Выбор способа производства земляных работ

Производство земляных работ в открытых котлованах

Этот способ является наиболее распространенным ввиду его простоты и доступности. Сущность его состоит в том, что для возводимого сооружения разрабатывается необходимых размеров в плане и по глубине котлован с откосами, крутизна которых устанавливается в зависимости от свойств грунтов и уровня залегания грунтовых вод [2] такой, чтобы обеспечивалась устойчивость откосов.

Сооружения, возводимые в открытых котлованах, могут быть любой формы и размеров. Наибольшая эффективность применения этого способа достигается при малой глубине заложения сооружения в устойчивых, необводненных грунтах, при сложной конфигурации и больших размерах сооружения в плане.

При строительстве заглубленных сооружений в открытых котлованах, разрабатываемых в песчаных и глинистых грунтах, применение этого способа рекомендуется [4] в следующих случаях:

в песчаных водонасыщенных грунтах – до глубины 6–7 м;

в песчаных грунтах естественной влажности – до глубины котлована 10–11 м;

в водонасыщенных глинистых грунтах – до глубины котлована 10–12 м;

в глинистых грунтах естественной влажности – до глубины котлована 13–16 м.

Разработка грунтов при устройстве котлованов производится, как правило, экскаваторными драглайнами, обратными и прямыми лопатами. В ряде случаев при сравнительно небольшой глубине (до 1,5–2,5 м) и значительной протяженности котлована (свыше 30 м) разработку грунтов можно выполнять землеройно-транспортными машинами – скреперами и бульдозерами.

В любом случае сначала составляется перечень основных машин, техническая область применения которых соответствует параметрам возводимого сооружения. Затем устанавливается, какие из указанных машин не могут быть эффективно использованы по условиям организации работ на строительной площадке (недостаточность фронта работ для размещения машин, сжатые сроки строительства, сложные инженерно-геологические условия и т.п.).

Как известно, в практике строительства сооружений водоснабжения и водоотведения наибольшее применение при производстве земляных работ получили экскаваторы.

Поэтому при выполнении курсового проекта выбор экскаватора рекомендуется производить в следующей последовательности.

1. По объему земляных работ на объекте устанавливается необходимая емкость ковша экскаватора. При этом можно ориентироваться на данные, приведенные в табл. 2 [4].

 

Таблица 2

Ориентировочные данные по выбору емкости ковша

Экскаватора

Объем земляных работ, тыс.м^3	Емкость ковша, м^3
До 10	0,25–0,40
10–20	0,5–0,65
20–60	0,8–1,25
60–100	2,0
Свыше 100	2,5–4,0

 

2. После определения рациональной емкости ковша по справочным данным устанавливается определенная марка экскаватора.

3. В зависимости от глубины котлована, уровня грунтовых вод, вида грунта и сезона ведения земляных работ выбирается рабочее оборудование для принятой марки экскаватора. Некоторые рекомендации по выбору экскаватора приведены в табл. 3 [4]. Следует иметь в виду, что предпочтительной является разработка грунта драглайном или обратной лопатой, так как в этом случае землевозный транспорт не надо подавать в котлован.

Однако в глубоких котлованах приходится применять экскаватор с оборудованием прямой лопаты, так как глубина копания драглайна или обратной лопаты может оказаться недостаточной. При глубине котлована свыше 6 м необходимо предусматривать устройство съезда и выезда из него.

Если уровень грунтовых вод выше проектной отметки дна котлована, то предварительно производится осушение котлована путем водоотлива или водопонижения.

После того, как произведен выбор марки рабочего оборудования экскаватора, решается вопрос о возможных технологических схемах и способах производства работ. Окончательный выбор способа производства работ производится на основании технико-экономического сравнения вариантов.

 

Таблица 3

Рекомендации по выбору типа экскаватора

Сменное оборудование	Емкость ковша при группе грунта, м^3	Вид работ	Условия работ
I–III	IV–VI
Прямая лопата	0,15–2	0,5–5	Разработка котлована и траншей с погрузкой грунта на автотранспорт и частичной укладкой в отвал	При уровне грунтовых вод ниже подошвы разработки. При уровне грунтовых вод выше подошвы разработки с применением водоотлива или водопонижения

Продолжение табл. 3

Обратная лопата	0,15–0,65	0,5–1,6	Разработка траншей и небольших котлованов с погрузкой грунта на автотранспорт и укладкой в отвал	Независимо от уровня грунтовых вод. При притоке воды, препятствующем производству работ с водопонижением или водоотливом
Драглайн	0,25–2	0,5–2	Разработка котлованов, траншей и каналов; при возведении насыпей из резервов с укладкой грунта в отвал и погрузкой на автотранспорт	Независимо от уровня грунтовых вод. При притоке воды, препятствующем производству работ, с водопонижением или водоотливом
Грейфер	0,35–1,5	–	Разработка глубоких котлованов с вертикальными стенками, погрузочно-разгрузочные работы, подача грунта в котлован при его обратной засыпке	Независимо от уровня грунтовых вод. При притоке воды, препятствующем производству работ, с водопонижением или водоотливом

Пример. Наметить возможные варианты производства работ по сооружению котлована под группу резервуаров. Весь грунт нужно уложить в двусторонние отвалы, расположенные на расстоянии 9 м от котлована (рис. 2). Глубина котлована 2,8 м, размеры по низу 9х51 м, грунт – песок, грунтовые воды на уровне 8 м от поверхности земли.

Решение. В этом примере могут быть намечены следующие варианты производства механизированных земляных работ.

Грунт можно разрабатывать экскаватором обратной лопатой с устройством промежуточного отвала и одновременным перемещением его на нужное расстояние бульдозером, можно рассматривать вариант без бульдозера, подобрав, например, экскаватор-драглайн, который сможет разрабатывать котлован с отсыпкой грунта в отвал сразу на нужное расстояние. Наконец, можно рассмотреть вариант разработки котлована скрепером.

Далее определяются необходимые параметры машин. Для варианта разработки котлована экскаватором обратной лопатой с перемещением грунта в отвал бульдозером экскаватор выбирается по глубине котлована. Намечая такой вариант разработки грунта, нужно удостовериться, что производительность принятого в комплекте с экскаватором бульдозера будет не меньше, чем у ведущей машины (экскаватора).

Выбор экскаватора по техническим параметрам для отрывки котлована без устройства промежуточного отвала начинается с ориентировочной разбивки котлована на проходки и с уточнением размеров отвалов.

Предполагая, что котлован будет разрабатываться двумя продольными проходками равного объема с устройством отвалов вдоль котлована (см. рис. 2), площадь поперечного сечения отвала определяют следующим образом

,

где F _к – площадь поперечного сечения котлована, м²;

К _п.р. – коэффициент первоначального разрыхления.

Тогда

F_o = 0,5 ·2,8 · 1,15 = 19 м².

Высота отвала может быть примерно на 0,5 м меньше максимальной высоты выгрузки, что для экскаваторов с емкостью ковша 0,4–0,8 м³ составляет не более 5 м. В этом случае форма поперечного сечения отвала при показателе крутизны его откоса m _o = 1 – треугольная.

Высота отвала = 4,35 м.

Принимается экскаватор-драглайн ЭО–4121 (Э–652) с ковшом емкостью 0,65 м³ и длиной стрелы 13 м. Максимальный радиус резания его на уровне стоянки R _p = 13,2 м, а радиус выгрузки R _в = 10,4 м [5].

Для улучшения условий работы экскаватора в забое (уменьшение угла поворота и сокращение числа передвижек) при проектировании производства работ величину А ₁ (см. рис. 2) нужно назначать равной

А ₁ = (0,85 – 0,92) R _p (0,8 – 0,9) R _в.

Принимается

А ₁ = 0,9 R _p + 0,8 R _в = 0,9 · 13,2 + 0,8 · 10,4 = 20,4 м.

Это меньше величины А = 22,05 м (см. рис. 2), поэтому движение экскаватора будет зигзагообразным. Можно принять, что с каждой оси зигзага а и b (см. рис. 2) экскаватор разрабатывает соответственно 1/3 и 2/3 объема котлована. Тогда поперечное сечение отвала разобьется на две части, равные F _o и F _o, отсыпаемые соответственно с осей а и b стояния экскаватора.

Ширина зигзага t в этом случае равна 22,05 – 20,4 = 1,65 м.

Длина передвижки экскаватора

м.

Полученная величина l _п не должна быть меньше допустимой по условиям наполнения ковша.

Намечая для дальнейшего сравнения скреперный вариант производства работ, следует исходить из того, что на строительство сооружений водоснабжения и водоотведения применяются скреперы с ковшами емкостью до 8 м³.

В этой задаче можно наметить выполнение земляных работ прицепным скрепером с ковшом емкостью 6 м³.

Выбор способа производства работ по отрывке котлована или траншеи производится на основании технико-экономического сравнения вариантов.

На этой стадии проектирования нужно вводить коррективы в объемы работ с учетом возможного изменения крутизны откосов котлована и отвалов в зависимости от способа производства работ.

Сопоставление вариантов производства работ ведется по приведенным затратам, рассчитанным на отрезок времени, в течение которого производятся механизированные работы:

, (3)

где П _о – приведенные затраты на производство механизированных работ на объекте, руб.;

К – капитальные вложения, в данном случае инвентарно-расчетная стоимость машины, руб.;

Е _н – коэффициент народнохозяйственной эффективности, в курсовом проекте можно принимать Е _н = 0,15;

Т _год – нормативное число часов работы машины в году;

Т _ф – фактическое число часов работы машины на объекте;

С _м._о. – себестоимость выполнения механизированных работ на объекте, руб.

Значения входящих в формулу (3) величин К и Т _год рекомендуется принимать на основании [6, табл. XXIII 3].

Себестоимость производства механизированных работ на объекте может быть определена по формуле

, (4)

где Е – единовременные затраты, связанные с перебазированием, монтажом и демонтажом машины на объекте, руб.;

Э _год – годовые затраты, руб.;

Э _см – текущие эксплуатационные затраты, руб/м-ч;

∑ З _р – сумма заработной платы рабочих, занятых в технологическом процессе (без зарплаты рабочих, учтенной в стоимости машино-смен);

1,08 и 1,5 – коэффициенты, учитывающие накладные расходы.

Продолжительность работы машин или комплекта машин на объекте можно получить из выражения

,

где V – объем земляных работ на объекте, м³;

П _ч – часовая производительность машины (комплекта), определяемая на основании производственных норм, приводимых в ЕНиР, м³/ч, или согласно [6].

Пример. Определить производительность экскаватора обратной лопаты с емкостью ковша 0,65 м³ при разработке котлована. Грунт I группы. Способ разработки – навымет.

Решение. На основании ЕНиР норма машинного времени составляет 1,8 м.-ч на 100 м³ грунта, следовательно

П _ч = = .

Величину∑ З _р для всех вариантов производства работ можно считать одинаковой, и учитывая, что при сравнении вариантов нас интересует только разница в их стоимости, величину ∑ З _р в расчетах можно опустить.

Тогда расчетная формула принимает вид

, (5)

где все обозначения те же, что и в формулах (3) и (4), но для i -й машины, участвующей в механизированном процессе.

Для выбранного варианта производится детальное проектирование работы машин на объекте. Приводятся схемы расположения отвалов и проходок машин аналогично тому, как это показано на рис. 2.

 

Технико-экономические показатели

По выбранному варианту производства земляных работ определяются следующие показатели:

– приведенные затраты на 1 м³ грунта;

– себестоимость разработки 1 м³ грунта;

– затраты труда на 1 м³ грунта, чел.-дн.;

– затраты машинного времени на 1 м³ грунта, м.-ч.;

– срок производства земляных работ на объекте.

Практика показывает, что строительство емкостных сооружений, заглубленных на 3–5 м, в сухих грунтах целесообразно осуществлять главным образом в открытых котлованах.