Разработка грунта механическим методом

Методы разработки грунта

Разработка грунта механическим методом

Механический метод основан на применении для разработки, перемещения и укладки грунта машин и механизмов. Ведущим процессом в данном комплексе является разработка грунта. При механическом способе разработки на грунт действует усилие резания (скалывания) рабочего органа различных машин. В результате определенные порции грунта отделяются от массива и могут быть перемещены и уложены в насыпь. Если машина только разрабатывает грунт, то она носит название землеройной. Если машина разрабатывает и перемещает грунт, то она называется землеройно-транспортной.

1. Разработка грунта землеройными машинами. К землеройным машинам относят одноковшовые экскаваторы цикличного и непрерывного действия. Наибольшее применение имеют одноковшовые экскаваторы, которыми выполняется около 45% всего объема земляных работ.

Для разработки грунта одноковшовыми экскаваторами в промышленном и гражданском строительстве используют экскаваторы с ковшом вместимостью 0,15... 2 м, реже до 4 м.

Процесс разработки грунта экскаватором с любым видом рабочего оборудования складывается из чередующихся в определенной последовательности операций в одном цикле: 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 и подача его в исходное положение.

Предельные размеры выемок, которые могут быть выполнены одноковшовым экскаватором с одной стоянки, зависят от его рабочих параметров.

Основными рабочими параметрами одноковшовых экскаваторов при разработке выемок являются максимально возможная глубина копания (резания) — Н, высота копания +Н, наибольший и наименьший радиусы копания на уровне стоянки экскаватора и , радиус выгрузки , высота выгрузки (рис. 6.1.1).

Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами ведут позиционно. Зону, в которой действует экскаватор на данной позиции, называют забоем. В нее входят площадка, на которой находится экскаватор, часть массива грунта, разрабатываемого с одной стоянки, и площадка, на которой устанавливается транспорт под погрузку или размещается отвал грунта. По окончании разработки грунта в данном забое экскаватор перемещается на новую позицию.

Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены в забое таким образом, чтобы средняя величина угла поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки была минимальной, так как на время поворота стрелы может расходоваться до 70% рабочего времени цикла экскаватора.

Экскаватор с прямой лопатой используют для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, преимущественно с погрузкой на транспорт. Процесс выемки грунта осуществляется лобовыми и боковым забоями.

В лобовом забое экскаватор разрабатывает грунт впереди себя и отгружаетего на транспортные средства, которые подают к экскаватору по дну забоя.

Рисунок 6.1.2 – Схемы проходок экскаватора с рабочим оборудованием «прямая лопата»: а — лобовая (торцевая) прополка, б — то же. с двусторонним расположением транспорта; в — уширенная лобовая проходка с движением экскаватора «зигзаг»; г— боковая проходка, д — разработка котлована по ярусам. I, II, III, IV—ярусы разработки: 1—экскаватор: 2— автосамосвал: 3 — направление движения транспорта.

 

При узких забоях (рис. 6.1.2, а) самосвалы подают с одной стороны сзади экскаватора, а при нормальных (рис. 6.1.3, б) — собеих сторон экскаватора попеременно, что исключает простои экскаватора при смене транспортных единиц. Экскаватор перемещается прямолинейно по оси забоя.

В некоторых случаях разработку грунта ведут уширенным забоем с перемещением экскаватора по зигзагу (рис. 6.1.2, в). В уширенных забоях сокращаются холостые проходы экскаватора и облегчаются условия маневрирования автосамосвалов.

 

Рисунок 6.1.1 – Схемы рабочих параметров одноковшового экскаватора и профили забоев:

а — «прямая лопата» с канатным и гидравлическим приводом; б —то же, «обратная лопата»; в — то же, «грейфер»; г — драглайн.

 

Более эффективным является разработка грунта способом бокового забоя (рисунок 6.1.2, г), когда экскаватор черпает грунт преимущественно с одной стороны перемещения и частично впереди себя. По этой схеме транспорт подается под погрузку сбоку выработки, чем достигается значительное уменьшение угла поворота стрелы экскаватора при погрузке грунта в транспортные средства.

Выемки, глубина которых превышает максимальную высоту забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько – ярусов (рис. 6.1.2, д).

Число автомобилей или автопоездов, необходимых для обеспечения бесперебойной работы экскаватора,

где , , —продолжительности соответственно установки машины под нагрузку, нагрузки машины экскаватором, пробега машины в оба конца при заданном расстоянии, мин;

, , — продолжительности соответственно установки машины под разгрузку, разгрузку машины, технологических перерывов, возникающих во время рейса (маневры, пропуск встречного транспорта на разъезде, ожидание), мин.

При расстоянии L (км) и средней скорости v (км/ч)

Продолжительность нагрузки автосамосвала колеблется в широких пределах в зависимости от числа ковшей, погружаемых в кузов, рода грунта, среднего угла поворота машины при погрузке и типа экскаватора

где — число ковшей грунта, погружаемого в кузов; — продолжительность одного цикла экскавации, мин; , —число циклов экскаватора за 1 мин при работе с погрузкой в транспортные средства.

Экскаватор с обратной лопатой используют при разработке грунтов, которые находятся ниже уровня стоянки экскаватора, и преимущественно при рытье небольших котлованов и траншей.

Рисунок 6.1.3. –Схемы проходок экскаватора с рабочим оборудованием «обратная лопата»:

а —лобовая проходка при погрузке грунта в транспорт, подаваемый по дну забоя; б—то же, подаваемый на уровне стоянки экскаватора во временный отвал, в —боковая проходка: 1 — экскаватор: 2—автосамосвал; 3 —направление движения транспорта; 4—отвал.

Поярусная разработка выемки при этом виде оборудования, как правило, не практикуется. Разработку грунта ведут ниже уровня стоянки экскаватора лобовым или боковым забоем (рис. 6.1.3) с погрузкой грунта в транспортные средства или укладкой в отвал.

Отрывку котлована шириной 12...14 м обычно осуществляют лобовой проходкой при перемещении экскаватора по зигзагу, а при большей ширине —поперечно-торцовой.

Экскаватор-драглайн применяют для разработки грунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора: для рытья глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработки грунта из-под воды и т. п. Их применяют также для отделочных земляных работ при планировке площадей и зачистке откосов.

Разработку грунта драглайном осуществляют лобовыми и боковыми проходками аналогично экскаватору «обратная лопата». Драглайн обычно передвигается между очередными стоянками на '/5 длины стрелы. В зависимости от ширины выемки, способа разгрузки грунта (в отвал или в транспортные средства) и особенностей земляного сооружения в практике используют разнообразные схемы лобового и бокового способов разработки грунта.

Так как ковш драглайна гибко подвешен, весьма эффективными являются челночные способы работы — поперечно-челночный и продольно-челночный (рис. 6.1.4).

Экскаватор-грейфер применяют для рытья колодцев, узких глубоких котлованов, траншей и других сооруже­ний, особенно в условиях разработки грунтов ниже.уровня грунтовых вод.

Одноковшовыми экскаваторами отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называе­мый «недобор» слоем 5... 10 см для того, чтобы избежать повреждения основания и не допускать переборов грунта.

В промышленном и гражданском строительстве для разработки траншей наибольшее распространение получили многоковшовые экскаваторы непрерывного действия.

Рабочим органом в многоковшовых траншейных экскаваторах является ковшовая цепь или ковшовый ротор. Экскаваторы с ковшовой цепью обеспечивают разработку траншей глубиной до 3,0 м в основном с вертикальными стенками, а роторные — глубиной до 2.5м, преимущественно с откосами (рисунок 6.1.5).

 

 

Рисунок 6.1.4 – Схемы проходок экскаватора с рабочим оборудованием «драглайн»:

а - боковая проходка с разработкой грунта поперечно-челночным способом; б – лобовая проходка с разработкой грунта продольно-челночным способом; 1 – окончание набора и подъем ковша; 2 – опускание ковша и набор грунта; 3 – разгрузка ковша; 4 – автосамосвал.

Рисунок 6.1.5 – Схемы разработки грунта многоковшовыми траншейными экскаваторами (размеры в м):

а — цепным экскаватором; б — роторным экскаватором.

 

 

2. Разработка грунта землеройно-транспортными машинами. Основными видами землеройно-транспортных машин являются скреперы и бульдозеры, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.

Скреперы—наиболее высокопроизводительные землеройно-транспортные машины. Эксплуатационные возможности позволяют использовать их при отрывке котлованов и планировке поверхностей. В настоящее время применяют прицепные (с объемом ковша 3; 7 и 8 м), полуприцепные (с объемом ковша 4,5 м) и самоходные (с объемом ковша 8; 15 и 25 м³) скреперы. Прицепные и полуприцепные скреперы наиболее эффективно применять при транспортировании грунта на расстояние до 1000 м, а самоходные — до 3000м.

Полный цикл работы скрепера состоит из набора грунта, движения нагруженного скрепера/разгрузки ковша и движения порожнего скрепера. Скрепер снимает ковшом стружку грунта толщиной 0,12-0,35 и шириной 1,65...2,75 м (для скреперов с объемом ковша 3…5 м³). Наибольшая толщина отсыпаемого слоя 0.35-0,5 м.

Для обеспечения равномерной толщины отсыпаемого грунта ковш разгружают только при движении скрепера.

Рисунок 6.1.6 – Способы срезания стружки грунта скреперами: а – постоянной толщины; б – клиновой (общий); в – гребенчатый; г – клевковый.

 

Набор грунта производят при прямолинейном движении скрепера. Для увеличения толщины стружки, сокращения времени и пути наполнения ковша применяют тракторы-толкачи, количество которых зависит от типа скреперов, вместимости ковша и дальности транспортирования (один толкач на 2…6 скреперов).

Скреперы набирают грунт (в зависимости от его вида) различными способами. (рисунок 6.1.6).

В зависимости от характера возводимого сооружения, взаимного расположения мест разработки и укладки грунта и от местных условий применяют следующие траектории движения скреперов: эллиптическую, спиральную, «восьмеркой», зигзагообразную, челночно-поперечную и челночно-продольную (рисунок 6.1.7).

 

Рисунок 6.1.7 – Схемы движения скреперов: а – эллипс; б – спираль; в – «восьмерка»; г – «зигзаг»; д – челночно-поперечная; е – челночно-продольная.

 

Тяжелые грунты, а также грунты с примесями, разработка которых затруднена, предварительно рыхлят на толщину срезаемой стружки. Для рыхления применяют рыхлители, являющиеся навесным или прицепным оборудованием к гусеничному трактору. Рыхлитель оборудован пятью стойками-ножами, а при рыхлении особо плотных грунтов — тремя (2-ю и 4-ю снимают).

Бульдозерами разрабатывают грунт в неглубоких и протяженных выемках и резервах для перемещения его в насыпи на расстояние до 100 м (при использовании более мощных тракторов можно перемещать грунты и на большие расстояния). Бульдозеры применяют также для окучивания грунтов, обратной засыпки траншей и пазух котлованов, зачистки дна котлованов после экскаваторных работ, для разравнивания и планировки грунта. Разработку выемок бульдозером ведут ярусами, соответствующими толщине стружки, снимаемой за одну проходку. Разработку ведут от начала выемки к середине (рис. 6.1.8, а), при этом должна быть обеспечена эффективная работа бульдозера под уклон.

В цикл работы бульдозера входят следующие операций: резание и набор грунта путем снятия стружки под уклон; перемещение грунта с надвижкой его отвалом; разгрузка грунта и возвратный холостой ход.

Для уменьшения потерь отвалы оборудуются по бокам открылками ящичного типа.

Планировка площадок бульдозерами выполняется преимущественно двумя способами: траншейным и послойным (рисунок 6.1.8).

Рисунок 6.1.8 - Схема резания и перемещения грунта бульдозером:

а—продольная при резании под уклон, б—то же, на горизонтальном участке; в—то же, траншейным способом: г—то же, послойным способом: 1—участок резания: 2—участок перемещения; 3—участок разгрузки, 4—насыпь: 5—выемка

 

При перемещениях грунта на расстояние свыше 40 м применяют способ разработки с промежуточным валом, а также спаренную работу двух бульдозеров. При разработке бульдозером особо плотных грунтов их предварительно следует разрыхлять.

3. Укладка и уплотнение грунта. Укладку и уплотнение грунтов выполняют при планировочных работах, возведении различных насыпей, обратных засылках траншей и пазух фундаментов. Отсыпку следует вести от краев насыпи к середине для лучшего уплотнения грунта, ограниченного отсыпными краевыми участками насыпи (рисунок 6.1.9).

Рисунок 6.1.9 – Способы отсыпки насыпей (размеры в м):

а — отсыпка насыпи горизонтальными слоями; б —то же, при переувлажненных и слабых основаниях и на болотах, в—веерный способ, г—эстакадный способ, д—способ отсыпки «с головы».

 

Наибольшее распространение получило уплотнение грунта катками статического действия: гладкими, кулачковыми, пневмошинными.

Необходимую плотность грунта нельзя получить однократным приложением уплотняющей нагрузки. Обычно необходимое число проходов катков по одному месту составляет 6... 8.

Процессу уплотнения грунта в планировочной насыпи предшествует его разравнивание, которое осуществляют бульдозерами и реже грейдерами. Разравнивание производится горизонтальными слоями при продольном ходе бульдозера. Толщина слоев 0,2…0,4 м в рыхлом состоянии. Последовательность и число проходов бульдозера устанавливают в зависимости от ширины насыпи. Раз­равнивание производят от краев насыпи к ее середине с перекрытием предыдущего прохода на 0,3 м.

Для уплотнения грунта в насыпях чаще всего используют прицепные катки на пневмоходу. Уплотнение грунта ведут в той же последовательности, что и его отсыпку. Грунт уплотняют путем последовательных круговых проходок катка по всей площади насы­пи, причем каждая проходка должна перекрывать предыдущую на 0,2... 0,3 м. Закончив укатку всей площади за один раз, приступают ко второй проходке.

4. Вытрамбовывание грунта. В последние годы в практику строительства входит новый метод устройства выемок под фундаменты — вытрамбовывание грунта.

Вытрамбовывание осуществляют посредством приложения на грунт ударной нагрузки путем сбрасывания с высоты 3...8 м тяжелой трамбовки в одно и то же место до образования котлована необходимой глубины.

В зависимости от формы трамбовки (штампа) получают выемки различной конфигурации.

В плане трамбовки могут иметь форму квадрата, прямоугольника, шестиугольника или круга шириной понизу 0,4... 1,4 м, а поверху 0,7... 2,0 м. Высота трамбовки составляет 1...3,5 м с конусностью боковых стенок от 1:20 до 1:5. Масса трамбовки находится в пределах 2... 10 т.

Для вытрамбовывания используют краны-экскаваторы, автокраны, тракторы с навесным оборудованием, включающим направляющую штангу, сборную каретку и трамбовку, а при устройстве котлованов с уширением — дополнительно бункер для подачи жесткого материала.