5.6.1. Временное укрепление стенок выемок

При возведении подземной части зданий и сооружений особые требования предъявляются к откосам и стенкам выемок. Необходимость их крепления, а также конструкции крепления зависят от гидрогеологических условий и конструкции подземной части возводимого сооружения.

Вертикальные стенки в грунтах естественной влажности при отсутствии грунтовых вод допускаются без крепления: при глубине выемок в песчаных и крупнообломочных грунтах не более 1 м, в супесях — 1,25 м, в суглинках и глинах - 1,5 м, в особо плотных грунтах -2 м.

При больших глубинах для предотвращения обвалов и оползней стенок выемок устраивают откосы, параметры которых определяются и регламентируются СНиПом. Необходимость устройства откосов ведет к значительному увеличению габаритов земляного сооружения и соответственно объемов разработки грунта, повышению материальных и трудовых затрат.

Для уменьшения объемов земляных работ, а также в случаях, когда разработка выемок с откосами невозможна из-за стесненности площадки или наличия грунтовых вод, устраивают выемки с вертикальными стенками.

Временное крепление стенок земляного сооружения может быть выполнено в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками при подкосном креплении стенок (рис. 5.7).

Шпунтовое ограждение является наиболее надежным, но и самым дорогим из существующих способов. Применяют шпунт при разработке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий и сооружений. Шпунт, металлический или деревянный, забивают в грунт на глубину, превышающую глубину будущего котлована на 2...3 м (величина расчетная), чем обеспечивают устойчивое и естественное состояние грунта за пределами выемки. В качестве металлических стоек используют прокатные профили (швеллер, двутавр, трубы) или специально выпускаемый прокат (рис. 5.7, д).

Рис. 5.7. Способы крепления стенок выемок:

а - подкосное, б - анкерное; в - консольное; г - консольное из буронабивных свай или «стены в грунте»; д — из различных типов стальных шпунтов; е — распорное с горизонтальными щитами и прозорами; ж - инвентарная трубчатая распорная рама; з - инвентарные щиты ограждений (за-бирка); 1 - щит забирки сплошной, 2 - полость, засыпаемая землей; 3 - стойка деревянная; 4 -распорка; 5 - подкос; 6 — клин-анкер; 7 - дно котлована; 8 - анкерная тяга; 9 — щит забирки с прозорами; 10 - трубчатая распорная рама; 11 - типы стального шпунта; 12 - стяжная муфта; 13 -шпунтовая стенка; 14 - буронабивные сваи; 15 - то же, в обсадной трубе; 16 - металлическая распорка; 17 — стойка распорной рамы; 18, 19 - наружная и внутренняя трубы распорки

Шпунт может быть сплошным в виде единой стенки, если шпунт прерывистый, то между стойками по мере отрывки котлована забивают деревянную забирку — щиты, отдельные доски, брусья.

Распорное крепление применимо для узких траншей (рис. 5.7, ж) глубиной 2...4 м в сухих и маловлажных грунтах и состоит из вертикальных стоек, горизонтальных досок, дощатых (сплошных или несплошных) щитов и распорок, прижимающих стойки и щиты к стенкам траншеи. Стойки, как и распорки, устанавливают по длине траншеи через 1,5... 1,7 м одна от другой и по высоте - через 0,6...0,7 м. При связных грунтах естественной влажности и глубине до 3 м горизонтальную забирку устраивают из досок толщиной 5 см с прозорами на ширину доски, при большей глубине забирку делают сплошной из щитов. Распорное крепление трудоемко и затрудняет производство работ в траншее, особенно при прокладке коммуникаций, если позволяют условия, то применяют другие виды креплений.

Вместо деревянных стоек и раскосов используют стальные трубчатые стойки и телескопические распорки, длина которых изменяется за счет вращения винтовых муфт. Эти инвентарные распорные рамы эффективны ввиду их малой массы, легкого монтажа и демонтажа. Металлические трубчатые стойки по высоте имеют отверстия для крепления распорок. Распорка телескопического типа (рис. 5.7, з) состоит из наружной и внутренних труб, поворотной муфты и опорных частей. В зависимости от ширины траншеи расстояние между стойками устанавливают путем выдвижения внутренней трубы из наружной, которое фиксируется болтом-стопором, вставляемым в совмещенное отверстие труб. Полное прижатие щитов к стенкам выемки осуществляют поворотом до упора муфты с винтовой нарезкой.

Анкерное крепление. Для восприятия опрокидывающих моментов, возникающих от действия грунта на шпунтовые, свайные и другие ограждения выемок, применяют анкерные устройства (грунтовые анкеры). Анкеры устраивают в одном или нескольких уровнях по высоте откоса под углом к горизонту до 25°.

Основная деталь анкера - растягиваемый элемент (тяга) выполняется из металла. Анкерную тягу одним концом крепят к конструкции стенки, а другим — в грунтовой массив за пределы возможной призмы обрушения и закрепляют там при помощи инъецируемого в грунт раствора (рис. 5.7, б). Грунтовой анкер устраивают следующим образом. После разработки котлована до определенной отметки под углом к горизонту забуривают скважину диаметром 20...30 см и глубиной 8...20 м, часто применяя при этом обсадные трубы. Тягу заводят в скважину, После чего в нее инъецируют раствор, замоноличивая анкер по всей Длине или только в нижней его части. Когда раствор затвердеет, анкер Натягивают. Грунтовые анкеры располагают через 3...5 м.

Конструкции анкеров отличаются материалом, из которого изготовлена тяга, несущей способностью и способом закрепления в грунте.

Наиболее простое и часто встречаемое анкерное крепление выполняется следующим образом. На уровне дна котлована или траншеи вдоль стенок забивают с шагом 1,5...2,0 м (в зависимости от глубины котлована и влажности грунта) стойки на глубину 0,5... 1,0 м ниже уровня дна котлована. Эти стойки на уровне верха котлована оттягивают анкерными тягами в виде двух пластин, на расстояние, превышающее угол естественного откоса и прикрепляют эти пластины к наклонно забитому анкеру. За установленными и закрепленными стойками укладывают щиты или дощатую забирку. Анкерные тяги несколько заглубляют в грунт, чтобы они не мешали передвижению людей по бровке котлована.

Подкосное крепление обычно устраивают при отрывке широких котлованов с расположением внутри котлована. Крепление состоит из щитов или досок, прижатых к грунту стойками, раскрепленными подкосами с защемлением с помощью упоров. Вертикальные стойки приобретают устойчивость за счет наклонных подкосов и горизонтальных распорок, при этом получившийся треугольник устойчив от скольжения благодаря забиваемым наклонным анкерам в угле соединения распорки и подкоса. Дощатые щиты устанавливают между стенками котлована и стойками, свободное расстояние между ними засыпают землей для создания цельной единой конструкции, которая всегда будет устойчивой. Подобное крепление используют ограниченно, так как подкосы и упоры, расположенные в котловане, усложняют производство основных работ.

По мере выполнения или окончания работ крепление котлованов и траншей разбирают снизу вверх.

5.6.2. Искусственное закрепление грунтов

Закрепление грунтов представляет собой совокупность и многообразие существующих методе®, в результате применения которых повышаются прочность грунта, он становится неразмываемым, при использовании отдельных методе® грунт дополнительно становится водонепроницаемым, повышается его противодействие агрессивным грунтовым водам.

Закрепление грунтов применяют при создании вокруг разрабатываемых выемок водонепроницаемых завес или повышения несущей способности грунтовых оснований. В зависимости от физико-механических свойств грунта и требуемых прочностных характеристик, на-102 значения закрепления и других свойств укрепленного грунта применяют цементацию, силикатизацию, битумизацию, термический, химический, электрохимический и другие способы искусственного закрепления грунта.

Цементация осуществляется для закрепления крупно- и среднезернистых песков и трещиноватых скальных пород и выполняется путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. Инъектор (рис. 5.8) состоит из отдельных звеньев гладких и перфорированных труб длиной 1,5 м и внутренним диаметром 19...38 мм; внизу он имеет острый наконечник, а в верхней части - наголовник, к которому присоединяется шланг для подачи раствора под давлением. На глубину до 15 м инъекторы погружаются забивкой пневматическими молотами, вибропогружателями, при больших глубинах погружения предварительно пробуривают скважины, в которые трубы и опускают.

Рис. 5.8. Цементация оснований:

о - погружение инвестора; 6 - нагнетание раствора; в - последовательность нагнетания раствора °Ри устройстве противофильтрацнонной завесы; г - схема цементации нисходящими зонами; д -°хема цементации восходящими зонами; I - отбойный молоток; 2 - оголовок; 3 - труба-удлини-Тель. 4 - перфорированная часть с острием; 6 - домкраты, 7 - растворопровод; 8 - зоны цементации, 9 - скважины; 1-я, 2-я и 3-я - зоны цементации по высоте

В зависимости от выявленных характеристик закрепляемых грунтов, расчетных прочностных величин грунта через инъекторы подается цементный раствор состава от 1: 1 до 1: 10 по массе (цемент: вода); оптимальное давление обычно соответствует 1 атм на 1 пог. м трубы инъектора. Радиус закрепления в трещиноватых скальных породах достигает 1,2...1,5 м, в крупнозернистых песках - 0,5...0,75 м, в песках средней крупности - 0,3...0,5 м. Прочность укрепленных грунтов может достигать 3,5 МПа. Нагнетание раствора в скважину прекращают при достижении заданного поглощения или когда при заданном давлении резко снижается расход раствора (за 20 мин в скважину попадает менее 10 л раствора).

Силикатизация (химический способ) - последовательное нагнетание в грунт водного раствора силиката натрия (жидкого стекла) и ускорителя твердения (раствора соли хлора, обычно хлористого кальция). Часто этот способ называют двухрастворным закреплением. Применима силикатизация в песках, плывунах, лессовидных грунтах, она позволяет повысить прочность, водонепроницаемость и общую устойчивость грунта. Метод может применяться как в сухих, так и насыщенных водой грунтах, даже при высоких коэффициентах фильтрации — от 2 до 80 м/сут. В грунт последовательно нагнетают при давлении до 15 атм (1,5 МПа) раствор жидкого стекла и хлористого кальция, которые в результате химической реакции образуют нерастворимое вещество (гель кремниевой кислоты), прочно соединяющее в единый монолит примыкающий естественный грунт (рис. 5.9).

Как и при цементации, инъекторы изготовляют из стальных цельнотянутых труб с внутренним диаметром 19...38 мм и толщиной стенки не менее 5 мм. Нижняя перфорированная часть инъектора имеет длину 0,5—1,5 м. Насосы для нагнетания подбирают с расчетом подачи раствора в каждый установленный инъектор от 1 до 5 л/мин.

При мелких пылеватых песках удобнее нагнетать в грунт под давлением до 5 атм (0,5 МПа) раствор фосфорной кислоты и жидкого стекла, в результате реакции также получается нерастворимый гель (кремниевой кислоты и фосфорнокислого натрия).

Однорастворное закрепление из смеси силиката натрия и отвердителя применяют для слабодренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность закрепленного грунта находится в пределах 0,3...0,6 МПа.

Рис. 5.9. Химическое закрепление грунтов:

а — точечное закрепление; б — закрепление массива; 1 — инъектор; 2 — зона закрепления; 3 — перфорированная часть инъектора

В лессовидные грунты нагнетают при давлении до 5 атм (0,5 МПа) только раствор жидкого стекла, который вступает в реакцию с содержащимися в этих грунтах солями кальция, также в итоге получается нерастворимый гель (кремниевая кислота + гидрат оксида кальция + сернокислый натрий).

Таблица 5.3

Прочность и радиус закрепления при силикатизации

 

Способом силикатизации укрепляли основание Большого театра, Кремлевской стены, этот метод широко используется при проходке шахт и туннелей при строительстве метрополитенов.

 

Битумизация применяется для закрепления песчаных и сильно трещиноватых грунтов, но что более важно — прекращение через них фильтрации воды. Горячий битум нагнетают в грунт через инъекторы, установленные в ранее пробуренных скважинах. К инъекторам, обогреваемым электрическим током, горячий битум подается из котлов насосом по трубам при давлении, достигающем 50...80 атм (5...8 МПа). Инъектор состоит из двух труб, внутренняя с отверстиями для выхода битума, опускается в грунт ниже наружной, защитной трубы. Нагнетание битума осуществляется в несколько приемов. После первого на гнетания под давлением 2...3 атм (0,2...0,3 МПа) битуму дают возможность растечься по всем заполняемым полостям и начать затвердевать, уменьшаясь в объеме. Перед последующими нагнетаниями битум в скважине разогревают электронагревателями инъекгора. Песчаные грунты можно закреплять холодной битумной эмульсией.

 

Термическое укрепление грунтов заключается в обжиге лессовидных и пористых суглинистых грунтов раскаленными газами через пробуренные в грунте скважины диаметром 10...20 см. Скважины пробуривают в шахматном порядке на расстоянии друг от друга 2...3 м и на глубину до 15 м, сверху устье скважины заканчивается бетонным оголовком, в котором размещается форсунка для сжигания топлива. К этой форсунке по самостоятельным шлангам подается топливо и сжатый воздух. Топливо может применяться жидкое (нефть, мазут, соляровое масло) или газообразное (природный или генераторный газ). Сжатый воздух подается под избыточным давлением, превышающим на 0,15...0,5 атм (15...50 кПа) давление в трубопроводе с топливом, благодаря этому избыточное давление позволяет отрывать пламя от форсунки и распространять его на всю глубину скважины.

В процессе обжига в скважине поддерживается температура 600...1100°С. За счет такой высокой температуры происходит процесс расплавления и последующего спекания грунта. Обжиг может продолжаться 5... 10 сут., в результате образуется керамическая свая диаметром 2...3 м. Расход топлива за весь период обжига составляет до 100 кг/пог.м скважины. Прочность грунта в среднем 1,0... 1,2 МПа, но может доходить до 10 МПа.

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ основан на использовании эффекта электроосмоса, для -чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5... 1 В/см и плотностью 1...5 А/м2. В результате действия тока глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.

Электрохимическое закрепление грунтов. Это способ применяют для глинистых и илистых грунтов. В грунт параллельными рядами через 0,6... 1,0 м забивают металлические стержни или трубы, по которым пропускают постоянный электрический ток напряжением 30...100 В и силой тока 0,5...7 А на 1 м2 вертикального сечения закрепляемого грунта.

Специфика электрохимического способа заключается в том, что при погружении в грунт чередуют через ряд металлические стержни (аноды) и трубы (катоды), через которые в грунт подается раствор хлористого кальция, силиката натрия, хлорного железа и других химических добавок, увеличивающих проходимость тока, а значит и интенсивность процесса закрепления грунта.

Методы применимы при малых коэффициентах фильтрации грунта -0,2...2 м/сут. В результате насыщения грунта раствором хлористого кальция и пропускания затем по этому грунту электрического тока в грунте происходят необратимые изменения, в частности они перестают пучиниться, увеличиваются их прочностные характеристики.

5.7. Механизированные способы разработки грунта

Основным способом выполнения земляных работ является механизированная переработка грунта. Грунт разрабатывается, перемещается, укладывается, разравнивается, уплотняется с помощью землеройных и землеройно-транспортных машин, оснащенных соответствующим рабочим оборудованием. Выбор количества, типов и марок машин зависит от пространственной формы и геометрических параметров земляных сооружений, грунтовых и гидрологических условий строительной площадки, проектных сроков производства работ.

Производство земляных работ в общем случае состоит из трех процессов: разработка выемки, транспортирование грунта, отсыпка иасыпи, при этом ведущим является процесс разработки грунта. Разработка выемок производится тремя основными способами: резанием, размывом струей и взрывным способом. При механическом способе разработки действуют усилия резания или скалывания грунта рабочими органами различных машин. В результате определенные порции грунта отделяются от массива и могут быть перемещены. При разработке способом резания применяют землеройные, землеройно-транспортные и землеройно-планировочные машины.

Землеройные машины - экскаваторы, канавокопатели отрывают грунт ножом ковша, отсыпают его в отвал или бункеры транспорта, располагаемые в непосредственной близости от землеройной машины.

Землеройно-транспортные машины — скреперы и бульдозеры предназначены для разработки грунта в выемке, транспортирования его и отсыпки в насыпи. Эти машины обеспечивают полную механизацию всего комплексного процесса производства земляных работ.

Землеройно-планировочные машины — прицепные и самоходные фейдеры и бульдозеры предназначены для разработки, перемещения и планирования грунта.

Для разработки грунта размывом струей воды и перемещения разжиженного грунта по трубам применяются гидромониторы, землесосные установки.

Эффективной формой механизированного способа производства земляных работ является комплексная механизация. Основной принцип комплексной механизации заключается в том, что все мятнни занятые на выполнении процессов и операций, должны соответствовать друг другу своими технико-экономическими и технологическими параметрами. В этом случае вводится понятие комплекта (системы) машин, а весь производственный процесс называют комплексно-механизированным технологическим процессом производства земляных работ.

В зависимости от выполняемых технологических процессов машины для земляных работ можно разделить на следующие группы:

■ экскаваторы;

■     землеройно-транспортные машины;

■ погрузчики;

■ машины для уплотнения грунта;

■ машины и оборудование для разработки мерзлых грунтов;

■ машины и оборудование для подготовительных работ;

■ машины и оборудование для бурения скважин;

■ машины для гидромеханической разработки грунта;

■ машины для транспортировки грунта.

5.7.1. Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами

Одноковшовые строительные экскаваторы (ЭО) относятся к машинам циклического действия. Главный параметр ЭО - вместимость ковша, м3. Основные технологические параметры: глубина (высота) копания, максимальный радиус копания, высота погрузки. В различных отраслях промышленности (угольная, горнодобывающая) применяют одноковшовые экскаваторы с вместимостью ковша до 100 м3. В строительстве работают экскаваторы восьми размерных групп, имеющие вместимость ковша 0,15...4,0 м3. Наибольшее распространение находят экскаваторы 4-й и 5-й групп (вместимость ковша 0,65 и 1 м3) (рис. 5.10). На ряде моделей устанавливаются устройства, автоматизирующие отдельные операции рабочего процесса экскаватора. Нри помощи традиционного оборудования (прямая лопата, обратная лопата, драглайн, грейфер) одноковшовый экскаватор может быть использован на механизации следующих процессов переработки грунта, входящих в состав комплексного технологического процесса: разработка и укрятткя грунта в земляных сооружениях различных типов; погрузка грунта; перемещение грунта в пределах земляного сооружения.

Рис. 5.10. Типы современных экскаваторов

Большинство одноковшовых строительных экскаваторов — это универсальные машины, которые могут быть оснащены различными видами сменного рабочего оборудования. В последние годы в связи с широким распространением гидропривода универсальность одноковшового экскаватора еще более возросла. Современный гидравлический экскаватор может быть оснащен более чем десятью видами рабочего оборудования, которые значительно расширяют его технологические возможности.

Использование сменного рабочего оборудования дает возможность механизировать такие процессы, как: зачистка дна выемок; дробление и удаление негабаритов и валунов; отделка поверхности откосов земляного сооружения, дна выемок; послойное уплотнение грунта в стесненных условиях, при устройстве обратных засыпок; рыхление мерзлого и трудноразрабатываемого грунта.

Строительные экскаваторы выпускают на гусеничном и пневмоколесном ходу. Наиболее распространенными видами рабочего оборудования являются прямая, обратная лопаты, драглайн и грейфер (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Схема работы гидравлического экскаватора.

а) с прямой лопатой; б - с обратной лопатой; в - с грейферным оборудованием; г - с оборудованием «драглайн»

 

Для погрузки ранее разработанного грунта, снятия верхнего слоя и для планировочных работ применяют погрузочное оборудование. Проведение земляных работ, например, при разработке траншей под инженерные коммуникации, часто сопровождается сопутствующими работами, связанными с подачей оборудования, материалов, грузов. В этом случае используется крановое оборудование.

Повышению качества, сокращению ручного труда при выполнении зачистных и планировочных работ способствует использование планировочного оборудования, в том числе в сочетании с телескопической стрелой.

Для разработок выемок различных очертаний и габаритов могут применяться профильные ковши. Для реализации технологии произ-водства земляных работ методом «стена в грунте» служит специальное штанговое оборудование. Расширению области применения экскаваторов, в том числе при разработке трудноразрабатываемых и мерзлых грунтов, способствует установка рыхлительного оборудования: зуба-рыхлителя и гидромолота. Этим же целям служит и захватно-клещевое оборудование, устанавливаемое на гидравлическом экскаваторе. При помощи захватно-клещевого устройства можно также захватывать, грузить в транспорт или удалять в сторону крупные камни, негабариты, встречающиеся на площадке, где ведутся земляные работы.

Применению экскаваторов в условиях реконструкции объектов, работе в цехах, вблизи стен и фундаментов служит оборудование для работы в стесненных условиях. Шарнирное сочленение основных элементов рабочего оборудования как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости позволяет приспосабливаться к конкретным условиям производства работ.

Предполагается, что и в дальнейшем развитие одноковшовых экскаваторов будет связано с совершенствованием их технологических характеристик, разработкой рабочих органов, позволяющих гибко реагировать на изменяющиеся условия производства работ. Это позволит в полной мере использовать потенциальные возможности гидравлических машин, представляющих собой пример современных манипуляторов.

Одноковшовый экскаватор - машина цикличного действия, процесс разработки грунта при любом виде рабочего оборудования складывается из чередующихся в определенной последовательности операций отдельного цикла:

■ резание грунта и заполнение ковша;

■ подъем ковша с грунтом;

■ поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки;

■ выгрузка грунта из ковша;

■ обратный поворот экскаватора;

■ опускание ковша на грунт и подача его для резания грунта. Основное назначение экскаваторов - разработка выемок, резервов, карьеров, траншей, котлованов с разгрузкой грунта в отвал или погрузкой в транспортные средства. Предельные размеры выемок, которые могут быть разработаны одноковшовым экскаватором с одной стоянки, зависят от его рабочих параметров.

Рабочими параметрами одноковшовых экскаваторов при разработке выемок являются:

■ максимально возможная высота копания + Н (для экскаватора прямая лопата) - знак + показывает, что экскаватор копает выше своей стоянки;

■ глубина копания (резания) - Н (для других типов экскаваторов); наибольший и наименьший радиусы копания на уровне стоянки экскаватора Rmax и радиус выгрузки Rh, высота выгрузки Hh.

Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами ведут позиционно. Рабочая площадка экскаватора называется забоем.

Забой - рабочая зона экскаватора, включающая площадку, где расположен экскаватор; часть разрабатываемого массива грунта; места установки транспортных средств; площадку для укладки разрабатываемого грунта (при работе в отвал).

По окончании разработки грунта в данном забое экскаватор перемещается на новую позицию.

Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены в забое таким образом, чтобы среднее значение угла поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки было минимальным, так как поворот стрелы осуществляется дважды - с грузом до транспортного средства и после выгрузки, то время поворота в среднем составляет до 70% рабочего времени одного цикла экскаватора.

В зависимости от условий строительной площадки выбор экскаватора начинают с определения наиболее целесообразных вместимости ковша и типа экскаватора, а также требуемых параметров - длины стрелы, радиуса резания, выгрузки и др. Выбор сменного оборудования экскаватора зависит от уровня грунтовых вод и характера разрабатываемой выемки (траншея, узкий или широкий котлован).

Экскаватор «прямая лопата» используют для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, преимущественно с погрузкой на транспорт. Его широко применяют в карьерах, в строительстве используют для погрузки в транспортные средства ранее собранного в кучи (сгуртованного) грунта или для отрывки котлованов, при этом устраивается самим экскаватором пандус — съезд в котлован с уклоном 10—15% для экскаватора и транспортных средств.

Прямая лопата (см. рис. 5.11,а) представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем. Ковш шарнирно соединен с рукоятью, которая, в свою очередь, шарнирно соединена со стрелой машины и выдвигается вперед при помощи напорного механизма. Конструкция экскаватора позволяет ему копать ниже уровня своей стоянки не более чем на 10...20 см, нормативная производительность может быть достигнута при высоте забоя не менее 1,5 м. Опорожняется ковш путем открытия его днища. Такая конструкция прямой лопаты обеспечивает ей наибольшую производительность за счет наполнения ковша «с шапкой».

При разработке грунтов 1-й и 2-й групп экскаватор может быть снабжен ковшом увеличенного объема. Экскаватор применяется в основном при необходимости погрузки грунта в транспортные средства. Нецелесообразно использование экскаватора, если уровень грунтовых вод выше подошвы выемки, так как движение экскаватора и транспортных средств по мокрому грунту затруднено.

Разработку грунта экскаватором «прямая лопата» производят лобовым и боковым забоями. Лобовой забой применяют при разработке экскаватором грунта впереди себя и отгрузке его на транспортные средства, которые подаются к экскаватору по дну забоя или сбоку по естественной поверхности земли. В первом случае автомобили подходят задним ходом попеременно то с одной, то с другой стороны забоя, размер которого понизу не должен быть менее 7 м. При таких условиях работы угол поворота экскаватора достигает 140...1800, что значительно снижает его производительность. По этим причинам лобовой забой принимают крайне редко, в основном при устройстве въездного пандуса в котлован или при разработке первой (пионерской) проходки.

Ширина забоя поверху может быть (рис. 5.12): до 1,5 Rрез - при узком забое;

 

Рис.  5.12.  Схема работы экскаватора прямая лопата

а) при узком лобовом забое; б) при забое нормальной ширины; в)  при уширенном лобовом забое при схеме "зигзаг"; г) то же, при перемещении экскаватора поперек выемки; 1 - самосвал; 2 - экскаватор

1,5..1,9 Rpa - при нормальном забое и подаче транспортных средств с двух сторон от экскаватора;

до 2,5 Rрез, - при уширенном забое и движении экскаватора по зигзагу (зигзаг не превышает радиуса резания и на зигзаге две остановки по концам);

до 3,5 Rpa - при уширенном забое с трехступенчатым перемещением (длина зигзага может достигать двух радиусов резания).

При узких забоях самосвалы подают под загрузку с одной стороны сзади экскаватора, а при нормальных — с обеих сторон от экскаватора попеременно, что исключает простои экскаватора при смене под загрузкой транспортных средств. При данных забоях экскаватор перемещается в котловане прямолинейно по оси забоя.

В некоторых случаях разработку грунта предпочтительнее вести уширенным забоем с перемещением экскаватора по зигзагу. В таких забоях сокращаются холостые проходки экскаватора и облегчаются условия для маневрирования и установки под погрузку самосвалов.

Ширину лобовой прямолинейной проходки В можно определить по формуле  5.1

Ширину лобовой прямолинейной проходки В можно определить по формуле  5.2

де R0 — оптимальный радиус резания экскаватора; lп - длина рабочей передвижки экскаватора (разность между максимальным и минимальным радиусом резания); Rc - радиус резания на уровне стоянки.

Разработка выемок способом лобового забоя затруднительна для перемещения и установки под погрузку самосвалов. Средний угол поворота экскаватора для погрузки грунта в транспортные средства, особенно при работе в узких забоях может достигать 180°, что значительно увеличивает время рабочего цикла экскаватора и снижает его производительность. Кроме этого для спуска экскаватора в забой с дневной поверхности ему необходимо выкопать пандус — наклонную аппарель со значительным объемом грунта, который также необходимо переместить от котлована. По этим причинам применение лобового забоя ограничено.

Более эффективным является разработка грунта боковым забоем, когда заполнение ковша грунтом осуществляется преимущественно с одной стороны движения экскаватора и частично впереди себя. По этой схеме транспорт подается под загрузку сбоку выработки, чем достигается значительное уменьшение угла поворота стрелы экскаватора (в пределах 70...900) при погрузке грунта в транспортные средства (рис. 5.13). В боковых забоях транспортные пути проходят параллельно оси перемещения экскаватора и, как правило, на уровне его стоянки.

Ширина боковой проходки - определяем по формуле 5,3

Выемки, глубина которых превышает максимальную высоту забоя [для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов.

Число автомобилей или автопоездов, необходимых для обеспечения бесперебойной работы экскаватора определяем по формуле 5,4 и 5,5:


где N— необходимое количество самосвалов или автопоездов; Тц продолжительность одного полного цикла работы, мин; tпогр, tразгр и tм -соответственно продолжительность погрузки самосвала, его разгрузки и маневрирования перед загрузкой и разгрузкой, мин; Uгруж и ц,Uпор - скорость самосвала в груженом и порожнем состоянии; L - дальность возки грунта, км.

Продолжительность загрузки автосамосвала колеблется в широких пределах в зависимости от числа ковшей с грунтом, загружаемых в кузов, рода грунта и его плотности, среднего угла поворота машины при загрузке и типа экскаватора.

Строительные экскаваторы «прямая лопата» применяют с ковшом вместимостью 0,15...2,5 м3.

Экскаватор «драглайн» (см. рис. 5.11, г) используют для разработки грунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора: для отрывки глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработки грунта из-под воды и т. п. Драглайн применяют также при планировке площадей и зачистке откосов. Достоинство экскаватора -радиус действия до 10 м и глубина копания до 12 м. Глубина копания у экскаватора практически неограничена, конструкция машины позволяет располагать транспортные средства на дневной поверхности и на дне котлована, т. е. уровень грунтовых вод не оказывает влияния на работу экскаватора. Эффективно разрабатывать экскаватором мягкие и плотные грунты, в том числе обводненные.

Рис. S.13. Работа экскаватора «прямая лопата» при боковом забое:

а — схема работы; б — схема подачи самосвалов под погрузку; 1 - центр тяжести забоя; 2 — ось пРоходки экскаватора; 3 - ось предыдущей проходки; 4 - вешка; 5 - ось движения автосамосвала; 6 — стоянки экскаватора; 7 - средний угол поворота стрелы

 

Ковш экскаватора навешивается на канатах на удлиненную стрелу кранового типа. Забрасывая ковш в выемку на расстояние, несколько превышающее длину стрелы, ковш заполняют грунтом путем подтягивания по поверхности земли к стреле. Затем ковш поднимают в горизонтальное положение и поворотом машины перемещают к месту разгрузки. Опорожняется ковш при ослаблении натяжения тягового каната.

Применимы разработки грунта лобовой и боковой проходками с отгрузкой грунта в транспорт и отвал. Драглайн обычно передвигается между очередными стоянками на V5 длины стрелы. В зависимости от ширины выемки, способа разгрузки грунта (в отвал или в транспортные средства) и особенностей земляного сооружения, в практике нашли применение челночные способы разработки грунта, так как конструктивное решение экскаватора позволяет применять такие схемы.

Поперечно-челночная схема дает возможность набирать грунт поочередно с каждой боковой стороны самосвала, подаваемого под погрузку по дну выемки, не прекращая поворота стрелы в момент выгрузки грунта. При продольно-челночной схеме грунт набирают перед задней стенкой кузова и, подняв ковш, разгружают его над кузовом. В цикле работы экскаватора повороты занимают основное время, в этом плане челночные схемы с минимальным углом поворота для погрузки и выгрузки являются оптимальными. Благодаря уменьшению высоты подъема ковша и сокращению угла поворота экскаватора (при продольно-челночной схеме около 0°, а при поперечно-челночной 9...20°) производительность экскаватора увеличивается в 1,5—2 раза. Строительные экскаваторы «драглайн» применяют с ковшом вместимостью 0,25—2,5 м3.

Грейфер (рис. 5.11, в) используют в сугубо специфических случаях для отрывки узких глубоких котлованов, траншей, колодцев, при разработке грунта ниже уровня грунтовых вод. Он представляет собой ковш с двумя или более лопастями и канатным или в последнее время стоечным приводом, принудительно смыкающим лопасти. Грейфер навешивается на стрелу и разрабатывает выемки с вертикальными стенками. При повороте стрелы ковш перемещается к месту разгрузки и опорожняется при принудительном раскрытии лопастей. Погружение в грунт осуществляется только за счет собственной массы и принудительного опускания стойки, поэтому можно разрабатывать грунты малой и высокой плотности, в том числе и находящиеся под водой Строительные экскаваторы «грейфер» применяют с ковшом вместимостью 0,35...2,5 м3.

Экскаватор «обратная лопата» (см. рис. 5.11, б) применяют при разработке грунтов ниже уровня стоянки экскаватора, в основном при отрывке котлованов глубиной до 6 м и траншей при глубине до 7,6 м. Затраты времени на один цикл экскаватора с обратной лопатой на 10—15% больше, чем у прямой лопаты. Поярусная разработка выемок при этом виде оборудования не практикуется.

Обратная лопата - это открытый снизу ковш с режущим передним краем, шарнирно соединенный с рукоятью, которая, в свою очередь, шарнирно соединена со стрелой. По мере протягивания назад ковш заполняется грунтом. Затем при вертикальном положении рукояти ковш переводят к месту выгрузки и разгружают путем подъема с одновременным опрокидыванием.

Разработку грунта экскаватором «обратная лопата» производят боковым и лобовым забоями с погрузкой грунта в транспорт или в отвал (рис. 5.14). При боковом забое экскаватор разрабатывает выемки сбоку, ширина выемки ограничена радиусом резания (оптимально 0,8 разработка грунта осуществляется поперек гусеничной ленты, т- е. при наименее устойчивом положении экскаватора. При лобовом забое черпание грунта производят при постепенном движении экскаватора задним ходом, разгрузку выполняют в транспортные средства, которые подаются к экскаватору по дну забоя или сбоку по естественной поверхности земли (рис. 5.15). Ширина забоя ограничивается только требованием нормальной производительности механизма и составляет 1,5... 1,6 Лрез. При лобовом забое экскаватор опускает стрелу с рукоятью в самое нижнее положение между гусеницами, поэтому глубина Разработки узких траншей больше, чем широких.

Рис. 5.14. Технологическая схема разработки выемок обратной лопатой:

1 — экскаватор; 2 - самосвал; 3 - вешки

 

Наименьшую глубину забоя определяют из условия наполнения ковша с верхом (с «шапкой»), которая составляет для несвязных грунтов I ...1,7 м, а для связных - 1,5...2,3 м. Ширина проходки зависит от наибольшего радиуса разработки; ее принимают равной 1,2... 1,5 Rq при погрузке в транспорт и 0,5...0,8 R0 - при укладке грунта в отвал.

Отрывку котлованов шириной до 14 м обычно осуществляют лобовой проходкой при перемещении экскаватора по зигзагу, а при большей ширине - поперечно-торцевой или продольно-торцевой.

В соответствии с'действующим ГОСТ «Экскаваторы универсальные полноповоротные» основным рабочим оборудованием для экскаваторов в настоящее время является обратная лопата. Экскаватор может комплектоваться оборудованием прямая лопата, жесткий грейфер, гидромолот, зуб-рыхлитель, а также сменными ковшами различной вместимости и назначения.

Гидравлические экскаваторы имеют следующие основные преимущества:

■ существенное увеличение производительности новых машин по сравнению с машинами, имеющими механический (канатный) привод;

■ снижение удельной материалоемкости и удельной энергоемкости машин;

■ расширение универсальности гидравлических экскаваторов за счет сменного оборудования и рабочих органов до 40 наименований;

Рис. 5.15. Схема подачи машин под экскаватор «обратная лопата»:

а — по дну котлована; б — по дневной поверхности

■ автоматизация рабочего процесса;

■ коренное усовершенствование систем управления и создание комфортных условий для работы машиниста;

■ улучшение эстетического вида машин;

■ кардинальное повышение ходовых качеств гусеничных машин.

Среди всех типов универсальных экскаваторов гусеничные машины занимают ведущее место, так как не имеют ограничения по массе по сравнению с колесными экскаваторами. Наибольшее распространение в большинстве стран получили гусеничные гидравлические экскаваторы массой 10...50 т, которые выполняют основной объем земляных работ в гражданском и промышленном строительстве.

Для производства земляных работ применяют современные экскаваторы обратная лопата Ковровского, Воронежского и Тверского экскаваторных заводов. Нашли широкое распространение экскаваторы фирм «Вольво», «Либхер», «Катерпиллер», «Комачу», «Хитачи», «Ко-велко», «Кайс-Портлейн» и др. Фирмы-производители гидравлических экскаваторов постоянно ведут работы по усовершенствованию основного рабочего оборудования - обратной лопаты. Рабочие параметры (вместимость ковша, глубина копания и высота выгрузки) непосредственно связаны с эксплуатационной массой экскаваторов, поэтому при Проектировании новых машин массой до 50 т эти параметры отличайся очень незначительно.

Основное внимание фирм сосредоточено на совершенствовании п увеличении числа видов сменного оборудования и рабочих органов для всего ряда одноковшовых экскаваторов. Это прежде всего Разработка ковшей различных видов, удлиненных рукоятей, дополнительных рукоятей, удлиненных стрел, рабочего оборудования со смещенной осью копания, ковши для планировки откосов, ковши с эжекторной разгрузкой. Большое внимание уделяется совершенствованию ходовых устройств, но наибольшее распространение имеет гусеничный ход как с номинальными, так и с увеличенными размерами гусеничных лент по ширине и длине. Это повышает проходимость и устойчивость машины и создает условия для их оснащения ковшами большой вместимости.

В последние годы существенно расширены области применения гидравлических экскаваторов за счет установки новых видов рабочего оборудования и рабочих органов. Это позволило широко эксплуатировать их при демонтаже зданий, для прокладки туннелей. К экскаваторам предъявляются повышенные требования в части охраны окружающей среды, по обеспечению низкого уровня внешнего шума и по регулированию состава отработавших газов двигателей.

Отметим основные технические характеристики российских и зарубежных гусеничных экскаваторов:

масса экскаватора - от 23,5 до 41,0 т; вместимость основного ковша - от 0,9 до 2,4 м3; глубина копания - от 5,24 до 8,24 м; высота выгрузки - от 4,9 до 7,54 м; мощность двигателя — от 110 до 216 кВт; скорость передвижения - от 3,4 до 7,0 км/ч; давление на грунт — от 0,048 до 0,080 МПа.

Мини-экскаваторы находят в последнее время все более широкое применение, особенно там, где необходимо проводить работы в стесненных условиях, или требуется высокая точность выполнения землеройных работ (рис. 5.16). Мини-экскаваторы имеют четыре размерные группы по массе (соответственно) 1,5; 2,5; 3,5 и 5 т. Для постоянного сохранения высокой устойчивости экскаваторы оснащаются по возможности длинными и широкими гусеницами и прочным бульдозерным отвалом, который выполняет функцию выносной опоры. Эти особенности экскаватора позволяют при опущенном на землю отвале иметь глубину копания в зависимости от размерной группы 2,3...3,7 м и соответственно высоты разгрузки 2,6...3,7 м.

Рис. S.16. Мини-экскаваторы

Для мини-экскаваторов предусмотрен широкий набор сменных рабочих органов. Стандартные ковши выпускают различной ширины и специального назначения: ковши для глинистых грунтов, эжекторные, острые, ковши для зачистки траншей шириной 800 и 1000 мм, а кроме этого с гидромолотом или шнековым буром.

Отличаясь компактностью и высокой маневренностью, такие экскаваторы могут работать в местах, недоступных для крупной землеройной техники. Мини-экскаваторы применяют внутри зданий, для разработки котлованов под фундаменты вплотную к стенам сооружений, отрывки траншей для прокладки кабелей и трубопроводов, строительства дорог, отрывки ям для установки опорных столбов заборов, посадки деревьев и других работ по благоустройству территории, производству демонтажных работ с использованием гидромолота.

Специфика одноковшовых экскаваторов. При планировании эксплуатационной производительности экскаваторов необходимо учитывать следующие факторы:

■ коэффициент наполнения ковша изменяется в пределах 0,75... 1,1;

■ использование экскаватора с учетом потерь времени на передвижки по забою, К = 0,92...0,98;

■ использование экскаватора с учетом потерь по времени при нахождении без груза К = 0,74...0,94;

■ коэффициент разрыхления грунта изменяется в широких пределах: для легких грунтов - 0,88; для средних грунтов - 0,8; для тяжелых грунтов - 0,75 и для скальных пород - 0,67.

Эффективно применять экскаваторы на объектах при месячной производительности:

Вместимость ковша, м3...................................................................................................0,5 1,0 2,0

Производительность, тыс. м3.........................................................................................0,8...1,2 1,2...2,0 2,0...3,3

В отдельных случаях одноковшовыми экскаваторами (особенно экскаваторами старых марок, в том числе с канатным управлением) отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый недобор слоем 5... 10 см для того, чтобы избежать повреждение основания и не допустить переборов грунта. Для повышения эффективности работы экскаваторов в таких случаях можно применять скребковый нож, насаживаемый на ковш экскаватора. Это приспособление позволяет механизировать операцию по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с точностью ±2 см, что исключает необходимость ручных доработок.

5.7.2. Разработка грунта многоковшовыми экскаваторами

Многоковшовые экскаваторы непрерывного действия нашли широкое применение во всех отраслях строительства. Рабочим органом многоковшового экскаватора являются ковши, насаженные через равные интервалы на беспрерывно движущуюся цепь (цепные экскаваторы) или ротор (колесо) - роторные экскаваторы (рис. 5.17, 5.18). Ковшовые экскаваторы обеспечивают разработку траншей глубиной до 3,0 м в основном с вертикальными стенками, роторные могут разрабатывать траншеи с откосами при установке на роторе откосников По характеру взаимного положения машины и рабочего механизма в процессе разработки грунта экскаваторы различают продольного и поперечного черпания. Ковши наполняются грунтом при движении их вверх по наклонной или криволинейной поверхности разрабатываемой выемки. Опорожняются ковши в момент достижения наивысшей точки их траектории, где они и опрокидываются. Высыпавшийся грунт попадает на ленточный конвейер, а с него на транспортные средства или в отвал.

Как средство комплексной механизации технологических процессов производства земляных работ в строительстве наибольшее распространение получили экскаваторы продольного копания. К ним относятся многоковшовые цепные и роторные траншеекопатели, цепные скребковые, роторные бесковшовые (фрезерные), экскаваторы-дрено-укладчики, экскаваторы-каналокопатели. Эти машины менее универсальны, чем одноковшовые экскаваторы. Значительное влияние на возможность использовать многоковшовые экскаваторы оказывают стесненность условий и группа разрабатываемого грунта. Главный параметр экскаваторов - глубина копания. Основные технологические параметры: ширина разрабатываемой траншеи поверху и понизу. При помощи многоковшовых экскаваторов могут быть механизированы следующие процессы: разработка грунта в земляных сооружениях типа «траншея», «канал»; нарезание щелей в массиве грунта для взрывных работ при разработке мерзлого грунта; отделка дна, откосов, верха постоянных земляных сооружений экскаваторами поперечного копания.

Р и с. 5.17. Схемы устройства многоковшовых экскаваторов продольного копания:

1- тягам. 2 - домкратное устройство, 3 - цепь, 4 - ковши: 5 - поперечный транспортер; 6 - ротор

Рис. 5.18. Технологическая схема разработки грунта многоковшовым экскаватором

 

Экскаваторами продольного черпания разрабатывают траншеи обычно прямоугольного сечения. Отрывку начинают с наиболее низких мест профиля, что обеспечивает сток грунтовых и атмосферных вод в зоны уже отрытой траншеи. На отдельных марках экскаваторов непрерывного действия устанавливают автоматические устройства, позволяющие регулировать положение рабочего органа для создания траншеи с заданным уклоном дна, согласовывать рабочие скорости движения машины и рабочего органа.

Возможна автоматизация процесса отрывки траншей при помощи инфракрасных лучей или лазера. Луч направляется параллельно углу наклона низа траншеи и через приемное устройство на экскаваторе корректируется движение (подъем или опускание) рабочего органа экскаватора.

Датчиком сигнала для выдерживания заданного уклона, для траншей служит копирная проволока, правильность положения которой проверяют нивелиром. Вдоль проволоки перемещается щуп, подающий сигнал на подъем или опускание рамы рабочего органа экскаватора. Предусмотрена возможность смещения рамы рабочего органа в сторону от оси экскаватора, что позволяет производить отрывку траншей вдоль дорог, заборов, у стен зданий. Автоматизация управления рабочим процессом экскаваторов непрерывного действия значительно повышает производительность и качество работ, эффективность комплексного технологического процесса.

При расчете эксплуатационной производительности необходимо учитывать коэффициент наполнения ковша (0,7—0,9), коэффициент использования рабочего времени (0,6...0,8), коэффициент разрыхления грунта (0,6...0,9), скорость движения цепи, на которую влияют плотность грунта и насыщенность его влагой.

Основные характеристики цепных и роторных экскаваторов:

вместимость ковша, л. .........................................................20 30

глубина копания, м .........................................................до 7 до 9

производительность, м3/ч.....................................................35 55

Разновидностью рассмотренных экскаваторов являются траншеекопатели, предназначенные для водо- и газопроводов, электрокабелей, канализации, телефонных линий. Современные траншеекопатели представляют собой полностью гидростатическую машину на пневмоколес-ном ходу, имеющий высокую мощность для работы в тяжелых условиях с максимальной глубиной копания до 1,8 м. Машина оснащается дополнительным оборудованием в виде плуга, ковша, режущего диска, держателя кабельного барабана, отвала и буровой установки. Дополнительно универсальность придают четыре блокирующих дифференциала, которые равномерно распределяют крутящий момент на все четыре колеса механизма.

5.7.3. Разработка грунта землеройно-транспортными машинами

К землеройно-транспортным машинам относят погрузчики, скреперы, бульдозеры, грейдеры и грейдер-элеваторы. Несмотря на ряд ограничений по их применению, связанных с геометрическими размерами и пространственной формой земляного сооружения, дальностью транспортировки грунта, узкой специализацией отдельных типов машин, при помощи землеройно-транспортных машин можно выполнять большинство основных, вспомогательных, подготовительных процессов при различных условиях производства работ. Бульдозеры и скреперы за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают на насыпи и возвращаются в забой порожняком. Стоимость работ, выполняемых этими машинами, в 3...4 раза меньше стоимости работ, выполняемых одноковшовыми экскаваторами.

Бульдозеры выполняют значительные объемы земляных работ в строительстве. Основные технические параметры - мощность базовой машины и масса. Технологические параметры - длина отвала бульдозера. В настоящее время находят применение бульдозеры с мощностью базового трактора свыше 600 кВт.

Расширению технологических возможностей бульдозера способствует установка на базовый трактор вместе с бульдозерным оборудованием дополнительного сменного оборудования, такого, как рыхлитель, откосник, кусторез, окрылок, удлинитель, упоры (для использования бульдозера в качестве толкачей для скреперов) и др. Широкое применение гидропривода позволило улучшить систему управления отвала в плане и его поперечный перекос. Повышение эффективности работы бульдозера достигается за счет установки на них автоматизированной системы, обеспечивающей автоматизированное управление рабочим органом бульдозера и повышение качества планировочных работ. На рис. 5.19 показана схема современного бульдозера.

Использование бульдозера в составе комплексного технологического процесса позволяет обеспечить механизацию большого числа вспомогательных, подготовительных и основных процессов:

■      корчевку пней и кустарника;

■ снятие и перемещение растительного слоя грунта;

■ устройство и содержание съездов и землевозных дорог;

Рис. 5.19. Принципиальная схема бульдозера

 

■ планирование, зачистку и отделку элементов земляного сооружения;

■ устройство дренажных канав;

■ устройство въездов;

■ разработку и укладку грунта в земляных сооружениях различных типов;

■ перемещение грунта в пределах строительной площадки;

■ послойное разравнивание укладываемого грунта;

■ рыхление мерзлых и трудноразрабатываемых грунтов;

■ обратную засыпку выемок и пазух.

Бульдозеры используют для перемещения грунта из выемки в насыпь на расстояние до 100 м, при мощных тракторах дальность может быть увеличена. Бульдозеры применяют для обратной засыпки пазух траншей и котлованов грунтом, лежащем на бровке, зачистки дна котлованов после их разработки другими механизмами, для разравнивания и планировки грунта, для рытья небольших и неглубоких котлованов. При перемещении грунта на значительные расстояния отвалы бульдозеров могут быть оборудованы по бокам окрылками.

По трудности разработки грунтов для бульдозера их подразделяют на три группы. Грунты третьей группы предварительно разрыхляются рыхлителями.

Цикл работы бульдозера состоит из резания и набора грунта путем снятия стружки, перемещения грунта с надвижкой его отвалом бульдозера и разгрузки грунта с последующим возвратом бульдозера к месту набора грунта, обычно задним ходом. Набор грунта производится на ровных участках, желательно при движении под уклон 10.. .20%, что позволяет срезать стружку грунта оптимальной (наибольшей) толщины. Работа на склоне повышает производительность в 1.5...2.5 раза. При перемещении грунта под уклон можно передвигаться на более скоростной третьей передаче.

При планировке площадок могут быть использованы два основных способа работ — траншейный и послойный (рис. 5.20). При траншейном способе выемку разбивают на ярусы высотой 0,4...0,5 м. Каждый участок на ширину отвала бульдозера разрабатывают за 2...3 проходки по нему. Между соседними участками оставляют полосу неразработанного грунта шириной до 0,6 м. Этот грунт служит стенками траншеи при их разработке, способствуя более полному заполнению отвала-Эти полосы разрабатывают в последнюю очередь перед окончательной планировкой площадки. Данный способ исключает значительные потери грунта при его перемещении и поэтому более производителен.

Рис. 5.20. Схема резания и перемещения грунта бульдозером:

а - продольная при резании под уклон; б — то же, при горизонтальном участке, в - то же, траншейным способом; г - то же, послойным способом, I - участок резания: 2 - то же, перемещения, 5 - то же, разгрузки; 4 - насыпь; 5 выемка

Послойный способ применим при небольших глубинах срезки и сложном очертании площадки работ. Выемки разрабатывают слоями на толщину снимаемой стружки за один проход бульдозера последовательно по всей площади выемки.

Если дальность перемещения грунта превышает 40 м, применяют разработку с промежуточными валами, используя спаренную работу двух бульдозеров или работу бульдозера с окрылками. При этом промежуточные валики необходимо образовывать через 20...30 м.

Отсыпка грунта в насыпь начинается с наиболее удаленных участков послойно с одновременным уплотнением или грудами без уплотнения. Возвращение в забой происходит обычно задним ходом без разворота с опущенным отвалом, что способствует разравниванию и промежуточному уплотнению грунта. Особо плотные грунты перед разработкой их бульдозерами следует рыхлить. При этом используют рых-лительное оборудование в виде одного, двух или трех зубьев-рыхлителей, которым оснащается бульдозер (рис. 5.21).

При резании грунта применяют прямоугольную и гребенчатые схемы.

Отвал с ножом бывает жестко закрепленным, поворачивающимся в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Обратная засыпка пазух земляных сооружений. При засыпке па-3Ух применяют различные механизмы. Для бульдозеров наиболее часто используют две основные схемы (рис. 5.22). При схеме прямой разработки бульдозер, двигаясь параллельно траншее, производит постоянно набор грунта и сдвигает его в сторону, осуществляя засыпку траншей небольшими порциями грунта. Возвращение в исходное поло-ЗКение осуществляется задним ходом. Следующая проходка параллельна предыдущей, но со смещением в сторону траншеи на 0,3...0,5 м. Такая схема предпочтительна при засыпке траншей длиной 10...30 м из отвалов, расположенных на бровке и при отрывке небольших выемок.

Рис. 5.21. Бульдозер с зубьями-рыхлителями

Схема боковой разработки подразумевает движение бульдозера перпендикулярно или под углом к траншее. Набирается грунт, осуществляется движение вперед, перемещение грунта в траншею, разгрузка, двиясение назад в исходное положение задним ходом, смещение в сторону да ширину отвала, снова движение вперед с перемещением новой порции грунта.

Рис. 5.22. Засыпка грунта в откосы бульдозером:

а - в траншеи поперечными и косопоперечными проходками; б — в пазухи траншеи подземного коллектора по челночной схеме; в — в пазухи котлована при движении бульдозера с наклонным отвалом; 1 - отвал грунта; 2 — зона засыпки грунта вручную; 3 — направления движения бульдозера; 4 - электро- или тшевмотрамбовка

При устройстве подземных частей зданий и сооружений в комплекс земляных работ входит обратная засыпка фундаментов, коллекторов, туннелей, пазух котлованов и траншей. Выполнение обратной засыпки в ряде случаев усложняется стесненными условиями производства работ. Если расстояние между фундаментами позволяет проезд автомобиля-самосвала, то отсыпку осуществляют полосами вдоль цролета с дальней точки котлована «на себя». При этом самосвалы пе-редвигаютс по основанию, на которое укладывается слой грунта. Если расстояние между фундаментами недостаточно для перемещения самосвалов, грунт транспортируют и разравнивают малогабаритными бульдозерами и погрузчиками. При ширине просвета между фундаментами и другими конструкциями подземной части менее 0,9 м грунт разравнивают вручную.

Рис. 5.23. Технологическая схема обратной засыпки пазух:

1.2 - экскаваторы; 3, 4 - бульдозеры; 5 - виброплита; б - самосвал; 7 - трамбовка; 8 -подземная часть сооружения

Обратная засыпка грунтом узких и глубоких пазух (рис. 5.23) производится следующим образом. Грунт доставляют к месту укладки автосамосвалами, а затем небольшими порциями сталкивают бульдозерами с бровки и разравнивают в нижней части экскаватором; послойное уплотнение выполняется последовательными проходками трамбовки. В верхней части пазухи при достаточной ее ширине грунт разравнивают бульдозером и уплотняют самоходными катками.

Скреперы - высокопроизводительные землеройно-транспортные машины цикличного действия, выполняющие самостоятельную разработку грунта, его транспортировку из выемок в насыпи с частичным уплотнением (рис. 5.24). Эксплуатационные характеристики скреперов позволяют их использовать при необходимости для отрывки котлованов и планировке поверхностей.

Рис. 5.2 4. Схемы работы скреперов:

а — общий вид скрепера: 6 — забор грунта; в — транспортирование; г — послойная выгрузка с разравниванием; 1 — задняя подвижная стенка механизма; 2 - ковш скрепера; 3 — процесс резания груша и заполнения ковша; 4 - тягач; 5 - ковш скрепера с закрытой передней стенкой и заполненный грунтом; б - ножевое устройство в положении транспортирования; 7 - подвижная стен*» механизма в момент полной разгрузки ковша; 8 - отсыпка грунта слоем заданной толщины; 9 - слой отсыпки

Рабочий орган скрепера — ковш с ножевым устройством, который осуществляет послойное резание грунта с одновременным набором его в ковш. Переход в транспортное состояние осуществляется подъемом ковша с одновременным его закрытием. Выгрузка производится в процессе движения скрепера послойно путем наклона ковша скрепера или церемещения задней стенки ковша — свободной или принудительной разгрузкой.

Скреперы подразделяют на прицепные, полуприцепные, самоходные. Главный параметр - вместимость ковша, м3. Основные технологические параметры: грузоподъемность, ширина и глубина резания, толщина отсыпаемого слоя. В настоящее время в строительстве применяют скреперы с вместимостью ковша 3...15 м3. В мировой практике производства земляных работ используют скреперы, имеющие вместимость ковша до 60 м3.

Ширина резания скреперов с вместимостью ковша 4...25 м3 колеблется в пределах 2200...2800 мм. Максимальная глубина резания для этих машин составляет 250...400 мм. Для более точного выполнения процессов планировки грунта и разработки грунта в земляных сооружениях типа «планировочная площадь» может применяться система автоматического управления положением ковша скрепера в зависимости от рельефа местности.

Грунты при разработке их скреперами разбиты на IV группы, последняя группа предполагает тяжелые глинистые грунты и включение в них валунов и камней размером не более 300 мм, грунты предварительно необходимо рыхлить. При разработке супесей и суглинков ковши скреперов могут загружаться с «шапкой». Легкие грунты без валунов можно разрабатывать сразу, более плотные грунты предварительно необходимо рыхлить. При разработке сухих сыпучих грунтов скреперный ковш загружается обычно не более чем на 60...70%. Особые трудности возникают при разработке липких и переувлажненных грунтов вследствие их налипания на ковш.

Для полного и быстрого заполнения грунтом-ковша скреперов традиционной конструкции используют тракторы-толкачи, которые позволяют увеличить усилие резания грунта кромкой ковша и повысить коэффициент его наполнения. В целях повышения производительности скреперов, уменьшения времени рабочего цикла разработаны конструкции скреперов с принудительной (экскаваторной) загрузкой ковша, двухмоторных скреперов, скреперных поездов. Это позволяет в ряде случаев работать без толкачей и снизить стоимость разработки грунта.

При помощи скрепера могут быть механизированы следующие лроцессы производства земляных работ: разработка и укладка грунта в Земляные сооружения различных типов; перемещение грунта на расстояние от 100 до 5000 м; снятие и перемещение растительного слоя-послойное разравнивание грунта.

Оптимальная дальность перемещения грунта скреперами приведена ниже.

Вместимость ковша, м3 3 6 10 15 50

Дальность перемещения, м до 300 До 500 до 700 до 1000 до 3...5 км

Работа скрепера осуществляется по следующей схеме: набор грунта ковшом скрепера, перемещение нагруженного скрепера в насыпь, разгрузка ковша с разравниванием и частичным уплотнением, возвращение порожним ходом к выемке и повторение цикла. В зависимости от конкретных условий — протяженности фронта работ и объемов перемещаемых земляных масс, взаимного расположения насыпей и выемок, уклона планируемой территории - схемы движения скреперов могут быть различными.

В зависимости от взаимного расположения мест разработки и укладки грунта и от условий производства работ используют несколько рабочих схем (рис. 5.25).

Рис. 5.25. Схемы движения (I) и резания грунта скрепером (II):

а - по эллипсу; 6 — по восьмерке; в — спиральная схема; г - зигзагообразная схема; / и 2 — соответственно места погрузки и разгрузки препера; 3 — путь движения препера; 4 — возводимая В*' сыпь; д — клиновидная стружка; в - гребенчатая стружка; ж — тонкая стружка постоянной толщины

Эллиптическая схема применяется особенно часто при панировочных работах в промышленном и гражданском строительстве. Она наиболее эффективна при разработке выемок и возведении невысоких насыпей на линейно-протяженных участках S0...100 м при высоте разработки грунта до 2 м, когда не требуются съезды и выезды на площадке планировки. Схему используют при планировочных работах, при разработке неглубоких выемок и укладке грунта в резервы. В каждом цикле присутствует один набор грунта, два поворота на 180° в одном и том же направлении (один спуск и один подъем), одна разгрузка.

Спиральная (кольцевая) схема является разновидностью эллиптической, она наиболее подходит при возведении широких насыпей высотой 2...2,5 м из двухсторонних резервов или при разработке широких выемок глубиной до 2,6 м. Схему часто применяют для устройства насыпей шириной, равной или большей длины пути разгрузки ковша. При этом не требуются съезды и выезды с площадки, рсновное движение скреперов перпендикулярно оси возводимого сооружения, уменьшается дальность транспортировки, повышается производительность.

Восьмерка является также разновидностью эллиптической схемы. Восьмерку применяют при большом объеме работ, возведении насыпей высотой 4...6 м из боковых резервов, при разработке протяженных выемок и планировке площадок, особенно на площадках со сложным рельефом, при наличии, например, двух зон выемки грунта и одной насыпи или наоборот. За один цикл скрепер дважды набирает и разгружает грунт, поэтому имеется возможность чередовать при движении левые и правые повороты, что улучшает технико-экономические показатели, сокращается время цикла работы.

Зигзаг используют при возведении протяженных насыпей (дорог, плотин) высотой до 6 м из рядом расположенных выемок при протяженности рабочих участков не менее 200 м. При этой схеме Уменьшается число поворотов, сокращается продолжительность одного Цикла, возрастает производительность по сравнению с эллиптической схемой на 15—20%.

Челночно-поперечная схема применяется при возведении насыпей из двухсторонних выемок, а также при разработке выемок на глубину до 1,5 м с перемещением грунта в двусторонние отва-Цьг. Набор грунта осуществляется перпендикулярно оси выемки при Движении скрепера как в одну, так и в другую сторону. Схема сокращает число поворотов скрепера, длину пути груженого и порожнего хода.

Челночно- продольная схема движения скреперов используется при возведении высоких насыпей (4...6 м) с откосами не более 45° с транспортировкой грунта из двусторонних резервов или русла будущего канала. Схема позволяет сократить до минимума длину' порожнего хода, произвести за один цикл две отсыпки и сократить число поворотов.

При вертикальной планировке строительных площадок применяют эллиптическую и спиральную схемы, возможно в ряде случаев использование челночно-поперечной схемы. Грунты, разработка которых затруднена, предварительно рыхлят на толщину разрабатываемого слоя, для этого применяют навесные рыхлители на тракторах.

Скрепер срезает ковшом стружку грунта толщиной 0,12...0,35 м и шириной (для разных типов машин 1,65—2,75 м). Наибольшая толщина отсыпаемого слоя 0,35—0,5 м. Для равномерной толщины отсыпаемого слоя грунта разгрузку осуществляют только в процессе движения скрепера. Скреперы заполняют ковш на пути длиной 12...20 м, длина пути разгрузки меньше и находится в пределах 9—15 м. Для увеличения толщины стружки, сокращения времени и более полного наполнения ковша грунтом применяют тракторы-толкачи (один толкач на 2—6 скреперов).

Применяют следующие схемы резания грунта скрепером в зависимости от вида и сцепления грунта (рис. 5.25):

  • тонкой стружкой при постоянной глубине резания, при любых связных грунтах;
  • клиновидной стружкой (переменной ее толщиной) при заглублении ножа до максимальной глубины и последующем постоянном его подъеме — при разработке легких связных грунтов на горизонтальных участках местности;
  • гребенчатой стружкой (с попеременным заглублением и подъемом ковша) с постоянно затухающей амплитудой - при разработке сухих суглинистых и глинистых грунтов.

Скреперы - мощные и устойчивые машины. В груженом состояний они могут преодолевать подъем до 18% и в порожнем - до 40%; скрепер может спускаться под уклон до 45%, двигаться при поперечном уклоне до 30%.

Одноковшовые погрузчики (рис. 5.26) получили большое распространение при производстве земляных работ в строительстве. Это связано с тем, что современные модели этих машин своей мобильностью, маневренностью, простотой конструкции, особенно пневмоколесные фронтальные погрузчики, превосходят одноковшовые экскаваторы.

Рис. 5.26. Одноковшевые погрузчики

Вместе с тем погрузчики имеют целый ряд ограничений по условиям производства работ, типу и параметрам земляного сооружения. Применение погрузчиков позволяет механизировать следующие процессы и операции комплексного технологического процесса: снятие и перемещение растительного слоя грунта; подготовку забоя; содержание и ремонт землевозных работ; зачистку дна выемок; срезку грунта в земляных сооружениях; разработку и транспортировку грунта при устройстве подземных сооружений; погрузку грунта; перемещение грунта на расстояние до 200 м; послойное разравнивание грунта; планировку грунта; обратную засыпку выемок и пазух. Главный параметр одноковшовых погрузчиков - грузоподъемность.

Рис. 5.27. Номенклатура навесного оборудования погрузчиков

Основные технические параметры — вместимость ковша, мощность двигателя, масса. Основные технологические параметры - высота разгрузки, длительность цикла, наименьшее расстояние от рабочей кромки ковша при разгрузке до борта транспортного средства. Применяют одноковшовые погрузчики грузоподъемностью 2; 3; 4 и 6 т. Создал погрузчик грузоподъемностью 15 т с вместимостью ковша 7,5 м3.

Широкое распространение в строительстве получили многоцелевые малогабаритные погрузчики. Погрузчик может быть оснащен различными видами сменного оборудования, что значительно расширяет область их применения на строительной площадке (рис. 5.27).

Одним из основных процессов при разработке грунта является транспортировка грунта. Механизация процесса транспортировки осуществляется при помощи землеройно-транспортных машин и специальных транспортных средств - автомобилей-самосвалов и земле-возов. Главный параметр транспортного средства - грузоподъемность.

Наибольшее применение в строительстве для перевозки грунта при производстве земляных работ находят автомобили-самосвалы марок ЗИЛ, МАЗ, КамАЗ, КрАЗ грузоподъемностью 4,5... 12 т. Происходит постоянное совершенствование конструкции этих машин, растет производительность за счет увеличения объема кузова, применения разных схем разгрузки, включая донную и боковые, снижения времени подъема и опускания кузова.

Находят большое распространение землевозы. Землевозы грузоподъемностью 23 и 40 т показаны на рис. 5.28.

Рис.5.28. Самосвалы-землевозы грузоподъемностью 23 т (а) и 40 т (б)