Разработка грунтов экскаватором. Расчет забоев.

В промышленном и гражданском строительстве применяют экскаваторы с ковшом вместимостью от 0,15 до 4 м3. При выполнении больших объемов земляных работ на гидротехническом строительстве применяются более мощные экскаваторы с вместимостью ковша до 16 м3 и более.

Экскаваторы на колесном ходу рекомендуется применять при работах на грунтах с высокой несущей способностью при рассредоточенных объемах работ, при работах в городских условиях с частыми перебазировками; экскаваторы на гусеничном ходу применяют при сосредоточенных объемах работ при редких перебазировках, при работах на слабых грунтах и разработке скальных пород; навесные экскаваторы на пневмоколесных тракторах — при рассредоточенных объемах работ и при работе в условиях бездорожья.

Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами ведется проходками. Число проходок, забоев и их параметры предусматриваются в проектах и технологических картах производства земляных работ для каждого конкретного объекта в соответствии с параметрами земляных сооружений (по рабочим чертежам) с оптимальными рабочими размерами оборудования экскаваторов.

Одноковшовые экскаваторы относятся к машинам цикличного действия. Время рабочего цикла определяется суммой отдельных операций: продолжительность заполнения ковша, поворот на выгрузку, разгрузку и поворот в забой. Наименьшие затраты времени на выполнение рабочего цикла обеспечиваются при следующих условиях:

ширина проходок (забоев) принимается с таким расчетом, чтобы обеспечить работу экскаватора со средним поворотом не более 70 градусов;

глубина (высота) забоев должна быть не меньше длины стружки грунта, необходимой для заполнения ковша с шапкой за один прием копания;

длина проходок принимается с учетом возможно меньшего числа вводов и выводов экскаватора в забой и из забоя.

Забоем называется рабочая зона экскаватора. К этой зоне относится площадка, где размещается экскаватор, часть поверхности разрабатываемого массива и место установки транспортных средств или площадка для укладки разрабатываемого грунта. Геометрические размеры и форма забоя зависят от оборудования экскаватора и его параметров, размеров выемки, видов транспорта и принятой схемы разработки грунта. В технических характеристиках экскаваторов любой марки приведены, как правило, максимальные их показатели: радиусы резания, выгрузки, высота выгрузки и др. При производстве земляных работ принимают оптимальные рабочие параметры, составляющие 0,9 максимальных паспортных данных. Оптимальная высота (глубина) забоя должна быть достаточной для заполнения ковша экскаватора за одно черпание, она должна быть равна вертикальному расстоянию от горизонта стоянки экскаватора до уровня напорного вала, умноженному на коэффициент 1,2. Если высота забоя относительно мала (например, при разработке планировочной выемки), целесообразно использовать экскаватор вместе с бульдозером: бульдозер разрабатывает грунт и перемещает его к рабочему месту экскаватора, затем окучивает грунт, обеспечивая при этом достаточную высоту забоя. Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены так, чтобы средний угол поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки был минимальным, так как на поворот стрелы расходуется до 70% рабочего времени цикла экскаватора.

По мере разработки грунта в забое экскаватор перемещается, отработанные участки называются проходками. По направлению движения экскаватора относительно продольной оси выемки различают продольный (с лобовым или торцовым забоем) и поперечный (боковой) способы разработки. Продольный способ состоит в разработке выемки проходками, направление которых выбирается по наибольшей стороне выемки. Лобовой забой применяется при разработке съезда в котлован и при рытье начала выемки на крутых косогорах. При лобовом забое грунт разрабатывается на всю ширину проходки. Торцевой забой применяется при разработке выемок ниже уровня стоянки экскаватора, при этом экскаватор, передвигаясь задним ходом по поверхности земли или на уровне, расположенном выше дна выемки, разрабатывает торец выемки. Боковые забои применяются для разработки выемки прямой лопатой, при этом пути транспортных средств устраиваются параллельно оси перемещения экскаватора или выше подошвы забоя. При боковом способе полная ширина проходки может быть получена путем последовательной разработки ряда проходок. Поперечным (боковым) способом разрабатывают выемки с отсыпкой грунта в направлении, перпендикулярном оси выемки. Поперечный способ применяется при разработке протяженных нешироких выемок с отсыпкой кавальеров или при устройстве насыпей из боковых резервов.

Некоторые виды выемок (например, планировочные) можно разрабатывать боковым забоем с движением транспорта на одном уровне с экскаватором. Иногда для перехода к разработке с боковым забоем необходимо вначале отрывать так называемую пионерную траншею, которую экскаватор начинает разрабатывать, спустившись на дно забоя по пандусу. Если высота выгрузки экскаватора больше или равна сумме глубины выемки, высоты борта самосвала и «шапки» над бортом (0,5 м), пионерную траншею разрабатывают боковым забоем при движении транспорта по дневной поверхности на расстоянии не менее 1 м от края выемки. При значительных в плане размерах выемки ее разрабатывают поперечными проходками вдоль меньшей стороны, при этом обеспечивается минимальная длина пионерной траншеи, что позволяет организовать наиболее производительное кольцевое движение транспорта. Выемки, глубина которых превосходит максимальную глубину забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов. При этом нижний ярус разрабатывают аналогично верхнему, а автомобили подают к экскаватору так, чтобы ковш находился на кузов сзади. Трасса движения автомобиля в этом случае должна быть параллельна оси проходки экскаватора, но направлена в противоположную сторону.

Экскаватор, оборудованный обратной лопатой, применяется при разработке грунта ниже уровня стоянки и наиболее часто используется при рытье траншей для укладки подземных коммуникаций и небольших котлованов под фундаменты и другие сооружения. При работе с обратной лопатой также применяют торцовый или боковой забой. Наиболее целесообразно применять экскаватор с обратной лопатой для разработки котлованов глубиной не более 5,5 м и траншей до 7 м. Жесткое крепление ковша обратной лопаты дает ему возможность рыть узкие траншеи с вертикальными стенками. Глубина разрабатываемых узких траншей больше, чем глубина котлованов, так как экскаватор может опускать стрелу с рукоятью в самое нижнее положение, сохраняя устойчивость.

Экскаватор с рабочим оборудованием драглайн применяется при разработке больших и глубоких котлованов, при возведении насыпи из резервов и т. п. Преимуществами драглайна являются большой радиус действия и глубина копания до 16-20 м, возможность разрабатывать забои с большим притоком грунтовых вод. Драглайн разрабатывает выемки торцовыми или боковыми проходками. Для торцовой и боковой проходок организация работ драглайна аналогична работе обратной лопаты. При этом сохраняется такое же соотношение максимальной глубины резания. Драглайн обычно передвигается между стоянками на 1/5 длины стрелы. Разработка грунта драглайном чаще всего производится в отвал (односторонний или двусторонний), реже — на транспорт.

Экскаваторы отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый недобор. Недобор оставляют, чтобы избежать повреждения основания и не допускать переборов грунта, он составляет обычно 5-10 см. Для повышения эффективности работы экскаватора применяют скребковый нож, насаженный на ковш. Это приспособление позволяет механизировать операции по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с погрешностью не более плюс-минус 2 см, что исключает необходимость ручных доработок.

Разработка грунта экскаваторами непрерывного действия осуществляется при отсутствии в грунтах камней, корней и т. п. До начала работы вдоль трассы траншеи бульдозером планируется полоса земли шириной не менее ширины гусеничного хода, затем разбивается и закрепляется ось траншеи, после чего начинается отрывка ее со стороны низких отметок (для стока воды). Многоковшовые экскаваторы разрабатывают траншеи ограниченных размеров и, как правило, с вертикальными стенками.

Экскаваторным забой - зона, ограниченная радиусом действия рабочего оборудования экскаватора и включающая в себя площадку, на которой установлен экскаватор, часть поверхности, на которой разрабатывают грунт, а также место установки транспортных средств или отсыпки грунта в отвал. Геометрические размеры и форма забоя различны и зависят от типа рабочего оборудования экскаватора, его рабочих параметров, назначения земляного сооружения и принятой схемы разработки грунта. Забой перемещается по мере разработки грунта экскаватором, образуя проходку. Применение рациональных приемов работы в правильно выбранном забое обеспечивает высокую производительность и максимальную эффективность оборудования.

Оптимальная высота забоя должна быть достаточной для заполнения ковша экскаватора за одно черпание.

Угол поворота экскаватора должен быть минимальным, т.к. это расходует 70% времени рабочего цикла экск.

Основными типами экскаваторных забоев для прямой лопаты являются боковой и лобовой (тупиковый). При разработке грунта боковыми забоями ось перемещения экскаватора находится за пределами разрабатываемого массива. Экскаватор грузит грунт в транспортные средства или отсыпает в отвалы, кот. находятся по другую сторону от оси движения. При этом обеспечиваются благоприятные условия движения транспорта.

В лобовом забое экск. разрабатывает грунт впереди себя и отгружается на транспорт, который подаются по дну забоя. Его применяют в редких случаях – не производительный из-за большого угла поворота и неудобных подъездов транспорта.

 

Подводное бетонирование.

Подводное бетонирование применяют при строительстве опор мостов, днищ опускных колодцев и других сооружений, возводимых в водоемах или в условиях высокого стояния грунтовых вод. Главным условием получения качественного бетона при подводном бетонировании является сохранение заданного водоцементного отношения. Особенность методов подводного бетонирования состоит в том, что во время подачи укладки бетонную смесь ограждают от непосредственного контакта с водой и тем самым защищают от ее размывающего воздействия.

Существуют четыре способа подводного бетонирования: вертикального перемещения трубы (ВПТ), восходящего раствора (ВР), втрамбовывания бетонной смеси в ранее уложенную и укладка смеси в мешках. Способ вертикального перемещения трубы заключается в том, что бетонную смесь подают в опущенные до основания будущего сооружения трубы. Бетонную смесь подают по стальным бесшовным трубам диаметром до 200 мм, собираемым из звеньев длиной 0,5... 1 м с помощью быстроразъемных водонепроницаемых соединений. У верхнего звена трубы устраивают воронку или бункер для загрузки бетонной смеси. По мере повышения уровня бетонирования трубу с помощью полиспаста и лебедки поднимают и лишние звенья удаляют. Радиус действия трубы не должен превышать 6 м, при этом нижний конец трубы должен быть постоянно заглублен в бетонную смесь не менее чем на 0,7, 1,2 и 1,6 м при глубине бетонирования соответственно до 10, 20 и более 20 м. Для предотвращения вымывания укладываемой бетонной смеси, цемента и частиц песка участок бетонирования защищают от притока воды шпунтовыми ограждениями или специально изготовленной опалубкой. При подводном бетонировании заданные свойства укладываемой бетонной смеси не ухудшаются, так как она поступает под слоем ранее уложенной смеси. Этот верхний слой после окончания бетонирования удаляют. К бетонной смеси, укладываемой методом ВПТ, предъявляют следующие требования: осадка конуса должна быть 14... 16 см при укладке с вибрацией и 16...20 см при укладке без вибраций. В смеси необходимо вводить пластифицирующие добавки.Метод ВПТ экономически целесообразно применять при предельной глубине 50 м.

Способ восходящего раствора заключается в том, что через стальные трубы диаметром 37... 100 мм, установленные в ограждающих шахтах из швеллеров, в каменную наброску подают раствор, который, заполняя в ней пустоты, образует монолит. Разновидностью способа ВР является способ, при котором трубы устанавливают без шахт непосредственно в каменной наброске, что позволяет более полно использовать давление раствора в трубе, однако трубы затем оставляют в бетоне. При высоте бетонируемого блока более 10 м раствор подают под давлением растворонасосами. При заливке через ограждающие шахты по ходу бетонирования; трубу поднимают, оставляя нижний конец трубы заглубленным на 0,8...1 м в растворе. Преимуществом способа ВР по сравнению со способом ВПТ является раздельная укладка крупного заполнителя и раствора, что исключает возможность расслаивания смеси при транспортировании и укладке ее. Недостаток этого способа — повышенный расход металла на ограждающие шахты и трубы и не всегда надежное заполнение пустот в каменной наброске. Поэтому способом-ВР в основном возводят сооружения в стесненных условиях или на глубине 30...50 м.

Способ втрамбовывания бетонной смеси заключается в том, что над водой создают пионерный островок из свежеуложенйой бетонной смеси, в который втрамбовывают очередные порции бетона. Этот способ может быть применен при глубине блока бетонирования до 1,5 м.

Укладка бетонной смеси в мешках. Мешки из прочной, но редкой ткани (на 10...12 л каждый) заполненные сухой бетонной смесью, погружают в воду и укладывают с перевязкой в сооружение. После того как бетонная смесь затвердевает, образуется монолит. Этот способ связан с проведением водолазных работ, и его используют главным образом в аварийных случаях.