Разработка котлована в зависимости от его размеров ведется или ручным или механизированным способом. При небольших размерах котлован более рациональным является ручной способ, не требующий дорого стоящего оборудования.
В зависимости от характера грунта для разработки применяются лопаты, кирки, ломы или клинья и даже взрывные работы. В твердых грунтах прибегают к пневматическим приборам, питаемым подвижной компрессорной установкой с бензиновым двигателем. Из узких котлованов глубиной не свыше 1,5—2,00 м грунт выкидывается вручную, при большей глубине удаляется перекидкой вверх но расположенным друг над другом в шахматном порядке помостам. При более широких котлованах грунт или поднимается в бадьях простейшим краном-укосина или выносится по наклонному пути в тачках вручную или в вагонетках самодействующей лебедкой.
Для разработки и удаления грунта в крупных котлованах применяются экскаваторы и деррики, иногда располагающиеся при работе на дне, а иногда у его края на поверхности земли. Применяются экскаваторы разных систем: типа паровой лопаты (с ковшом на стреле), дрегляйна (с ковшом на канате), грейферные и башенные.
Иногда грейфер подвешивают к деррику или к канату башенного экскаватора. Если имеют дело со скалистым грунтом, то его предварительно разбивают взрывами, а потом уже удаляют тем или иным способом. Так, на Волховстрое разрабатываемый взрывами скалистый грунт К. под флютбет поднимался и отводился в сторону дерриками, установленными на опущенных кессонах плотины.
Первые башенные экскаваторы с емкостью ковшей в 1,91 и 2,68 мг работали при пролете в 152,4 м на выемке котлована под шлюз Сбирской гидростанции. При этом вынимаемый черпаком грунт выгружался в бункер, установленный на главной башне экскаватора, и передавался транспортером в кучу на другую сторону башни, откуда растаскивался по отвалочной площадке канатным скрепером.
Обыкновенно удаляемый грунт отвозится к месту свалки по широко- или узкоколейным путям. Последние или прокладываются по краю котлована на поверхности земли (иногда по перемычке) или же спускаются на дно. При ограниченных размерах последнего для спуска приходится прибегать к крутым уклонам от 0,025 до 0,030 и к заезду тупиками с соответственным уменьшением числа загружаемых платформ. Так, на путях свирского котлована был применен уклон 0,032 и заезд тремя тупиками. Рабочий состав состоял из 4 груженых платформ. Для удаления грунта применяются также транспортеры и автотранспорт.
Многие системы экскаваторов приспособлены к выемке мокрого грунта. Однако в подавляющем большинстве случаев при разработке приходится прибегать к водоотливу. Кроме того водоотлив является необходимым для поддержания в осушенном состоянии при дальнейшем продолжении работ в нем. Объем водоотлива в больших котлованах может доходить до очень крупных размеров; так, из 3 котлованов Днепровской гидростанции общей кубатурой в 630 000 л за время работ работ было откачано 10,5 млн. м3 воды. Приток воды в котлован, как показали исследования, зависит не столько от конструкции стенок (которая должна быть выбрана в соответствии с местными условиями), сколько от действующего напора и главным образом от характера и условий залегания слагающих дно грунтов.
Если перемычки поставлены на водонепроницаемое дно или их шпунт добит до водонепроницаемого слоя, то весь приток воды поступает через стенки перемычек и в случае надобности может быть уменьшен соответствующим уплотнением последних.
При деревянном шпунте это отчасти достигается конопаткой, но лучше устройством двойных шпунтовых стенок с заполнением промежутка между ними трамбованной глиной. При стальном шпунте применяется заполнение щелей между отдельными шпунтинами измельченной каменноугольной гарью и т. н. «замуливание» швов путем затягивания в них водой смеси опилок с песком, высыпаемой вдоль наружной щели шва. Иногда с внутренней стороны стального шпунта по линии соприкасания его с дном укладывают слой подводного бетона. Сильно уменьшает фильтрацию присыпка песчаных откосов.
Если низ перемычки не доходит до плотных, слабо водопроницаемых пластов, то вследствие образующегося при водоотливе напора наблюдается приток воды под стенками перемычки. С увеличением напора скорость фильтрации возрастает настолько, что вода начинает увлекать более мелкие частицы грунта, благодаря чему происходит заполнение наплывающим из-под стенок грунтом.
Если водопроницаемый грунт простирается под дном на большую (практически «неограниченную») глубину, наплывание наблюдается по всей площади котлована и может принять при слабых грунтах такие размеры, что приходится прибегать к выемке грунта под водой с последующей укладкой по дну подводного бетона. В этом случае откачка воды производится только после затвердения бетона.
При более устойчивых грунтах стараются расположенными по периметру канавами перехватить проникающую в него воду для того, чтобы не допустить ослабления грунта дна восходящими потоками воды. Если встречается ключ напорной (артезианской) воды, его заключают в особую трубу и отводят в сторону или же заглушают забивкой свай, что хуже, т. к. заглушенный ключ может пробиться в другом месте.
Особенно трудным бывает устройство, если он роется в непосредственной близости от фундаментов существующих сооружений. В этом случае нередко приходится прибегать к понижению грунтовых вод или же к кессонному методу; иногда удается провести работы при соответствующем укреплении грунта силикатизацией или же заложить фундаменты по частям.
Приток воды в котлован трудно поддается точному расчету и определяется большей частью практически сравнением с другими выполненными аналогичными работами или же наблюдением над откачками в специальном опытном колодце. Если на некоторой глубине ниже дна подстилается водонепроницаемым слоем, то приток соды в него при известном коэффициенте фильтрации проще всего подсчитывается предложенным Н. Павловским «фрагментным» методом по формуле:
где q — приток воды через 1 п. м ограждения, H — действующий напор и Ф — величина, зависящая от свойств ограждения, названная Н. Павловским «модулем сопротивления».
Павловским даны формулы для вычисления Ф для разных комбинаций сопротивлений фильтрации. Для производства водоотлива при небольших размерах последнего пользуются ручными насосами. Очень распространены мембранные или диафрагмовые насосы.
В насосе система «Кобра» такой насос соединен в передвижной установке с бензиновым двигателем. При более крупном открытом водоотливе почти всегда пользуются центробежными насосами разных размеров, приводимыми в движение электромоторами. Насосы эти могут поднимать воду на 7—8 м и снабжены гибким всасывающим отростком трубопровода с всасывающим клапаном и сеткой на конце. Клапан опускается в водосборный колодец и автоматически закрывается, задерживая воду в трубопроводе при случайном осушении колодца.
В зависимости от глубины насос устанавливается или на поверхности земли или же опускается в котлован. В больших и глубоких с меняющимся уровнем воды во время откачки насосная установка размещается внутри котлована на плавающем понтоне, опускающемся с понижением уровня воды, так что высота засасывания последней насосом не превосходит 6—8 м. Для того чтобы понтон не перекосился при установке на неровное дно, его опускают на заранее приготовленный ряж или клетки. Чтобы уменьшить работу на подъем воды при постоянной высоте, перемычке и изменяющемся уровне воды в реке, верх перекидываемого через перемычку трубопровода опускают до этого уровня в виде сифона.
