Гидромеханический способ разработки и транспортировки грунта основан на способности водяной струи при большой скорости движения размывать грунт и нести его частицы до тех пор, пока скорость не уменьшится, в результате чего частицы оседают. Гидромеханизация позволяет весь процесс - разработку грунта, транспортирование и укладку в насыпь осуществлять одновременно одним потоком воды. Применение этого метода целесообразно при больших объемах работ, необходимости устройства насыпей с минимальной осадкой, при наличии достаточных ресурсов воды и электроэнергии. Технологический процесс гидромеханизации включает в себя разработку грунта в забое, где он, перемешиваясь с водой, переходит в полужидкую массу (пульпу), транспортирование этой пульпы с укладкой (намывом) в сооружение или в отвал.

По способу разработки грунтов методами гидромеханизации различают гидромониторный (размыв грунта струей воды) и землесосный (засасывание грунта из-под воды).

Гидромониторный способ - размыв сухого забоя мощной струей воды с последующим транспортированием разжиженного грунта (пульпы). Применяется при вскрышных работах (разработка верхних слоев грунта для свободного доступа к полезным ископаемым с последующей разработкой их открытым способом), разработке выемок песка, суглинка, глины и т. д.

Землесосный способ выполняется посредством разработки, всасывания и транспортирования по трубам разжиженного грунта из-под воды. Способ нашел применение при устройстве каналов, намывке дамб, плотин, насыпей, планировке территорий, устройстве морских и речных сооружений.

Гидромеханическая разработка грунта - наиболее удобный и экономичный способ, при нем отпадает необходимость в строительстве автомобильных дорог, железнодорожных путей, и в транспортных средствах для перевозки грунта. Увлажнение, разравнивание и уплотнение грунта, неизбежные при сухом способе производства работ, здесь отпадают, так как эту работу выполняет вода. Стоимость разработки грунта на 30...40% ниже по сравнению с экскаваторной; выработка также возрастает в 1,5...2 раза. Если взять стоимость всего цикла производства земляных работ, то стоимость при гидромеханизации ниже остальных способов в 10...18 раз.

Разработка грунта гидромониторами. В надводных забоях сухой грунт размывают гидромониторным способом. Основным технологическим средством такой разработки является гидромонитор, который представляет собой стальной ствол с насадкой диаметром 50—175 мм и шарнирными сочленениями, обеспечивающими вращение ствола в вертикальной и горизонтальной плоскостях для направления водяной струи в нужном направлении (рис. 5.32). Вода поступает к гидромонитору по трубопроводу под большим напором. Необходимый напор воды определяется напором воды для размыва грунта (для песка 25...50 м, для глины - до 80 м) и напором, учитывающим Потери в сети водопровода, сочленениях и т. д. Скорость струи воды, вылетающей из насадки гидромонитора, зависит от размываемого грунта и находится в пределах 10...40 м/с. В результате ударного действия струи воды на грунт существующий монолит грунта разрушается на более мелкие составляющие, которые в смеси с водой образуют пульпу. Разжижение грунта (состав пульпы) осуществляется в пропорции от 1: 8 до 1: 15, т. е. на 1 м3 разрабатываемого грунта приходится от 8 до 15 м3 воды.

Размыв грунта гидромониторами производится снизу вверх и сверху вниз. При размыве снизу вверх (встречный забой) гидромонитор устанавливается на подошве забоя, струя воды подмывает нижнюю часть забоя, под действием собственной массы верхняя часть регулярно обрушается. Обрушенный грунт легко размывается, образуя пульпу, которая по специально подготовленным лоткам легко перемещается под уклон к отстойнику или месту укладки. При наличии отстойника грунт из него насосом по трубопроводам перемещается к месту укладки в насыпи.

Способ встречного забоя является наиболее производительным способом. Высокая производительность гидромонитора обеспечивается за счет периодических обвалов грунта, нависающего над зоной подмыва. Этот эффект достигается путем смачивания верхних слоев грунта впереди забоя, что приводит его к преждевременному обрушению или путем взрывания грунта по фронту забоя. Для того чтобы гидромонитор не оказался среди потоков пульпы, необходимо периодически контролировать направление ее в обход с двух сторон работающей установки.

Рис.S.32. Гидромониторный способ разработки грунта:

а — схема гидромонитора; б — встречный забой; в — попутный забой; 1 — водовод; 2 — рычаг Управления; 3 — ствол; 4 — насадка; 5 — салазки; б — фронт забоя; 7 — скважина с водой для размягчения грунта; 8 — направление движения пульпы к отстойнику

При размыве грунта сверху вниз (попутный забой) гидромонитор устанавливается в верхней части забоя. В этом случая вначале размывается траншея для стока пульпы, а затем действием струи на боковые стенки траншеи, разрабатывается и весь забой. Этот способ обеспечивает лучшие условия труда рабочих, однако энергия напора воды используется не полностью. При попутных забоях производительность гидромонитора оказывается значительно ниже, но механизм перемещается по сухому грунту, а поток пульпы, приобретая от водяной струи достаточную начальную скорость, обеспечивает ей интенсивный сток.

В обоих случаях оптимальный горизонтальный угол разработки грунта находится в пределах 90...1200.

Для экономичного производства работ подбирают насос необходимой подачи, для которого по каталогам определяют форсунку с оптимальным диаметром выходящего сопла. От форсунки зависит расход воды, от насоса — необходимый напор.

Пульпа от забоя по лоткам стекает в отстойник (зумпф), который обычно располагается на расстоянии 10...50 м от забоя. Из зумпфа пульпа откачивается насосом к месту укладки закрытым способом по трубам под давлением. При соответствующем уклоне местности пульпа без зумпфов по лоткам, имеющим уклон не менее 1/100 стекает к месту распределения (укладки) грунта.

В подводных забоях грунт разрабатывают землесосным способом с использованием земснарядов. В процессе разработки грунта производится всасывание грунтовой массы из-под воды с помощью всасывающей трубы землесоса, как с предварительным рыхлением для плотных глинистых грунтов, так и без него для песчаных и илистых грунтов. Труба землесоса (рис. 5.33) подвешена к специальной стреле, соединенной с мачтой и установленной на барже (земснаряде). При разработке плотных грунтов всасывающую трубу снабжают специальной вращающейся рыхлительной головкой или вибрационным рыхлителем. Земснаряд соединяют с магистральным пульпопроводом, проложенным по берегу. Благодаря плавучему пульпопроводу, смонтированному на специальных поплавках (плашкоутах), осуществляют его передвижение вслед за перемещающимся по забою земснарядом. Разработку грунта начинают с заглубления всасывающей трубы с наконечником (или рыхлителем) на глубину снимаемого за одну проходку слоя грунта.

 

Р и с. 5.33. Землесосный способ разработки грунта:

а) — схема работы земснаряда; 6 — схема намыва насыпей; 1 — сосун (устройство для забора 1рун-та)» ^ - земснаряд, 3 — землесос; 4 — напорный пульпопровод; 5 — плавучий пульпопровод; 6 — береговой пульпопровод; 7 - карта отстоя пульпы; 8 - карта намыва грунта; 9 - карта обваловывания; 10 - валы груша

Глубина разработки грунта определяется величиной опускания всасывающего устройства земснаряда. Пульпа засасывается и подается по трубопроводам под давлением 20...80 м вод. ст. (200...800 Па), производительность (масса перемещаемой пульпы по трубопроводу) изменяется в пределах 0.4...12 тыс. м3/ч.

Рабочим органом землесосного снаряда является засасывающее устройство. В зависимости от связности грунта к этому устройству перед его зевом прикрепляют в легких грунтах раструбы, а в глинистых и суглинистых грунтах - фрезерные разрыхлители. Под действием центробежного насоса в засасывающем устройстве образуется вакуум, под влиянием которого вода с грунтом (пульпа) поступает во всасывающую трубу, затем нагнетается в напорные пульповоды, которые уже перемещают пульпу к месту укладки.

Намыв насыпей. Укладка (намыв) грунта происходит в результате оседания частиц грунта из пульпы, когда скорость движения ее становится ниже критической.

Первоначально обваловывают площадь (с помощью бульдозера создают валы грунта заданной высоты по периметру этой территории), на которую будет поступать пульпа, так называемую карту намыва. Ширину карты намыва назначают равной ширине основания возводимой нягыпи, а длина карты принимается в пределах 100...200 м. Оптимальными отношениями ширины карты намыва к длине считаются соотношения от 1: 3 до 1: 8. В этой связи длина карты часто подгоняется под эти отношения, т. е. уменьшается или увеличивается.

Одновременно в работе должно находиться не менее трех карт-захваток: на одной — отстой пульпы, на второй — подача пульпы, на третьей — обваловывание. На этих картах поочередно выполняют намыв грунта, отстой (обезвоживание) и подготовительные работы к намыву следующего слоя. По контуру каждой карты бульдозером возводят земляной вал на высоту намываемого слоя пульпы и наращивают Установленный ранее в пределах этой карты дренажный (водосборный) колодец с выпускаемой за пределы карты трубой.

Из существующих способов намыва и транспортирования пульпы чаще других применяются эстакадный и безэстакадный (рис. 5.34).

Эстакадный способ намыва грунта состоит в том, что магистральный пульповод располагают по продольной оси насыпи на инвентарных эстакадах, которые превышают по высоте возводимую насыпь.

Рис. 5.34. Намыв грунта:

а - эстакадным способом; б - низкоэстакадным способом; I - обваловывание; 2 - пульповод; 3 -водосборный колодец (дренаж); 4 — водоотводящая труба; 5 — слон намываемого грунта; б — переносная опора пульповода

Из пульповода пульпа поочередно направляется на карты или участки намыва. Применяют этот способ для намыва широких насыпей. Возможны два способа намыва - низкоэстакадный намыв, производимый из торца пульпопровода и высокоэстакадный намыв, осуществляемый через боковые отверстия последнего звена пульпопровода. При эстакадном способе намыва средняя часть насыпи оказывается более прочной, так как здесь оседают наиболее крупные и прочные составляющие части пульпы.

Безэстакадный способ отличается тем, что магистральные пульпопроводы располагаются вне насыпи, т. е. их укладывают у подошвы будущей насыпи с двух сторон карты намыва и через каждые 10...20 м к пульпопроводу присоединяют патрубки, к которым в свою очередь подсоединены горизонтальные трубы с отверстиями, из которых пульпа растекается по намываемой плоскости. Этот способ более прогрессивен, так как позволяет экономить около 1000 кубометров лесоматериалов, необходимых для устройства эстакад на каждый миллион кубометров намыва грунта. Более крупные частицы грунта при этом способе оседают вдоль боковых частей насыпи, что делает их более прочными, а значит и более устойчивыми при сооружении дамб, плотин и других сооружений, противостоящих подпору воды.

Земляные валы вокруг насыпей устраивают высотой 1,0... 1,5 м для одной очереди намыва, сам же намыв выполняют слоями от 20 до 100 см высотой в зависимости от способности укладываемого грунта к дренированию. Для ускорения удаления воды с намываемой насыпи устраивают сбросные колодцы, из которых осветленная вода (освободившаяся от намываемого грунта) отводится за пределы насыпи. По мере намыва слоев грунта на карте колодцы наращиваются по высоте. 

Возведение насыпей методом намыва обеспечивает значительную плотность грунта, в связи с чем не требуется его искусственного уплотнения, а насыпи придают небольшой запас по высоте (1,5% для суглинистых и супесчаных и 0,75% для песчаных грунтов) на последующую естественную усадку.