Транспорт грунта. Принципиальные основы.

       Гидротранспорт грунта может быть напорным и безнапорным. Физически гидротранспорт грунта объясняется наличием в турбулентном потоке воды вихрей, способствующих взвешенному переносу твёрдых частиц. Установлено, что вертикальные скорости частиц грунта составляют 10-20% от средних продольных скоростей потока. Турбулентность определяет характер распределения частиц грунта в потоке.

Средняя скорость потока гидросмеси, при которой начинается осаждение твёрдых частиц на дно, называется критической скоростью. Критическая скорость зависит от гидравлической крупности, удельного веса пульпы, воды, твёрдого, геометрических параметров потока, диаметра частиц твёрдого и др.

       Транспорт гидросмеси может осуществляться: со скоростью больше критической (частицы грунта находятся во взвешенном состоянии), со скоростью близкой к критической (большое количество частиц грунта находятся в нижней части потока), со скоростью меньше критической (заиление нижней части потока).

       Безнапорный гидротранспорт грунта осуществляется по канавам, лоткам, трубам, имеющим уклон необходимый для создания транспортирующей скорости. Перемещение частиц грунта в потоке глубиной 0,5м начинается при следующих скоростях (таблица21. 3).

Таблица21. 3.- Транспортирующие скорости грунта в потоке глубиной 0,5м.

Наименование грунта	Начальная скорость перемещения частиц грунта, м/сек
пылеватые и илистые грунты	0,1 – 0,18
глины и суглинки	0,25 – 0,35
пески	0,18 – 0,5
гравий	0,55 – 1,2
галька	1,2 – 2,0
булыжник	2,0 – 3,2

       Расчёт безнапорного транспорта грунта производится в два этапа. На первом этапе определяется критическая скорость и скорость надёжного транспортирования, на втором – соответствующие уклоны лотка или канавы по найденным скоростям.

       Скорость надёжного транспортирования назначается в 1,1-1,3 раза больше критической скорости.

21. 3. Разработка грунта земснарядами. Типы земснарядов.

       В общем смысле под земснарядами понимаются технические средства, разрабатывающие грунты под слоем воды.

  Земснаряды классифицируются;

1. по способу отделения грунта ото дна и его подъёму (одночерпаковые, многочерпаковые, землесосные, грейферные, штанговые, скребковые, эрлифтовые, пневмоизвлекающие),

2. по способу транспортирования грунта на свалку (шаландовые, рефулёрные, трюмные, шаландо-рефулёрные, длиннолотковые или лонгкулуарные, транпортёрные),

3. по средствам перемещения снаряда при грунтозаборе (якорные, свайно-якорные, безъякорные с гребной установкой),

4. по способу передвижения (самоходные, несамоходные),

5. по району выполнения дноуглубительных работ (морские, речные),

6. по энергетической установке (дизельные, дизель-электрические, электрические, дизель-гидравлические),

7. по производительности по грунту (малые 20-300куб.м., средние 300-1000куб.м., большие более 1000куб.м.)

   Основным агрегатом многочерпакового земснаряда является черпаковая цепь с черпаками. Грунт из черпаков вываливается в грунтовый колодец-шахту. Из колодца по грунтовым лоткам грунт поступает в шаланды. Многочерпаковые земснаряды предпочтительны при разработке супесей, глин, гальки, прочных грунтов (1-1,5МПа) предварительно разрыхлённых, на засорённых акваториях, в стеснённых условиях.

 При ёмкости черпаков 1,5куб.м. производительность может составить 1 200куб.м./час. Производительность многочерпакового земснаряда зависит от наполнения черпаков, разрыхляемости грунта, скорости движения черпаков. Производительность многочерпакового земснаряда может быть предварительно определена по формуле:

                   W = 60 hс l vпап,

Где; W - производительность земснаряда,

 hс - толщина срезаемого слоя грунта,

 l - расстояние подачи земснаряда по становому канату,

 vпап - скорость папильонирования.

       Основным агрегатом плавучего землесосного снаряда является землесос, способный перекачивать гидросмесь с крупными включениями (до 350мм). При работе землесоса во всасывающей трубе создаётся разряжение, под действием которого в трубу землесоса засасывается вода и частицы грунта, разрушенные потоком воды.

       Объём засасываемого грунта зависит от гранулометрического состава, плотности, связности, формы поперечного сечения устья всасывающей трубы, скорости всасывания, расстояния от всасывающей трубы до грунта. Эффективность разработки плотных и связных грунтов повышают применением различных рыхлителей (фрезерных, роторных, ковшовых).

       Землесосные снаряды выпускаются в широком диапазоне по своим техническим характеристикам. Наиболее часто применяются земснаряды, имеющие следующие диапазоны технических характеристик: производительность по воде 180-11000куб.м/час, напор 23-80 м вод.ст, производительность по грунту при 10% консистенции пульпы 20-1000 куб.м./час, дальность транспортирования гидросмеси по горизонтали по пульповодам 0,3-3,5 км, максимальная глубина забора грунта из под воды 4-15 м, установленная мощность 35-5100 квт.

       В морских условиях применяются земснаряды значительно большей мощности, имеющих много функциональное назначение (самоотвоз, рефулирование, нефте и мусоросборка).

Земснаряд голландской постройки, названный именем профессора МГСУ Горюнова Б.Ф. имеет следующие характеристики:

 водоизмещение в грузу – 11 393т, дедвейт – 6 433т, осадка в грузу 6,5м, автономность плавания – 30суток, скорость хода – 13,8 узлов (25,5км/час), вместимость трюмов – 4 744куб.м., экипаж 40чел., производительность по воде 14 040 куб.м/час., производительность по грунту при глубине забора 20м с переливом – 3000-6200 куб.м/час.

Современные земснаряды оснащают консистомерами, манометрами, вакуумметрами, слоемерами, грунтомерами, расходомерами, скоростемерами, датчиками грунтозабора и гидротранспорта, системами автоматизированного управления земснарядом.

Скалодробильные снаряды. Для разработки скальных грунтов применяется предварительное их разрыхление. В зонах, где взрывание не допускается, применяют скалодробильные снаряды.

Основным рабочим органом скалодробильного снаряда является долото или пневматический молот с долотом. Долото дробит скалу под действием собственного веса. Дробление производится на крупные куски. Применяют долота весом от 5 до 30т при глубине воды до 17м. Частота ударов от 80 до 180 в час.

 Производительность долотных снарядов составляет от 3 до 30 куб.м./час. Скалодробильные снаряды, оборудованные долотом с пневмомолотом, дробят скалу с крупностью частиц 20-40мм. Производительность составляет 5-20куб.м/час. Толщина разрабатываемого слоя составляет от 0,5 до 1,8м. Скалодробильные снаряды используют совместно с многочерпаковыми или одноковшовыми земснарядами.

Производительность одноковшовых земснарядов может быть определена:

Техническая производительность

                                     Пт = 3600 q kн / tц kр,

Эксплуатационная производительность

                                       Пэ = (60Wm/T) х kв куб.м/час,

Где; q – ёмкость ковша,

 kн– коэффициент наполнения ковша,

kр – коэффициент разрыхления грунта,

 W – ёмкость трюма баржи, куб.м,

m – число барж,

Т – время погрузки одной баржи (Т = 60W m/ Пт kм + t1 +mt2 + t3Wm/as, здесь t1 - продолжительность перерыва в подаче баржи, t2 – продолжительность подачи следующей единицы баржи, t3– продолжительность передвижки земснаряда, а – длина одной передвижки, s - площадь поперечного сечения забоя, kм – коэффициент, учитывающий квалификацию команды (0,86 – 0,98).      

Выбор земснаряда производится на основе технико-экономических расчётов в зависимости от объёмов работ, экологической безопасности, свойств грунта, глубины разработки, толщины разрабатываемых слоёв грунта, конфигураций выемок.

 Практикой и исследованиями установлено, минимальная толщина разрабатываемого слоя грунта должна быть не менее 0,2-0,3м, при фрезерной разработке толщина разрабатываемого слоя назначается в пределах 0,7- 0,9 от диаметра фрезы, для связных грунтов толщина разрабатываемого слоя может быть увеличена до 1,5 диаметров фрезы.