→ Земляные работы
Основные способы разработки грунта
Выбор способа производства земляных работ зависит от объемов и свойств грунта, вида земляных сооружений, гидрогеологических условий производства работ и других условий.
Технологический процесс выполнения земляных работ состоит из отдельных рабочих процессов, разработки грунта, транспортировки, укладки в насыпь или отвал, уплотнения и его планировки. Для их выполнения применяются различные виды механизмов и машин.
Землеройные машины - одноковшовые экскаваторы со сменным оборудованием (прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер), многоковшовые экскаваторы, плунжерные канавокопатели и др.
Машины для подготовительных работ: кусторезы, корчеватели, рыхлители.
Землеройно-транспортные машины: бульдозеры, скреперы, грейдеры и автогрейдеры, грейдер-элеваторы.
Гидромеханические средства: гидромониторы, землесосные установки.
Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами. Экскаватор - это самоходная землеройная машина, которая при помощи рабочего органа отделяет грунт от массива, перемещает его и выгружает в отвал или транспортные средства.
Благодаря надежности в работе, высокой производительности и маневренности экскаваторы получили широкое применение при производстве различных видов земляных работ.
Для строительных целей выпускаются экскаваторы с ковшом вместимостью 0,15; 0,25; 0,4; 0,65; 1; 1,6; 2,5 и 4 мэ.
При выполнении больших объемов земляных работ на гидротехническом строительстве, вскрыше и добыче полезных ископаемых, работе в карьерах применяются более мощные экскаваторы с вместимостью ковша 2- 16 м3 и более.
В зависимости от ходового устройства экскаваторы подразделяются на гусеничные, пневмоколес-ные автомобильные и шагающие. Одноковшовые экскаваторы относятся к машинам цикличного действия. Время рабочего цикла определяется суммой отдельных операций: продолжительность заполнения ковша, поворот на выгрузку, разгрузку и поворот в забой.
Рабочая зона экскаватора называется экскаваторным забоем. К этой зоне относится площадка, где размещается экскаватор, часть поверхности разрабатываемого массива и место для установки транспортных средств или площадка для укладки разрабатываемого грунта.
По мере разработки грунта в забое экскаватор перемещается, отработанные участки называются проходками. Для лучшего использования машин важное значение имеет: правильное применение рабочего оборудования в зависимости от группы разрабатываемого грунта, выбор забоя, приемы работы.
Для производства земляных работ в строительстве чаще всего используются экскаваторы, оборудованные прямой лопатой, обратной лопатой и драглайном. Тип экскаватора выбирают на основании технико-экономического сравнения различных вариантов.
По направлению движения экскаватора относительно продольной оси выемки различают продольный (с лобовым или торцовым забоем) и поперечный (боковой) способы разработки.
Продольный способ состоит в разработке выемки проходками, направление которых выбирается по наибольшей стороне выемки.
Лобовой забой применяется при разработке съезда в котлован и при рытье начала выемки на крутых косогорах.
В процессе работы экскаватор движется вперед, наступая на массив разрабатываемого грунта. Торцевой забой применяется при разработке выемок ниже уровня стоянки экскаватора. При этом экскаватор, передвигаясь задним ходом по поверхности земли или на уровне, расположенном выше дна выемки, разрабатывает торец выемки.
Боковые забои применяются для разработки выемки прямой лопатой, при этом пути транспортныхсредств устраиваются параллельно оси перемещения экскаватора или выше подошвы забоя.
Поперечным (боковым) способом разрабатывают выемки с отсыпкой грунта в направлении, перпендикулярном оси выемки. Поперечный способ применяется при разработке протяженных нешироких выемок с отсыпкой кавальеров или при устройстве насыпей из боковых резервов.
Грунт прямой лопатой разрабатывают лобовым забоем (при этом транспортные средства подаются сзади экскаватора по дну образуемой выемки) или боковым забоем с продольными проходками и со сквозным проездом транспортных средств параллельно движению экскаватора. Количество проходок зависит от ширины и глубины выемки.
Наиболее высокая производительность экскаваторов с ковшами вместимостью 0,25-0,65 м3 достигается при ширине забоя в 1,5 Rmax, а у экскаваторов с вместимостью ковша 1 м3 наибольшая производительность может быть при ширине забоя, равной 2 Rmax при соблюдении рекомендуемой высоты забоя.
В песчаных грунтах высота забоя может приниматься равной Яшах - наибольшей высоте черпания; в связных грунтах высота забоя не должна превышать высоты резания во избежание образования козырьков, недопустимых из соображений безопасного ведения работ. Оптимальная высота забоя может быть принята равной 0,7-0,8 Яшах - наибольшей высоты резания.
Прямое влияние на производительность экскаватора имеет продолжительность цикла, т. е. суммарное время, затрачиваемое на наполнение ковша грунтом, подъем ковша, поворот платформы, выгрузку грунта, обратный поворот платформы и опускание ковша. Цикл работы экскаватора можно сократить за счет выполнения ряда мероприятий.
Продолжительность загрузки ковша снижается путем уменьшения пути резания, т. е. увеличения толщины стружки. В высоких забоях разработку ведут с подошвы, чтобы грунт сползал в ковш. Набор грунта ведут на среднем вылете крюка, а козырьки обрушают ковшом. В песчаных грунтах ковш заполняют на коротком пути.
Время на выгрузку ковша сокращается путем уменьшения угла поворота экскаватора, совмещения подъема ковша и поворота платформы.
Экскаватор, оборудованный обратной лопатой, применяется при разработке грунта ниже уровня стоянки (рис. 3. 15) и наиболее часто используется при рытье траншей для укладки подземных коммуникаций, небольших котлованов под фундаменты и другие сооружения, где применение прямой лопаты, грейфера, драглайна и других механизмов затруднено и неэкономично.
Обратная лопата используется для разработки котлованов глубиной не более 5,5 м и траншей до 7 м. Жесткое крепление ковша обратной лопаты придает ему способность рыть узкие траншеи с вертикальными стенками.
Рис. 3.15. Схемы разработки ныемки обратной лопатой
а - торцевая проходка; б - боковая проходка; Э и Т – оси движения экскаватора и транспорта
Рис. 3.16. Схемы разработки выемки драглайном « - боковая проходка; б -торцевая проходка; Э и Г -оси движения экскаватора и транспорта
Глубина разрабатываемых узких траншей больше, чем котлованов, так как экскаватор может опускать стрелу с рукоятью в самое нижнее положение, сохраняя устойчивость.
Экскаватор с рабочим оборудованием драглайн используется при разработке больших и глубоких котлованов, каналов при возведении насыпей из резервов, на вскрышных работах, в карьерах при добыче песка и других работах. Преимуществами драглайна является большой радиус действия и глубина копания до 16-20 м, возможность разрабатывать забои со значительным притоком грунтовых вод или черный грунт из-под воды. Рабочее оборудование драглайна позволяет широко использовать его почти на всех видах земляных работ и самых различных грунтах. К недостатку относится необходимость предварительного рыхления плотных и скальных грунтов.
Драглайн разрабатывает выемки торцевыми или боковыми проходками (рис. 3.16). Разработанный грунт укладывается в односторонние или двусторонние отвалы или грузится на транспортные средства. Боковые забои широко применяются при возведении насыпей из резервов и на вскрышных работах.
Разработка грунта скреперами и бульдозерами. Скрепер -это машина, предназначенная для послойной разработки, транспортирования и разгрузки грунта в отвал или насыпь с послойным уплотнением (рис. 3. 17, 3. 18). Толщина разработки слоя в зависимости от мощности скрепера колеблется от 15 до 30 см; разрабатываемые грунты - до IV группы.
Рис. 3.17. Прицепной скрепер ДЗ-20 с гидравлическим приводом и принудительной разгрузкой ковша
У -передняя ось; 2 - дышло; 3 - заслонка; 4 - ковш; 5 -упряжные тяги; 6 – задняя стенка; 7 - буфер; 8 - ножи; 9 - система гидропривода
Рис. 3.18. Самоходный скрепер ДЗ-Н 1 - тягач; 2 - седельно-сцепное устройство; 3 - гидроцилиндр подъема ковша; 4 - заслонка; 5 -ковш; 6 - гидроцилиндр подъема заслонки; 7 - трубопроводы; 8 - буфер; 9 - задняя стенка; 10 - нож; 11 - масляный бак гидросистемы; 12 - гидроцилиндр рулевого механизма
Рабочим органом служит ковш с ножевым устройством, который при движении осуществляет послойное резание грунта с одновременным набором его в ковш. Разгрузка ковша осуществляется также послойно при движении скрепера.
Скреперы широко используют в автодорожном и железнодорожном строительстве для возведения насыпей и при разработке выемок; в гидротехническом строительстве- для рытья каналов, отсыпки дамб и плотин; в гражданском и промышленном строительстве - для разработки котлованов и рытья траншей без установки креплений, срезки бугров и засыпки низин; на вскрышных работах при добыче полезных ископаемых открытым способом, а также на разного рода вспомогательных работах по зачистке, подсыпке грунта, его планировке и др.
Скреперы классифицируются по ряду признаков: – по геометрическому объему ковша - малый (до 3 м3), средний (от 3 до 10 м3) и большой (свыше 10 м3) вместимости; – по роду агрегатирования с тягачом - прицепные и самоходные (в том числе полуприцепные или седельные) ; – по способу загрузки ковша - загружаемые за счет силы тяги тягача и с механической (элеваторной) загрузкой; – по способу загрузки ковша - со свободной, полупринудительной и принудительной разгрузкой; – по способу привода рабочих органов - канатные и гидравлические.
Увеличение производительности скрепера достигается зя счет применения шахматно-гребенчатой схемы, когда грунт разрабатывается не сплошь, а через полосу, что уменьшает сопротивление резанию благодаря отсутствию грунта с боковых сторон этих полос.
Для срезания твердых пород на ножах устанавливают зубья. Лучше всего ковш заполняется в супесчаных и легких суглинистых грунтах оптимальной влажности. Дальность транспортирования грунта колеблется от 50 м до 3 км.
Для увеличения производительности скрепера необходимо сокращать время на порожний и груженый ходы, применяя рациональные движения на больших скоростях и избегая большого числа разворотов.
Работу скрепера следует сочетать с работой бульдозеров, используя их для разработки повышенных участков и перемещение грунта на небольшие расстояния в пониженные места.
Бульдозеры предназначены для разработки и перемещения грунта на небольшие (до 60-80 и не более 100 м) расстояния. Их применяют для устройства автодорожных и железнодорожных насыпей из боковых резервов, рытья каналов и котлованов, засыпки траншей и ям, разравнивания грунта, планировки строительных площадок, очистки дорог и стройплощадок от снега, валки деревьев и корчевки пней при подготовке трасс и строительных площадок. Их можно использовать также в качестве толкачей при работе со скреперами.
Бульдозер представляет собой навесное оборудование в виде отвала с ножом, устанавливаемое на гусеничном тракторе или пневмоколесном тягаче (рис. III . 19). По характеру установки отвала в горизонтальной плоскости (в плане) бульдозеры делятся на два вида: с неповоротным и поворотным отвалом. Бульдозеры с поворотным отвалом часто называют универсальными. Кроме того, бульдозеры бывают с неизменной или изменяющейся (от 0 до 7-8°) установкой отвала в вертикальной (поперечной) плоскости.
Рис. 3.19. Бульдозер ДЗ-25 с поворотным отвалом и гидравлическим приводом на тракторе Т-180Г
1 – 11ВЛЛ.2 – расжх; 3 -толкающая рама; 4 - шдроцилиндры перекоса отвала, о - крышка; 6 - гидроцилиндры подъема и опускания отвала
По типу привода бульдозеры разделяются на канатные и гидравлические.
Бульдозер является машиной периодического (циклического) действия. Цикл работы бульдозера слагается из операции рабочего хода, при которой производится резание и транспортирование грунта к месту его отвала, и операции холостого хода при возвращении бульдозера в забой.
От способа выполнения этих операций, а также от схемы пути движения бульдозера зависит его производительность. Для уменьшения потерь грунта при перемещении и с целью увеличения его объема к торцам отвала крепят открылки.
Бульдозеры часто входят в комплект оборудования, обеспечивающего комплексную механизацию земляных работ. Большое применение она находит при планировке и отсыпке скреперами, автомобилями-самосвалами и ленточными конвейерами: отсыпаемый грунт разравнивают бульдозерами. Широкое применение имеют бульдозеры также при засыпке фундаментов, траншей и пазух, образовавшихся после бетонирования.
Грунт может разрабатываться тремя основными способами: резанием -землеройными (одноковшовым экскаватором со сменным оборудованием «прямой» и «обратной» лопатами и многоковшовым роторным или цепным экскаватором) и землеройно-транспортными (скрепером, бульдозером, грейдером) машинами; гидромеханическим - с помощью гидромониторов и землесосных снарядов при наличии мощных источников водоснабжения, при этом размыв грунта и подача его к месту укладки происходят за счет кинетической энергии струи воды; взрывом с использованием различных взрывчатых веществ. Кроме вышеперечисленных существуют специальные способы разрушения грунта - ультразвуком, токами высокой частоты, термическими установками, комбинированными способами.
Разработка грунта резанием
Разработка грунта землеройными механизмами (одно- и многоковшовыми экскаваторами). Экскаваторы бывают одноковшовые циклического действия на пневмоколесном или гусеничном ходу и многоковшовые непрерывного действия. Одноковшовые экскаваторы комплектуются различным сменным оборудованием (рис. 1.7).
Забоем называется рабочее место экскаватора, включая место его стояния и забора грунта. Проходка - это выемка, образованная одним ходом экскаватора. Проходки бывают: лобовыми (торцевыми), при которых разработка ведется на крутых склонах по оси выемки и впереди себя и по обе стороны от оси, и боковыми , при которых разработка грунта происходит с одной стороны по ходу движения. Выемки значительной глубины разрабатывают ярусами-уступами, устраиваемыми в разных уровнях. Транспортные средства располагаются на одном уровне с экскаватором или выше его уровня. Схемы лобовых проходок экскаватора с «прямой» и «обратной» лопатами приводятся на рис. 1.8: продольная симметричная, продольная с поперечным перемещением, по зигзагу.
Рис. 1.7. Типы строительных экскаваторов с различным сменным оборудованием: а - прямая лопата; б - обратная лопата; в - грейфер; г- драглайн; д- копер для забивки свай; е, и - кран для выполнения монтажных и погрузоразгрузочных работ; к - дизель-молот для рыхления мерзлого грунта; ж - приспособление для корчевания пней
Разработку плотных грунтов в плоскости забоя ведут в шахматном порядке, т.е. с отступом от предыдущей полосы резания на величину меньше ширины ковша. При повороте стрелы в обратном направлении снимают полосы несрезанного грунта, что обеспечивает быстрое заполнение ковша грунтом, так как боковое сопротивление резанию при этом уменьшается. Песчаные грунты разрабатывают последовательными полосами (стружками) с небольшим перекрытием предыдущих полос.
Многоковшовые экскаваторы разделяются по типу основного рабочего оборудования на цепные , применяемые при разработке мягких грунтов 1-3 категории на глубине менее 4 м, и роторные , используемые для грунтов повышенной прочности, в том числе мерзлых, на глубине менее 2,5 м. Разработку грунта роторными и цепными экскаваторами в связных грунтах (глинах, суглинках) производят на глубину до 3 м без дополнительного крепления.
Рис. 1.8. Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами при отрывке котлованов: а - лобовой проходкой экскаватора, оборудованного прямой лопатой, с односторонней погрузкой в транспортную машину; б - то же, с двухсторонней погрузкой; в - уширенной лобовой проходкой с зигзагообразным перемещением экскаватора; г - то же с перемещением экскаватора поперек котлована; д - боковой проходкой экскаватора, оборудованного прямой лопатой; е, ж, з - торцевой проходкой вдоль котлована экскаватором, оборудованным обратной лопатой; и, к - то же, при проходках поперек котлована; л - боковой проходкой; м - поперечно-челночной проходкой
экскаватором-драглайном
!^ " IЧ " I Ч Ч N (111
^ У
иЕЕПЕШДЩц!
Разработка грунта землеройно-транспортными машинами. В зависимости от типа взаимосвязи рабочего оборудования с тягачом применяют прицепные, полуприцепные и самоходные скреперы. Скреперы используют при планировке площади и устройстве линейно-протяженных земляных сооружений (рис. 1.9).
Возможность и условия разработки грунта скрепером определяют консистенцией грунта (В): В= (IV- Н / р)/(IV, - Щ,), где IV- природная влажность грунта, %; Щ,- влажность грунта на границе раскатывания, %; IV, - влажность грунта на границе текучести, %. При твердой консистенции грунта (В 0) и полутвердой (В= 0-0,25) грунт следует предварительно рыхлить. При тугопластичной консистенции (В- 0,25-0,5) и мягкопластичной консистенции (5= 0,5-0,75) грунт можно разрабатывать без рыхления. При тягучепластичной (В- 0,75-1) и тягучей (?>1) консистенции скреперы применять нельзя.
Рис. 1.9. Последовательность технологических операций, выполняемых скрепером: а - загрузка ковша грунтом с толкачом;
б - выгрузка грунта из ковша
Полный рабочий цикл разработки грунта включает: резание и наполнение ковша, перемещение, выгрузку, укладку ровным слоем и уплотнение колесами скрепера. Заполнение ковша происходит в процессе движения скрепера с опущенным ножом. Резание может выполняться по следующим профилям: ровной стружкой (рис. 1.10, в) (применяется при планировочных работах); стружкой переменного сечения от 20 до 36 мм гребенчатым профилем (рис. 1.10, б); клиновым профилем (рис. 1.10, а).
Рис. 1.10. Профили резания грунта скрепером: а- клиновидная стружка; б - гребенчатая стружка; в - тонкая стружка постоянной величины
В зависимости от направления забора грунта по отношению к оси выработки может быть выбрана поперечная или продольная схема возки грунта. Поперечная схема возки принимается при близком взаимном расположении выемки и насыпи. При этой схеме следует устраивать въезды на насыпь и съезды с нее. При продольной схеме возки груженые скреперы движутся по отсыпаемой насыпи, имеющей два торцевых съезда. Основную часть рабочего цикла скрепера составляет его движение к месту разгрузки и обратно. Наиболее распространенными схемами движения скрепера являются: по эллипсу, применяемая при планировке площадок и отсыпке насыпей из резервов при ограниченном числе захваток (рис. 1.11, а); по восьмерке - при фронте работ, позволяющем в течение цикла дважды делать забор грунта в резерве и его разгрузке в насыпь (рис. 1.11, б); по спирали - при низких насыпях, если не требуются большие объемы работ по устройству съездов (рис. 1.11, г); по зигзагу - при колонной разработке грунта в резервах большой протяженности (рис. 1.11, в) поперечно-челночная - при концентрированном перемещении грунтовых масс и большом удалении друг от друга (рис. 1.11,5); продольно-челночная (рис. 1.11, с); с одного конца насыпи и чередующихся насыпей (рис. 1.11, ж, з).
Технологические схемы разработки грунта бульдозером. Бульдозеры применяют для разработки неглубоких выемок до 2 м или насыпи высотой менее 1,5 м с перемещением грунта в отвал на расстояние до 200 м; для грубой планировки площадок; обратной засыпки траншей, пазух котлованов; окучивания грунта в зоне работы погрузчиков, а также как дополнительный тягач при разработке грунта скреперами. Наибольшая глубина резания составляет 20-60 см. Рабочим органом бульдозера является прямой навесной отвал, жестко закрепленный и поворачиваемый в вертикальной (90-54°) и горизонтальной плоскостях (3-8°).
Профили резания бульдозера аналогичны профилям резания скрепера. Наиболее рациональными являются клиновидная и гребенчатая схемы резания. При разработке грунта в широких выемках и на площадках могут быть использованы несколько технологических схем (рис. 1.12), обеспечивающих наибольшую производительность: поперечная с ярусно-траншейной разработкой; траншейная по челночной схеме (при разработке котлованов); сплошным слоем; ступенчато-ярусным; полосами; траншейно-полосная и др. При траншейном способе разработки грунта между параллельными проходками бульдозера оставляют нетронутые грунтовые валы, окаймляющие траншеи и препятствующие потерям грунта.
Валы срезают бульдозером в последнюю очередь. При перемещении на расстояние более 40 м применяют способ разработки с промежуточным валом или спаренную работу бульдозеров, движущихся рядом с одинаковой скоростью на расстоянии 0,5 м один от другого. При челночной схеме (в мелких и широких выемках) в котловане срезают и перемещают грунт вдоль оси котлована, начиная с середины,
в оба конца. Вначале разрабатывают котлован на первой захватке на глубину до 1 м, а затем на второй на ту же глубину и т.д. Между смежными траншеями оставляют перемычки нетронутого грунта и валы шириной 0,5-1,2 м, которые срезают после разработки нескольких траншей. При устройстве линейных сооружений небольшой ширины грунт разрабатывают по схеме эллипс или восьмерка.
р езерВ ^
набор грунта разгрузка грунта
направление движения скрепера
Рис. 1.11. Схема разработки грунта скреперами: а - по эллипсу; б - по восьмерке; в - по зигзагу; г - по спирали; д - поперечно-челночная; е- продольно-челночная; ж - при расположении резервов или выемок с одного конца насыпи; з - при разработке
выемок, чередующихся с насыпями
ют для устройства корыта земляного полотна; планировки грунта, отсыпаемого в насыпь высотой не более 1,2 м; срезки и планировки откосов выемок и насыпей; профилирования земляного корыта песчаного слоя; разравнивания щебеночного основания; перемешивания дорожно-строительных материалов с вяжущими; устройства отводных кюветов и нагорных канав глубиной до 0,7 м. Основной орган грейдера - отвал с ножом для резания и перемещения грунта и вспомогательный орган-кирковщик, используемый для удаления небольших пней, корней, рыхления грунтов и дорожных покрытий (рис. 1.13).
Проектная поверхность
////// У// /// /7/ 7/7
м. ..о, 6
Рис. 1.12. Способы и схемы разработки грунта бульдозерами: а - спаренная работа; б - челночная схема; в - послойная разработка;
г - послойная отсыпка; д, е - грудами без послойного уплотнения; ж - разработка грунта «с головы»; 1-7 - последовательность движения бульдозера; 8- грунт, перемещаемый одиночным бульдозером;
9- дополнительный объем грунта, перемещаемого двумя бульдозерами; I-VII - последовательность разработки грунта при планировке
Рис. 1.13. Положение отвала автогрейдера: а - транспортное; б - установка отвала под углом (3; в, г - то же под различными углами
к горизонтальной плоскости
Разработку грунта автогрейдером выполняют снятием прямоугольной и треугольной стружки, что зависит от принятой схемы работы в резерве. При возведении насыпи наиболее рациональной является послойная срезка грунта прямоугольной стружки, а при разработке грунта от внешней бровки резерва к внутренней резание выполняют снятием стружки треугольной формы. При работе автогрейдеров используют различные способы укладки грунта - вприжим, вполуп-рижим, вразбежку, слоем с заданным уклоном и т.д. (рис. 1.14). Укладку грунта вприжим производят валиками, прижатыми друг к другу без зазора (при насыпи высотой до 0,7 м).
При способе вполуприжим грунт отсыпают в валы с частичным прижатием к ранее уложенному, перекрывая его основание на "/ 4 ширины (при насыпи высотой до 0,5 м). При способе вразбежку грунт отсыпают валами, которые соприкасаются лишь основанием (при насыпи высотой до 0,25 м). При ведении профилировочных работ укладку грунта производят слоями толщиной 10-15 см, а отсыпку грунта ведут от бровки к оси дороги с заданным поперечным уклоном. Недобор грунта в 5-7 см до проектной отметки в котлованах и траншеях подчищают ручным способом. Иногда вместо ручных способов применяют уплотнение грунта механическим вибротрамбованием.
Засыпку пазух траншей грунтом производят бульдозерами по челночной или поперечно-челночной схеме, а также вручную. Засыпка пазух обязательно сопровождается уплотнением грунта, которое производят послойно. Толщина первого уплотнения слоя составляет 1 м, а последующих слоев - 0,4-0,6 м. При невозможности доступа рабочего в узкую пазуху (проложенный коллектор) грунт разравнивают микробульдозером, а затем малогабаритным бульдозером, уплотняют самопередвигающейся трамбовкой. Грунт в пазухах коллектора уплотняют параллельными проходами малогабаритной вибротрамбов-
кой. Обратную засыпку выполняют сразу после укладки труб во избежание обрушения стенок траншеи от осадков, пересушивания или увлажнения грунта в отвалах.
Рис. 1.14. Способы укладки грунта в тело насыпи грейдером (размеры в м): а - вприжим; б- вполуприжим; в - вразбежку; г- слоями; д - схема работы колонны автогрейдеров при послойном разравнивании грунта в насыпи; е- планировка откосов насыпи крутизной 1:3 автогрейдером; 1 - первый проход по зарезанию валика № 1; 2- проходы по перемещению валика № 1 к месту укладки; 3 - второй проход по зарезанию валика № 2; 4 - проходы по перемещению валика № 2 к месту укладки;
С - длина рабочей захватки; / 1 - ширина резерва; / 2 - ширина насыпи;
/ 3 - ширина земляного полотна
Большинство одноковшовых строительных экскаваторов - это универсальные машины, которые могут быть оснащены различными видами сменного рабочего оборудования. В зависимости от вида привода рабочего органа экскаваторы различают на канатные и гидравлические. В настоящее время наиболее часто используют гидравлические экскаваторы.
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.
Способы разработки грунта одноковшовыми экскаваторами опре-деляют в основном видом применяемого на них сменного рабочего обору-дования. Выбор способа зависит от размеров и объемов земляных сооруже-ний, свойств грунта, наличия грунтовых вод, вечной мерзлоты и др.
При разработке широких котлованов с погрузкой грунта в транс-портные средства (например, при строительстве отстойников, фильтров, ре-зервуаров, аэротенков и т.п.) чаще применяют экскаваторы, оборудованные прямой лопатой. Обратную лопату используют для разработки траншей, не-больших котлованов с погрузкой грунта в транспортные средства или в от-вал. Драглайн применяют для разработки котлованов, траншей и каналов, устройства насыпей из грунта резерва, а грейфер - для разработки глубоких котлованов с вертикальными стенками или подачи грунта при засыпке па-зух.
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 (рис. 4.16).
Экскаватор с прямой лопатой перемеща-ется по дну выемки, копает «от себя» снизу вверх с погрузкой разрабатыва-емого грунта на транспортные средства. Наиболее часто применяют экска-ваторы с ковшами вместимостью 0,4 ... 2,5 м 3 . Вместимость ковша выбира-ют в зависимости от объемов работ, глубины котлована и характеристик грунта. Для наиболее полного заполнения ковша высота забоя должна быть не меньше трехкратной высоты ковша. Экскаваторы с прямой лопатой наи-более эффективно работают в сухих забоях, а в мокрых (при высоком уров-не грунтовых вод) надо применять водоотвод или водопонижение.
Выемку, образованную одним ходом экскаватора, называют проходкой. По характеру разработки грунта проходки могут быть лобовыми (торцовыми) и боковы-ми. При лобовой проходке экскаватор движется по оси выемки и разрабаты-вает грунт впереди себя и по обе стороны от оси, а при боковой с одной сто-роны по ходу движения. Характер проходки зависит от глубины и ширины котлована и условий его разработки. Лобовыми проходками разрабатывают выемки на крутых склонах или когда глубина выемки не позволяет загру-жать транспортные средства, расположенные на берме выемки.
Неширокие котлованы (шириной до 1,5R) разрабатывают лобовой проходкой с односторонней погрузкой в транспортные средства (рис. 4.16, а), при ширине котлована от 1,5R до 1,9R разработку ведут лобо-вой проходкой с двухсторонней подачей транспортных средств (рис. 4.16, б). Наибольшая ширина лобовой проходки поверху для экскава-тора с прямой лопатой при движении его по прямой определяется по фор-муле
где R 0 - оптимальный радиус резания экскаватора, принимается равным от 0,8 до 0,9 максимального радиуса резания, м; l п - длина рабочей пере-движки экскаватора, принимается 0,75 длины рукояти экскаватора, м.
Котлованы шириной от 1,9R до 2,5R разрабатывают уширенной лобовой проходкой с передвижкой экскаватора по зигзагу (рис.4.16, в), а до 3R - с передвижкой его поперек котлована (рис. 4.16, г), т.е. поперечно-торцовой проходкой. Широкие котлованы (более 3,5R) разрабатывают вна-чале лобовой, затем боковыми проходками. Наибольшая ширина проходки при этом равна:
для зигзагообразной
(4.35)
для поперечно-торцовой
(4.36)
для боковой
Рис. 4.16 - Схемы проходок одноковшового экскаватора
а - д - с прямой лопатой, е - м - с обратной лопатой, л - при траншеи, м - работа экскаватора-драглайн
где R c - радиус резания на уровне стоянки; n -количество поперечных пере-движек экскаватора; m - коэффициент откоса; Н - высота забоя.
При глубине выемки, превышающей оптимальную вы-соту забоя, грунт разрабатывают по ярусам (уступам) в последовательнос-ти, определяемой профилем выемки.
Разработку грунта экскаваторами с обратной лопатой осуще-ствляют торцовыми или боковыми проходами с перемещением экскаватора по верху забоя «на себя» с копанием грунта ниже уровня его стоянки (см. рис.4.16, е - к). Последняя особенность важна в тех случаях, когда грунты ув-лажненные или мокрые. Возможно также вести разработку грунта из под воды. При этом в зависимости от ширины котлованов разработку грунта осуществляют с прямолинейной, зигзагообразной лобовой, поперечно-торцевой и боковой проходкой.
Ширина лобовой проходки по верху при односторонней выгрузке грунта составляет:
(4.38)
где R max - наибольший радиус резания, м;
l n - длина рабочей передвижки экскаватора, м; для экскаватора-драглайна принимается равным 1/5 вылета стрелы;
R Т - наибольший радиус выгрузки грунта в транспорт;
b k - ширина транспортных средств или отвала грунта.
При двухсторонней выгрузке грунта, м:
(4.39)
Ширина проходки понизу, м:
(4.40)
где m - коэффициент откоса;
Н - высота забоя, м.
Ширина лобовой уширенной зигзагообразной проходки, при 1,7R≤ В ≤3R определяется по формуле:
(4.41)
Ширина лобовой уширенной поперечной проходки, при 3R≤ В ≤3,5R определяется по формуле:
(4.42)
При В ≥ 3.5 - после первой лобовой проходки продолжают дальше разрабатывать одной или несколькими боковыми проходками. Ширина каждой боковой проходки равна, м:
(4.43)
где R n —радиус резания по дну котлована.
Разработанный грунт обычно отсыпают в отвал на бровку и частич-но (излишки, ненужные для обратной засыпки) на транспорт. Ширину про-ходки при погрузке грунта в транспортные средства принимают (1,2 ... 1,3)R, а при отсыпке в отвал - (0,7 ... 0,8) R, так как ограничивает вместимость от-вала. При отрывке траншей разработку грунта рекомендуется начинать со стороны откоса к середине траншеи, что снижает сопротивление грунта ре-занию. Траншеи с шириной по дну до 1 м разрабатывают за одну проходку (торцовую) с перемещением экскаватора по оси траншеи.
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, траншей. Разработку грунта производят ниже уровня стоянки экс-каватора с работой его «на себя»; ковш заполняют в процессе протаскива-ния его по грунту (рис. 4.16, м, л; рис 4.17). Широкие выемки разрабатывают за несколь-ко лобовых проходок или применяют такие технологические приемы, как перемещение по зигзагу или поперечно-торцовую проходку, а также челноч-ный способ работы экскаватора. При устройстве широких котлованов, а так-же насыпей из грунта резерва в ряде случаев применяют боковую проходку, ширина которой составляет около (0,7 ... 0,8)R, а поворот стрелы экскаватора для разгрузки - 180°.
Рис. 4.17 - Схемы работы экскаватора с «обратной лопатой»
а - лобовая проходка экскаватора при погрузке грунта в транспорт, подаваемый по дну забоя, б - то же, подаваемый на уровне стоянки экскаватора и во временный отвал, в - боковой проходкой; 1 - экскаватор, 2 - автосамосвал, 3 - направление движения транспорта, 4 - отвал
Экскаватором с грейферным ковшом вместимостью 0,3 ... 4 м 3 , свободно подвешенным на тросе, разрабатывают выемки в радиусе 8 ... 24 м на глубине 7 ... 15 м при подъеме грейфера на высоту 6 ... 14 м. Обычно разрабатываются легкие грунты I и II групп, а более тяжелые - при их пред-варительном разрыхлении. Такие экскаваторы применяют для разработки глубоких выемок с вертикальными стенками, например при ус-тройстве опускных колодцев водозабора, заглубленных насосных станций, противофильтрационных завес и т.п.
Производство земляных работ включает следующие строительные процессы: разработка грунта в выемке, перемещение и укладка грунта в насыпь. Машина которая только разрабатывает грунт называется землеройной. Если же машина перемещает и разрабатывает грунт, то она называется землеройно-транспортной.
Широкое применение получили одноковшовые экскаваторы. Около 50 % землеройных работ выполняются ими.
Процесс экскаватором включает следующие операции: резание грунта, подъем заполненного грунтом ковша, поворот экскаватора к месту выгрузки грунта из ковша, обратный порот экскаватора, опускание и подача ковша для нового набора грунта.
Основные рабочие параметры одноковшовых экскаваторов: наибольшая высота колонн +Н, глубина копания (резания) –Н, наибольший и наименьший радиусы копания на уровне стоянки экскаватора Rmax и Rmin, радиус выгрузки Rв, высота выгрузки Нв.
Одноковшовые экскаваторы разрабатывают грунт, перемещаясь с одной стоянки к другой с определенным шагом. Пространство, включающее площадку, на которой стоит экскаватор, часть массива грунта, разрабатываемого с одной стоянки, и площадку, на которой устанавливается транспорт под погрузку (или отвал грунта), носит название забоя.
Одноковшовые экскаваторы в зависимости от разрабатываемого объема грунта, глубины выемки, способа разработки грунта (выше или ниже стоянки экскаватора) применяют следующих типов: с прямой лопатой, с обратной лопатой, драглайн, грейфер.
Экскаватор с прямой лопатой. Он разрабатывает грунт, расположенный выше уровня стоянки экскаватора с погрузкой в транспортные средства. Применяют следующие способы разработки грунта лобовыми и боковыми проходками.
Сущность лобовой проходки состоит в том, что экскаватор вынимает грунт впереди себя и грузит в транспорт, находящийся на уровне стоянки экскаватора.
Используют следующие схемы разработки грунта лобовой проходкой:
– узкая (торцевая), если ширина котлована (В) составляет (1,5–1,9) оптимального радиуса резания (Ro); Ro = 0,9 Rmax (рис. 1а);
– уширенная по зигзагу, если ширина котлована равна (2–2,5) Ro (рис. 1б);
– уширенная, с перемещением экскаватора поперек выемки, если ширина котлована (В) равна (2,5–3,5) Ro (рис. 1в).
При лобовой проходке экскаватор перемещается параллельно продольной оси котлована.
Боковой способ разработки выемки. Сущность указанного способа заключается в том, что экскаватор разрабатывает грунт, в основном, с одной стороны перемещения и частично впереди себя (рис. 2).
Рис 3. Лобовой способ проходкиПри этом транспортное средство устанавливается под погрузку сбоку разработки, уменьшая тем самым угол поворота стрелы экскаватора при погрузке грунта; следовательно, повышается производительность работы экскаватора. Поэтому применение боковой проходки в сравнении с лобовой является более эффективным.
Экскаватор с обратной лопатой, применяется при разработке грунтов, находящихся ниже уровня стоянки экскаватора; используется при разработке выемок небольшого объема и глубины. Применяются оба способа проходок: лобовой и боковой (рис. 3).
«Обратная лопата», используется при черпании на себя. Грунт разрабатывается ниже уровня стоянки. Данный способ применяется для отрывки траншей котлованов незначительной глубины.
Особенности:
1. – используется лобовой или боковой забой;
2. – поярусная разработка грунта не используется.
Особенности заключаются в виде грунта:
1. – в несвязных грунтах (песок, супесь) глубина забоя 1-1,7м;
2. – связные грунта (глина, суглинок) – от 1,5-2,5м.
Особенности разработки недобора грунта (недобор грунта от 5 до 30см):
данный недобор производится бульдозерами или экскаваторами, зачистными ковшами. Точность зачистки составляет ±2см.
1. – наполнять ковш максимально, при каждом черпании грунта;
2. меньше затрачивается время на вспомогательные операции (передвижка, очистка ковша).
Наибольшая высота резания;
Наибольший радиус резания на уровне стоянки;
Наибольший радиус резания.
Технические характеристики определяются на основании паспортных данных данного экскаватора.
Все земляные работы, выполняемые одноковшовыми экскаваторами, разделяются на две группы: бестранспортные и транспортные.
Бестранспортными схемами называются такие схемы, при которых экскаватор разрабатывает грунт и укладывает его в отвал (насыпь), кавальер или в земляное сооружение. При простой бестранспортной схеме разработки грунт укладывается в отвал или кавальер без последующей его перевалки (переэкскавации), при сложной - во временный (первичный) отвал и подлежит частичной или полной переэкскавации.
Транспортными являются схемы, при которых грунт грузится экскаватором в автосамосвалы (рис.1) и отвозится в заданное место. При этом возможны различные схемы движения транспорта: тупиковые (автосамосвалы подъезжают к экскаватору и возвращаются по тому же пути) и сквозные (автосамосвалы подъезжают к экскаватору без маневрирования и после погрузки уезжают по дороге, являющейся продолжением въездного пути).
Рис.1. Транспортные схемы работы экскаватора, оборудованного прямой лопатой
а - лобовая широкая проходка с погрузкой грунта в автотранспорт, перемещающийся по подошве забоя; б - боковая проходка с погрузкой грунта в автотранспорт
Схема производства работ зависит от особенностей строительства. Например, в водохозяйственном, нефтегазопроводном и транспортном строительстве преобладают бестранспортные схемы, а в промышленном и жилищном - транспортные.
Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами производят проходками. Число проходок, забоев и их параметры предусматривают в проектах и технологических картах производства земляных работ для каждого конкретного объекта в соответствии с параметрами земляных сооружений (по рабочим чертежам) и с оптимальными рабочими размерами оборудования экскаваторов.
Разработка грунта осуществляется лобовыми или боковыми проходками. При лобовой проходке экскаватор, ось хода которого совпадает с осью земляного сооружения или находится в площади ее сечения, разрабатывает три откоса выемки - два боковых и торцевой.
Боковые проходки бывают двух типов: закрытая (рис.2, а, б), когда ось хода экскаватора располагается сбоку сечения выемки (экскаватор разрабатывает, три откоса - два боковых и торцевой) и открытая (рис.2, в), когда экскаватор перемещается вдоль полосы и разрабатывает два откоса (боковой и торцевой).
Рис.2. Схема разработки выемок экскаватором, оборудованным обратной лопатой
а - боковой закрытой проходкой и одинаковой крутизной откосов; б - то же, с разной крутизной откосов; в - боковой открытой проходкой
Забоем называют рабочую зону экскаватора, включающую площадку, на которой находится экскаватор, часть массива грунта, отрываемого с одной стоянки, и площадку для стоянки транспортных средств под погрузкой.
Параметры проходок и забоев должны обеспечивать возможность работы ковшом с наименьшими затратами времени на выполнение рабочего цикла экскавации. Для этого принимают ширину проходок (забоев) с таким расчетом, чтобы экскаватор мог работать при средней величине углов поворота не более 70 ; глубину (высоту) забоев - не меньше длины стружки грунта, необходимой для заполнения ковша "с шапкой" за один прием черпания (копания); длину проходов - с учетом возможно меньшего количества переходов экскаватора в забое. Уклоны проходок предусматриваются такими, чтобы предотвратить приток и скопление в забоях грунтовых и поверхностных вод.
