траншеи с откосами используются формулы, учитывающие ширину верха и основания насыпи, а также тип почвы. В формулах далее:

• L – длина траншеи, м;
• H – глубина траншеи, м;
• a1 – ширина основания, м;
• a2 – ширина верха, м.

От типа почвы зависит коэффициент (m), который подставляется в формулу, поскольку ширина верха траншеи определяется этим параметром. В таблице представлены коэффициенты для разных грунтов.

Чтобы рассчитать ширину верха выемки, нужно воспользоваться формулой a2=H×m+a1+H×m.

Пусть a1=1 м, высота траншеи H=1,5 м, а грунт – глина, тогда a2=1,5×0,25+1+1,5×0,25=1,75 м

Далее объем траншеи, вырытой на ровной местности, вычисляется по формуле V=(a1+a2)/2×H×L

Если принять, к примеру, L=12 м, получится V=(1+1,75)/2×1,5×12=24,75 м³

Можно подставлять свой параметр a2 сразу в формулу расчета объема.

Наиболее сложные вычисления потребуются для расчета объема траншеи с откосами на местности с перепадом высот. Вводятся обозначения:

• a1 – ширина основания выемки, м;
• a2 – ширина верха в низшей точке, м;
• a3 – ширина верха в наивысшей точке, м.

Параметры a2 и a3 рассчитываются по уже известной формуле. Но нужно также знать высоту H1 и H2, соответственно. H1 пусть будет 1,5 м, а H2=2,5, a1=1 м, грунт – глина. Сначала определяется a2, а затем a3:

a2=H1×m+a1+H1×m=1,5×0,25+1+1,5×0,25=1,75 м

a3=H2×m+a1+H2×m=2,5×0,25+1+2,5×0,25=2,25 м

Помимо прочего, для вычисления объема нужно рассчитать площадь поперечного сечения выемки для низменного участка и высотного – F1 и F2, соответственно.

F1=(a1+a2)/2×H1=(1+1,75)/2×1,5=2,0625 м²

F2=(a1+a3)/2×H2=(1+2,25)/2×2,5=4,0625 м²

Примем L=12 м, возьмем коэффициент грунта для глины m=0,25 и подсчитаем объем выемки, учитывая вычисленные параметры:

V=(F1/2+F2/2-m×(H1-H2)2/6)×L=(2,0625/2+4,0625/2-0,25×(1,5-2,5)2/6)×12=36,25 м³

Расчет объема котлована

Если вместо ленточного фундамента подготавливают другой тип основания, например фундамент-плиту, в процессе земляных работ обустраивают не траншею, а котлован. Сложность выполнения этого процесса также велика. Формулы для вычисления необходимых параметров уже используются другие.

Вычисление объема котлована с прямоугольными стенками выполняется в соответствии с математической формулой расчета объема прямоугольника. Необходимо знать H – глубину котлована, L1 – длину в м и L2 – ширину в м.

Расчет осуществляется по формуле V=L1×L2×H

Если H=2 м, L1=3 м, L2=4 м, то V=3×4×2=24 м³

Эта формула верна, если глубина котлована во всех точках одинакова.

Для прямоугольного котлована с вертикальными стенками, вырытого на местности с перепадом высот, нужно использовать другую формулу и измерять глубину в каждом углу, соответственно H1, H2, H3 и H4.

Пусть H1=2 м, H2=2,5 м, H3=2,5 м, H4=3 м, L1 и L2, как в предыдущем примере, тогда:

V=L1×L2×(H1+H2+H3+H4)/4=3×4× (2+2,5+2,5+3)/4=30 м3

Для вычисления объема котлована с откосами, вырытого на ровной местности, применяется формула V=(H/6×((2×L1+L3)×L2+(2×L3+L1)×L4). Помимо L1 и L2 – длины и ширины основания, нужно знать L3 и L4 – длину и ширину котлована у поверхности. Можно вычислить эти значения по формулам:

L3 =H×m+L1+H×m и L4=H×m+L2+H×m, где m – коэффициент в зависимости от типа грунта.

Пусть грунт – суглинок, L1=3 м, L2=4 м, H=2 м, тогда:

L3=2×0,5+3+2×0,5=5 м,

L4=2×0,5+4+2×0,5=6 м.

Подставляем значения в формулу, позволяющую рассчитать объемы земляных работ:

V=(2/6×((2×3+5)×4+(2×5+3)×6=40,667 м³

Если выемка вырыта в виде колодца, для расчета котлована нужно знать диаметр основания – d1, диаметр по поверхности – d2 и высоту – H.

V=3,14×((d1+d2/2)2/4×H

Если для примера взять d1=1,5 м, а d2=2,5 м, H=3 м, то V=3,14×((1,5+2,5)/2)2/4×3=3,14×22/4×3=9,42 м³.