РАЗДЕЛ №2. Технологические процессы разработки грунта и устройства фундаментов.

 

Земляные работы чаще всего выполняются механизированными способами, основными из которых являются механический, гидромеханический, комбинированный.

Механический способ заключается в разработке грунта резанием землеройными и землеройно-транспортными машинами. К землеройным машинам относятся одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, разрабатывающие грунт в отвал или на транспортные средства. К землеройно-транспортным относятся бульдозеры, скреперы, грейдеры, струги, планировщики, каналокопатели и др. Они предназначены для послойного резания, транспортирования, отсыпки и планировки грунта.

Гидромеханический способ предусматривает; 1) размыв грунта напорной водяной струей гидромониторных установок, или 2) всасывание его со дна водоемов плавучими землесосными снарядами. Гидромониторные установки и земснаряды, которые с помощью воды размывают, транспортируют и укладывают грунт в насыпь, служат для разработки котлованов, каналов, спрямления русел рек, углубления водоемов, а также для намыва территорий, плотин, насыпей под дороги. Размываемый грунт транспортируется в виде жидкой суспензии (пульпы) по трубопроводам.

Специальные способы разрушения или уменьшения прочности грунта основаны на использовании взрыва, ультразвука, токов высокой частоты, термических установок и др.

Комбинированный способ представляет собой сочетание, например, механического и гидромеханического или механического и взрывного способов.

Способы разработки грунта одноковшовыми экскаваторами определяются в основном видом применяемого на них сменного рабочего оборудования. Выбор способа зависит от размера и объемов земляных сооружений, свойств грунта, наличия грунтовых вод, вечной мерзлоты и др. Пространство, в котором размещается экскаватор и производится выемка грунта, называют забоем. Его форма и размеры зависят от рабочих параметров экскаватора и принятой схемы разработки грунта.

Экскаватор, оборудованный прямой лопатой, применяют для разработки грунта в котлованах и карьерах с погрузкой его как на транспорт, так и с отсыпкой малых объемов в отвалы. Такой экскаватор разрабатывает грунт выше уровня стоянки и поэтому всегда находится внизу котлована. В необходимых случаях, например, при заходе в забой с постепенным заглублением, экскаватор может разрабатывать грунт ниже своего уровня стоянки.

Для определения ширины забоя и правильного выбора транспортных средств необходимо знать экскаватора прямая лопата: 1) максимальный радиус резания грунта R₁; 2)наибольший радиус резания на уровне стоянки экскаватора R₄; З) наименьший радиус резания на уровне стоянки экскаватора R₅; 4) наибольший радиус выгрузки R₂ высоту выгрузки h₂ при этом радиусе; 5) наибольшую высоту выгрузки h₃ и радиус выгрузки при этой высоте R₃; 6) высоту резания h₁ 7) ширину проходки L₁ по подошве забоя; 8) длину рабочей передвижки экскаватора; 9) рас стояние от оси транспортного пути до оси движения экскаватора 1) L₁ — радиус хвостовой части кабины экскаватора; 2) h₄ — максимальную глубину резания грунта ниже подошвы забоя; 3) — оптимальный угол поворота стрелы экскаватора относительно продольной оси забоя (принимается = 65-70^о).

С помощью экскаватора прямая лопата грунт в котловане можно разрабатывать лобовой, уширенной лобовой боковой проходами. При лобовой проходке экскаватор перемещается параллельно продольной оси котлована, разрабатывая грунт впереди себя с устройством выемки шириной по верху не более 1,5 R_p где R_p (рабочий радиус резания) — обычно равен 0,7—О,9. Дальнейшую разработку грунта в широких выемках ведут продольными (параллельно расположенными) боковыми проходками.

При ширине выемки по верху 2...2,5R_p применяют уширенный забой, при котором экскаватор перемещается по способу зигзаг на величину 0,З...0,8 R_p, а при ширине выемки 25…З,5 R_p применяется продольно—поперечное перемещение экскаватора в забое.

Шаг перестановки экскаватора в забое е зависит от наибольшего R₄ и наименьшего R₅ радиусов резания на уровне стоянки экскаватора. Он находится как разность этих радиусов, т.е. е = R₄ – R₅.

Когда экскаватор прямая лопата разрабатывает грунт боковым забоем на второй и последующих проходках, автосамосвалы спускаются вниз котлована. В неглубоких котлованах автосамосвалы могут размещаться на поверхности земли или вышерасположенной подошве забоя, не спускаясь при этом вниз котлована. Такой способ должен быть предварительно проверен из условия возможной разгрузки грунта экскаватором, находящимся в забое.

Если глубина выемки превышает оптимальную высоту забоя, то грунт разрабатывают по ярусам. Оптимальную высоту забоя можно принимать равной 0,7...0,8 наибольшей высоту резания h₁ грунта. Минимальную высоту забоя принимают (в среднем) равной трехкратной высоте ковша.

Экскаватор обратная лопата применяют для разработки грунта в траншёях, а также в котлованах для зданий и сооружений.

Разработка грунта экскаваторами с обратной лопатой осуществляется торцовыми или боковыми проходками с перемещением экскаватора по верху забоя “на себя” с копанием грунта ниже уровня его стоянки. При этом в зависимости от ширины котлованов разработку грунта осуществляют с прямолинейной, зигзагообразной лобовой, поперечно—торцовой и боковой проходкой.

Разрабатываемый грунт отсыпают или в отвал на бровку, или на транспорт. Ширину проходки при погрузке грунта в транспортные средства принимают 1,2...1,З) R_p, а при отсыпке в отвал — (О,7...О,8) R_p

Экскаваторами—драглайнами, имеющими удлиненную стрелу и ковш, свободно подвешенный на тросе, разрабатывают грунт с отсыпкой его в отвал или на транспортные средства при устройстве глубоких котлованов, каналов и траншей. Разработка грунта производится ниже уровня стоянки экскаватора с работой его “на себя”; кожа заполняется в процессе протаскивания его по грунту. Широкие выемки разрабатывают за несколько лобовых проходок или применяют такие технологические приемы, как перемещение по зигзагу или поперечно – торцовую проходку, а также членочный способ работы экскаватора.

Экскаваторы с грейферным могут разрабатывать выемки в радиусе 8...24 м на глубине 7..15 м. Такие экскаваторы чаще всего применяют для разработки глубоких выемок с вертикальными стенками, например при устройстве опускных колодцев водозаборов, углубленных насосных станций и т.п.

Транспортировка грунта при работе одноковшовых экскаваторов осуществляется автосамосвалами. Количество автосамосвалов определяют из условия обеспечения бесперебойной работы экскаватора. Оно зависит от продолжительности 1) установки автосамосвала под погрузку; 2) погрузки автосамосвала; З 3) пробега автосамосвала в оба конца; 4) установки автосамосвала под разгрузку; 5) разгрузка автосамосвала; 6) технологических перерывов, возникающих в течение рейса (маневры, разъезды).

Грузоподъемность автосамосвалов принимают с учетом емкости ковша экскаватора и расстояния транспортирования грунта. Вместимость кузова автосамосвала должна быть равна как минимум З...4 объемам ковша экскаватора.

Многоковшовые траншёйные экскаваторы по типу основного рабочего оборудования подразделяются на цепные и роторные. Цепные применяют при разработке мягких грунтов, а роторные — грунтов повышенной прочности, в том числе мерзлых. Экскаваторы, предназначенные для копания траншей глубиной более 2,5 м в сыпучих грунтах, оснащаются дополнительным оборудованием для образования откосов.

Разработку траншей роторными и цепными экскаваторами в связанных грунтах (суглинках, глинах) на глубину до З м можно производить без крепления.

Если необходимо рытье траншей более глубоких, чем позволяют возможности выпускаемых многоковшовых экскаваторов, их разрывают комбинированным способом в несколько этапов. Вначале до определенной глубины делают выемку с помощью бульдозеров или скреперов, а затем выполняют работы с использованием многоковшовых экскаваторов.

Время цикла работы одноковшового экскаватора t_ц складывается из: 1)времени набора грунта ковшом; 2) времени подъема ковша с поворотом платформы к месту разгрузки; 3) времени разгрузки грунта; 4) времени обратного поворота платформы с опусканием ковша в забой для набора грунта. 3ремя цикла зависит от рационального выбора грузоподъемности транспортных средств и правильной их расстановки относительно экскаватора. Необходимо стремиться к тому, чтобы угол поворота стрелы экскаватора при разгрузке грунта в отвал или на транспортные средства был минимальным. Ковш должен полностью заполняться грунтом за период одного черпания.

Разработка грунта землеройно-транспортными машинами. Разработка грунта скреперами. Рабочий цикл скрепера состоит из ряда операций: 1) резание грунта и наполнение ковша; 2) транспортирование грунта к месту укладки; З) выгрузка и укладка грунта с частичным его уплотнением колесами скрепера. Толщина снимаемого слоя в зависимости от мощности тягача, типа скрепера и вида грунта может достигать 20... 35 см для прицепных и 30...36 см для самоходных скреперов. С их применением производят работы по планировке строительных площадок, разработке широких траншей, отрывке большеразмерных в плане котлованов для емкостных сооружений и возведению насыпей.

Эффективность работы скрепера находится в прямой зависимости от значений коэффициента наполнения ковша и продолжительности рабочего цикла. Этот коэффициент можно если: 1) загружать ковш с “шапкой”, 2) сократить время загрузки за счет рационального регулирования толщины срезаемого слоя, т.е. в начала загружать скрепер более толстой стружкой с постепенным ее уменьшением по мере заполнения ковша. Если на площадке работает несколько скреперов, то для сокращения времени их загрузки или для увеличения тягового усилия при наполнении ковша в плотных грунта применяют трактор - толкач.

В зависимости от вида и объема выполняемых работ осуществляют различные движений скрепера, в плане - по эллипсу, восьмеркой, зигзагообразное, по спирали, поперечно—челночное и др.

Самоходные скреперы набирают грунт чаще всего с помощью трактора—толкача, оснащенного буером-амортизатором. Такие скреперы целесообразно использовать в виде скреперных поездов из двух—трех машин.

Продолжительность цикла скрепера зависит от: 1)длины пути и 2)скорости движения скрепера, при: 1)наборе 2) транспортировании, 3)разгрузке грунта, 4) перемещении порожнего скрепера, 5)от дополнительных затрат времени, необходимых на переключение передач, подъем и опускание передней заслонки, подъем ковша в транспортное положение, развороты скрепера после погрузки и разгрузки.

Длина пути набора грунта от емкости ковша скрепера, ширины и толщины срезаемого слоя, вида грунта.

Бульдозеры применяют дан послойного резания и продольного перемещения грунта на расстояние до 200 м (Оптимальное же расстояние транспортирования 70...1ОО м). Ими можно разрабатывать и перемещать легкие, средние и тяжелые грунты. Наибольшая глубина резания бульдозерами колеблется от20 до60 см. Котлованы разрабатывают бульдозерами преимущественно траншейным способом по челночной схеме.

Продолжительностью полного рабочего цикла бульдозера складывается из времени: 1) набора грунта;2)транспортировки грунта; 3) холостого хода; 4)времени на поворот трактора;5)на переключение на скоростей;6)на опускание отвала бульдозера.

Широкое применение автогрейдеры получили для. 1) устройства корыта земляного полотна; 2) планировки грунта, отсыпаемого в насыпь; 3) срезки и планировки откосов выемок и насыпей; 4) профилирования земляного корыта песчаного слоя; 5) разравнивания щебеночного основания.

При устройстве грунтовой дороги или профилировании земляного полотна автогрейдер перемещается последовательными проходами, начиная от наружных полос с постепенным приближением к оси дороги. Разработку грунта автогрейдер осуществляет снятием прямоугольной и треугольной стружки.

Время рабочего цикла (t_ц) автогрейдера складывается из времени: 1) перемещения грунта отвалом, 2) подъема отвала в транспортное положение, 3) на переключение передач и повороты в конце рабочего кода, 4) обратного (холостого) кода, 5) на переключение передач и повороты автогрейдера.

Грейедер-элеватор применяют для разработки и отсыпки грунта в насыпи или отвалы. прицепной диагональный грейдер—элеватор имеет выдающий транспортер (с овальным мостом) длиной до 45 м перемещает и отсыпает грунт в насыпь высотой 3,8 м.

Гидромеханические способы разработки и намыва. Различают два основных способа разработки грунта: 1) гидромониторный, при котором грунт в открытом забое разрабатывается мощной узконаправленной струей воды, выбрасываемой под большим давлением из насадки — гидромонитора; 2) землесосный, при котором разработка грунта на дне реки или водоема производится землесосными снарядами.