Расчетные формулы для определения объемов работ при вертикальной планировке

Фигура	Расчетная формула
Целый элементарный квадрат
Фигуры, отсекаемые нулевой линией:
треугольник
трапеция
пятиугольник
Элементы откосов:
угловой типа четырехгранной пирамиды
боковой типа призматоида
то же трехгранной пирамиды

Примечание. F - площадь в плане соответствующей фигуры; m - коэффициент заложения откоса.

Общий объем разрабатываемого грунта при планировке площадки определяют как сумму всех частных объемов.

Подсчет объемов земляных работ.

Определение объема земляных сооружений и вертикальной планировки площадок выполняется как на стадии проектирования, так и в процессе строительства.

Объем и вид сооружений влияют на решения о способах производства, комплексной механизации и организации земляных работ. Поэтому определение объема земляных сооружений, особенно временных, устраиваемых в период выполнения строительно-монтажных работ, является важным элементом технологического проектирования, так как достоверность результатов расчета влияет на технико-экономические показатели производства.

Выбор метода подсчета объемов земляных работ зависит в основном от вида сооружения, рельефа местности и требуемой точности расчетов.

Объем линейных земляных сооружений (насыпи и выемки дорог, дамбы, каналы и т.д.) определяют, используя продольные и поперечные профили сооружения и формулы геометрии.

При расчетах продольный профиль сооружения членят в характерных точках изменения уклона местности или проектной (красной) линии вертикальными плоскостями на отдельные участки (рис.1). В пределах участка геометрическая форма сооружения представляет собой призматоид. Если длина участков не превышает 100 м, а поперечный уклон местности не более 0,1, объем призматоидов, м

; (1)

, (2)

где и - площадь поперечного сечения призматоида в начале, конце и середине участка, м; - длина участка, м; и - рабочие отметки в начале и конце участка, м; - коэффициент откоса.

Рис.1. Схема к подсчету объемов линейных сооружений, котлованов и траншей:

а - продольный профиль линейного сооружения; I - поверхность земли; II - проектная (красная) линия; 1, 2, 3, ... - номера сечений; б - форма призматоида на участке выемки; в - то же, на участке насыпи

При длине участков м и разности рабочих отметок м можно пользоваться упрощенными формулами (м )

(3)

или

. (4)

Способ подсчета объемов временных земляных сооружений - котлованов и траншей - зависит от формы и размеров их поперечного сечения, а также рельефа местности, где их разрабатывают. План котлована определяется формой и геометрическими параметрами подземной части здания и сооружения. Размеры поперечного сечения и очертания откоса котлована зависят от глубины разработки грунта в этом сечении и коэффициента откоса.

Если котлован имеет сложную конфигурацию, его разбивают в плане на элементарные фигуры, подсчитывают их объемы и суммируют.

Объем котлована значительных размеров, расположенного на местности со сложным рельефом, можно определить способом поперечных профилей по формулам (1) и (2). Предварительно котлован расчленяют вертикальными сечениями на участки, в пределах которых нет резких изменений поверхности земли. Полный объем котлована определяется как сумма объемов по участкам и объемов трехгранных призм и пирамид, образующихся между торцовыми сечениями и откосами котлована.

При разработке траншей на местности со значительными поперечными и продольными уклонами объем их определяют как сумму объемов отдельных участков между поперечными сечениями, проведенными в характерных точках продольного профиля трассы, используя формулы (1) и (2). Если размеры поперечного сечения траншей невелики, подсчет объемов с достаточной точностью можно проводить по упрощенным формулам (3) и (4).

Определение объемов при вертикальной планировке.

Расчеты объемов планировочных выемок и насыпей и составление схемы размещения земляных масс выполняются, как правило, при проектировании генерального плана застройки микрорайона или промышленной площадки.

Исходными материалами расчетов является план местности в горизонталях или результаты нивелирования по квадратам.

Подсчету объемов земляных работ предшествует определение положения проектной плоскости планировки. Отметки проектной плоскости могут быть заданы в соответствии с общим решением генерального плана застройки или определены исходя из условия равенства объемов выемки и насыпи в пределах планируемой территории, т.е. нулевого баланса земляных масс.

В зависимости от рельефа местности и конфигурации планируемой площадки средняя отметка планировки при нулевом балансе может быть определена способом статических моментов, среднеарифметических значений, способом треугольников или квадратов.

Способ треугольников используют при сложном рельефе местности. При более спокойном можно пользоваться способом квадратов, имеющим меньшую трудоемкость расчетов. Площадка планировки разбивается сеткой квадратов и средняя отметка определяется по формуле

(5)

где - отметки точек, где сходятся соответственно вершины 1, 2, 3, 4 квадрата; - число квадратов.

Среднюю отметку планировки корректируют с учетом дополнительных объемов, возникающих при застройке, уклонов площадки, необходимых для организации водоотвода, а также за счет остаточного разрыхления грунта.

Подсчет объемов планировочных выемок и насыпей в зависимости от характера рельефа и требуемой точности расчетов может производиться методом поперечных сечений, четырехугольных и треугольных призм.

Методы четырехугольных (метод квадратов) и треугольных призм обеспечивают достоверность расчетов для площадок с разнохарактерным рельефом. Более точным при сложном рельефе является метод треугольных призм.

При подсчетах объемов площадку планировки разбивают сеткой квадратов со сторонами а (от 20 до 100м), определяют рабочие отметки в углах, квадратов ( ) и положение линии нулевых работ, т.е. линии пересечения проектной плоскости с естественной поверхностью (рис.2). Рабочие отметки со знаком “-” указывают на необходимость устройства насыпи, а со знаком “+” - выемки. Объем квадратных призм с рабочими отметками одного знака

(6)

Рис.2. Схема к подсчету объемов вертикальной планировки:

а - план площадки; б - профиль; в - схема квадрата на участке выемки; г - переходный квадрат

Общий объем насыпи (выемки) определяют как сумму частных объемов призм и их частей, лежащих в пределах участка насыпи (выемки). Подсчеты удобнее свести в таблицу. Расхождение между объемами насыпи и выемки должно лежать в пределах принятой точности расчетов.

Когда положение проектной плоскости площадки определено ранее - при составлении общего проекта планировки территории, не всегда возможны решения задач планировки с нулевым балансом земляных масс. В этом случае планировку ведут по заданным отметкам, определяя частные объемы одним из ранее рассмотренных методов. Баланс земляных масс может быть положительным, если объем выемки превышает объем насыпи, и отрицательным, если объем выемки не компенсирует объема насыпи.

Вопросы для самоконтроля:

1. Способы устройства вертикальной планировки.

2. Определение объемов земляных работ.

3. Подсчет объемов земляных работ.

Лекция №6

Тема: Основные способы разработки грунта и применяемые механизмы

План лекции:

4. Способы разработки грунта.

5. Подбор экскаватора и транспортных средств.

6. Укладка и уплотнение грунта.

Обратить внимание на технологию разработки грунта и применяемых механизмов.

Знать способы разработки грунта, виды транспортных средств.

Уметь рассказать технологию разработки грунта.

Грунты можно разрабатывать механическим, гидромеханическим и взрывным способами. Основным способом является механический.

Механический способ разработки заключается в отделении грунта от массива резанием с помощью землеройных машин (экскаваторов) или землеройно-транспортных машин (бульдозеров, скреперов, грейдеров).

Гидромеханический способ основан на размывании грунта водяной струей гидромонитора или всасывании разжиженного грунта земснарядом.

Взрывным способом в основном разрабатывают грунты, находящиеся за городом. Для этого в земляном массиве бурят скважины, в которые закладываются взрывчатые вещества (ВВ).

Основные процессы механической разработки грунта - рыхление, разработка, транспортирование, отсыпка, разравнивание, уплотнение, планирование откосов и площадей.

Механизмы для разработки грунта приведены в табл.6.

Таблица 6

Марка (тип трактора)	Мощность, кВт	Масса, т	Емкость ковша,м (размер отвала, м)		Наибольшие размеры разработки, м	Габариты (длина ширина высота), м	Производительность,
				ширина	глубина (высота)
			Экскаваторы
ЭО-2621А	44	5,5	0,25	10	2,2	7,5 2,0 2,25	20
ЭО-3322	55	14,5	0.4...0.5	16,4	5,2	9,3 2,5 3,1	25
ЭО-3332	55	14,5	0,4	17,2	5,1	8,8 2,3 3,1	25,5
Э-5015А	59	13,0	0,5	14,6	3,9	8,1 2,8 3,0	30
ЭО-4321	59	19,2	0,65	18,0	5,6	9,1 3,0 4,5	40
ЭО-4121	95	24,5	1,0	18,8	5,0	10,4 3,0 3,2	50
ЭО-5122	125	35,8	1,25; 1,6	18,8	5,0	13,0 3,1 4,9	60
ЭО-5123	125	37,0	2,0	20,4	5,5	13,0 3,1 4,9	80
ЭО-6122	150	58,0	5,0	20,4	5,3	14,0 3,6 5,5	100
			Погрузчики
ТО-19	29	4,4	0,25	1,4	2,6	5,2 1,9 2,4	15
ТО-15	37	4,1	0,4	1,8	2,1	5,5 2,2 2,4	20
ТО-6	59	7,1	1,0	2,3	2,7	5,8 2,3 2,9	30
ТО-18	100	10,0	1,5	2,4	2,8	7,2 2,4 3,0	60
ТО-8	176	19,0	2,7	3,1	3,4	8,0 3,2 3,2	90
ТО-21	405	62,0	7,5	4,4	4,5	10,9 4,4 4,7	350
			Бульдозеры
ДЗ-37 (МТЗ-52)	41	3,8	2,0 0,7	2,0	0,15	6,2 2,3 3,3	200
ДЗ-29 (Т-74)	55	6,6	2,6 0,8	2,6	0,3	4,8 2,5 2,5	280
ДЗ-42 (ДТ-75)	59	7,3	2,6 0,8	2,6	0,3	4,8 2,6 2,7	300
ДЗ-8 (Т-100)	79	13,6	3,2 1,2	3,2	1,0	5,3 3,2 3,1	510
ДЗ-18 (Т-100)	79	13,6	3,9 1,0	3,9	0,5	5,5 3,2 3,1	570
ДЗ-28 (Т-130)	118	14,1	3,9 1,0	3,9	0,4	6,4 3,2 3,1	860
ДЗ-24А(Т-180)	132	18,2	3,4 1,1	3,4	1,0	7,0 4,4 2,8	900
ДЗ-48 (К-702)	155	18,2	3,6 1,2	3,6	0,6	7,5 3,6 3,5	1050
ДЗ-34 (ДЭТ-250)	221	31,4	4,5 1,6	4,5	0,4	6,9 3,8 3,2	1400
			Бульдозерно-рыхлительные агрегаты
ДП-14,15(Т-100)	79	15	3,2 1,2	3,2	0,4	6,8 3,2 3,1	500
ДП-5С(Т-130)	118	17,3	3,2 1,3	3,2	0,4	6,4 3,2 3,1	850
ДП-26С(Т-130)	118	17,9	3,2 1,1	3,2	0,45	6,6 3,2 3,1	850
ДП-22С(Т-180)	132	22,7	3,6 1,3	3,6	0,5	8,4 3,6 2,8	1000
ДП-18 (Т-180)	132	20,9	3,4 1,1	3,4	0,4	8,4 3,6 2,8	1000
Д-671С(Т-220)	162	23,3	3,5 1,1	3,5	0,5	7,6 3,5 2,9	1000
			Скреперы прицепные
ДЗ-30 (Т-74)	55	2,8	3	1,9	0,15	5,8 2,4 2,1	35
ДЗ-57 (ТП-4)	66	4,8	5	2,4	0,25	6,8 2,9 2,2	45
ДЗ-20А (Т-100)	79	7,3	7	2,7	0,3	7,3 3,2 2,4	50
ДЗ-77С(Т-130)	118	9,8	8	2,7	0,35	9,9 3,1 2,7	60
ДЗ-26 (Т-180)	132	9,2	10	2,8	0,3	9,0 3,2 2,7	90
ДЗ-23 (ДЭТ-250)	221	16,3	15	2,9	0,35	11,3 3,4 3,1	110
			Скреперы самоходные
ДЗ-11П	158	19	9	2,7	0,3	10,2 3,2 2,9	40
ДЗ-32	177	20	10	2,9	0,3	10,2 3,2 2,9	50
ДЗ-13	265	35	15	2,8	0,35	13,9 3,6 3,8	70
ДЗ-115	265 2	44	15	3,0	0,35	13,9 3,6 3,8	100
ДЗ-67	315 2	64	25	3,6	0,4	16,1 4,4 4,3	120
			Катки прицепные
ДУ-30 (Т-100)	79	12,5	-	2,2	0,27	5,3 2,3 1,8	140
ЗУР-25 (Т-100)	79	15	-	2,9	0,5	5,8 2,8 2,3	160
ДУ-32А(Т-130)	108	18	-	2,6	0,3	5,0 2,3 2,1	170
ДУ-39А (Т-180)	118	25	-	2,6	0,4	5,8 2,9 2,4	180
ДУ-4 (К-700)	158	25	-	2,5	0,4	5,7 3,2 2,2	200
ДУ-16 (МАЗ-529Е)	158	25	-	2,8	0,45	9,2x3,2 x 2,9	200

Технические характеристики землеройных, землеройно-транспортных и грунтоуплотняющих машин.

Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами

Общие положения. Примерно 97 % всех работ при устройстве земляных сооружений комплексно механизированы, т.е. при выполнении процесса полностью исключается ручной труд. На рис.11 приведены схемы комплексной механизации работ при отсыпке тела земляной плотины. Грунт разрабатывается в карьере экскаватором с погрузкой в автосамосвалы (рис.5.11, а), транспортируется на расстояние L, разгружается после подъема кузова, разравнивается бульдозерами и уплотняется катками (рис.11, б, в).

Рис.11. Схемы комплексной механизации земляных работ

а - разработка и транспортирование;

б - разгрузка и разравнивание;

в - уплотнение.

В промышленном и гражданском строительстве наиболее распространены следующие машины для земляных работ: землеройные (экскаваторы); землеройно-транспортные (бульдозеры, скреперы, грейдеры); рыхлительные (бульдозеры-рыхлители, дизель-молоты); транспортирующие (автосамосвалы); грунтоуплотняющие (катки, вибрационные трамбующие плиты и пр.); специальные машины (буровые установки, копры и т.д.).

Наибольший объем земляных работ в строительстве (45 %) выполняется одноковшовыми экскаваторами: на пневмоколесном ходу (вместимость стандартного ковша 0,15...0,65 м ), на гусеничном ходу (вместимость стандартного ковша 0,25...2,5, реже до 4 м ). Кроме стандартных ковшей при разработке легких грунтов могут устанавливаться ковши повышенной вместимости.

Индекс (марка) отечественного экскаватора, выпущенного до 1968 г., означает вместимость стандартного ковша, например, Э-652А - экскаватор с ковшом вместимостью 0,65 м , модель 2, первая модернизация. В индексе современного экскаватора содержатся сведения о его основных характеристиках (рис.12). Например, ЭО-3322AT - экскаватор одноковшовый, универсальный, третьей размерной группы, на пневмоколесном ходу, с жесткой подвеской оборудования, модель 2, прошедшая первую модернизацию в тропическом исполнении.

Рис.12. Схема маркировки одноковшовых универсальных экскаваторов:

ЭО - экскаватор одноковшовый универсальный;

С - северное исполнение;

Т - тропическое исполнение;

ТВ - тропическое влажное исполнение;

Г - гусеничное ходовое устройство с минимально допускаемой поверхностью гусениц;

ГУ - гусеничное ходовое устройство с увеличенной поверхностью гусениц;

П - пневмоколесное ходовое устройство;

СШ - специальное шасси автомобильного типа;

А - шасси грузового автомобиля;

Тр - трактор;

Пр - прицепное ходовое устройство;

Пл - плавучее ходовое устройство.

Экскаваторы устаревших моделей типа Э, как правило, выпускались с гибкой подвеской и канатным управлением. Современные экскаваторы типа ЭО выпускаются с жесткой подвеской и гидравлическим управлением.

Основным экскаваторным оборудованием является ковш обратной лопаты. К другим видам сменного оборудования относятся прямая лопата, грейфер, драглайн, планировочный и погрузочный ковши.

Рабочую зону экскаватора, включая место стоянки транспортных средств, называют забоем, перемещение экскаватора при разработке грунта - проходкой. Значение перемещения экскаватора при смене смежного места стоянки называется длиной передвижки. Забои бывают лобовыми (при применении обратной лопаты - торцевыми) и боковыми, проходки - продольными и поперечными. В зависимости от количества проходок по высоте выемки различают одно-, двух- и трехъярусную разработку грунта.

Рабочий цикл экскаватора имеет пять основных операций: набор грунта, перемещение ковша, разгрузка ковша в отвал или транспортное средство, обратный поворот для набора грунта, опускание ковша для последующего набора грунта. Для уменьшения времени цикла экскаваторщики при погрузке грунта в транспортное средство обычно совмещают четвертую и пятую операции, при отсыпке грунта в отвал - вторую и третью.

Производительность экскаватора и других землеройных и землеройно-транспортных машин

где:

Т, Т - соответственно время работы машины, время цикла экскавации;

q - геометрическая вместимость ковша (земляной призмы);

К , К , К - соответственно коэффициенты наполнения ковша, разрыхления грунта, использования времени в течение смены.

Производительность можно повысить в результате следующих мероприятий:

-сокращения цикла экскавации (Т ), совмещая рабочие операции, уменьшая угол поворота стрелы при разгрузке, разрыхляя грунт в период перерывов в подаче транспорта и т.д.;

-увеличения объема грунта, разрабатываемого за один цикл (q, К ), в случае применения ковшей повышенной вместимости, более полного их заполнения ("с шапкой") и т.д.;

-увеличения коэффициента К в процессе сокращения простоев (своевременное проведение профилактических работ, представление фронта работ, подвозка горюче-смазочных материалов и пр.).

Подбор экскаватора и транспортных средств. Экскаватор можно подобрать по объему работ, заданным срокам выполнения работ или требуемым характеристикам машин. При учете объема работ можно руководствоваться данными, приведенными ниже (табл. 7).

Таблица 7

Объем работ Q, м	До 1500	1500+5000	5000+15000	15000+20000	Свыше 20000
Вместимость ковша q, м	0,15+0,35	0,35+0,5	0,5+1	1,5+2,5	1,75+2
Длина передвижки L , м	1+1,25	1,25+1,5	1+1,5	1,5+1,75	2+2,5

При заданном сроке выполнения работ подбирают машину, способную выполнить работу в срок, по производительности

,

где:

Q - объем работ;

Т - заданный срок.

При подборе экскаватора по требуемым техническим характеристикам учитывают основные параметры машины (рис.13) и условия работы.

Работа при максимальных вылетах стрелы (R ) приводит к быстрому износу машины, поэтому принимаются оптимальные рабочие параметры (R ), составляющие 90 % показанных на рис.5.13 максимальных значений:

R = 0,9 R .

При работе экскаватора с погрузкой грунта в транспортные средства число требующихся самосвалов:

где:

Т , Т , Т - продолжительность соответственно погрузки, разгрузки, маневров самосвала;

L - расстояние перевозки;

V - средняя скорость движения автомашины (в городе V= 25 ).

Рис.13. Диаграмма основных технических параметров одноковшового экскаватора

А - максимальный радиус резания;

В - максимальный радиус копания;

С - наибольшая глубина копания;

D - максимальная высота копания;

Е - наибольшая высота разгрузки;

F - наибольшая глубина резания;

G - минимальный радиус разгрузки;

К - радиус разгрузки при высоте Е

Продолжительность погрузки

,

где:

Н - норма времени на разработку грунта с погрузкой его в транспортные средства(ЕНиР Е2-1);

n - количество ковшей, загруженных в самосвал;

V - объем грунта в ковше.

,

где Q , Q - соответственно грузоподъемность самосвала и масса грунта в ковше экскаватора.

Параметр

,

где:

- плотность грунта;

q - геометрический объем ковша;

К - коэффициент наполнения ковша разрыхленным грунтом, принимается равным от 1 до 1,2;

К - коэффициент разрыхления грунта (см. табл. 3).

Экскаватор с прямой лопатой (рис.14, а) в основном используется при разработке выемок в сухих и маловлажных грунтах, что связано с необходимостью съезда на дно выемки. Применяют продольные лобовые (рис.14, б - г) или боковую (рис.14, д) проходки с погрузкой грунта в транспортное средство, которое обычно размещают непосредственно в забое. Для выезда и въезда транспорта устраивают наклонные пандусы с уклоном 10... 15°.

Рис.14. Схемы разработки выемок экскаватором "прямая лопата":

а - общий вид;

б, в, г - лобовые проходки соответственно: узкая, нормальной ширины, уширенная;

д - боковая проходка

Нормальная ширина лобовой проходки (см. рис.14, в)

где R , - оптимальный радиус резания;

L - длина передвижки, т.е. расстояние, на которое передвигается экскаватор после разработки грунта с предыдущей стоянки.

Наряду с проходками нормальной ширины [(1,5... 1,9) R ] из-за условий работы могут применяться узкие проходки (до 1,5 R0) и; уширенные проходки [(2... 2,5) R ]. В зависимости от ширины проходки лобовые забои подразделяются на узкие, нормальные и уширенные. Из-за большого угла поворота стрелы производительность экскаватора, работающего в узком забое, бывает ниже, чем при работе в нормальных и уширенных забоях.

При боковой проходке (см. рис.14, д) транспорт подается под погрузку сбоку выработки, что уменьшает угол поворота стрелы экскаватора и способствует повышению его производительности.

Экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, разрабатывают выемки торцевыми (лобовыми) и боковыми проходками (рис.15), располагаясь выше дна забоя, что позволяет: использовать их при разработке увлажненных и мокрых грунтов, с погрузкой в транспортное средство или в отвал.

Рис.15. Варианты проходки экскаватора с рабочим оборудованием "обратная лопата":

а - торцевая (лобовая);

б - уширенная лобовая;

в - поперечно-торцевая;

г - боковая;

д - торцевая с разгрузкой грунта в транспорт и в отвал;

1 - автосамосвал;

2 - экскаватор.

Транспорт может подаваться по дну выемки или поверху с одной или двух сторон. Глубина забоя определяется длиной рукояти экскаватора. Ширина торцевой проходки при двухсторонней погрузке самосвалов (1,6... 1,7) R , при односторонней - (1,2... 1,5) R . При работе в отвал ширина проходки бывает меньше - (0,5... 0,8) R . При боковой проходке автотранспорт под погрузку может подаваться по верху или по дну котлована, с правой или левой стороны (рис.16).

Экскаваторы с грейферным ковшом применяют при разработке узких или глубоких выемок (траншей, колодцев) в мягких и сыпучих грунтах, в том числе при высоком уровне грунтовых вод. Ковш может быть установлен на рукояти или подвешен на решетчатой стреле, грунт набирается с использованием гидравлического привода или врезания в грунт тяжелого ковша (рис.17, а, б). Гидравлическая система привода позволяет разрабатывать плотные грунты легкими ковшами, что дает возможность за один цикл экскавации набирать в ковш больше грунта. Производительность экскаваторов с таким оборудованием значительно повышается. При отрывке небольших в плане, глубоких выемок экскаватор, оборудованный грейферным ковшом, работает без перемещений. При отрывке траншей он перемещается вдоль траншеи, поэтому подъезд транспорта может осуществляться с любой свободной стороны.

Рис.16. Схемы разработки грунта экскаватором, оборудованным ковшом "обратная лопата":

а, б - с жесткой и гибкой подвеской;

в - разработка грунта в материковом залегании с установкой транспорта выше и ниже стоянки экскаватора;

г - разработка предварительно разрыхленного грунта;

д, е - варианты подъезда автомашин.

Рис.17. Схемы разработки грунта экскаваторами, оборудованными ковшами "грейфер" и "драглайн":

а, б - при установке грейфера на рукояти и решетчатой стреле;

в, г - работа ковшом "драглайн";

I - положение ковша при наборе грунта;

II - то же при подъеме и разгрузке.

Драглайн (рис.17, в, г) применяют при разработке грунта ниже уровня стоянки экскаватора, без съезда на дно выемки, поэтому наличие грунтовых вод не влияет на работу машины.

Драглайн используют для рытья сравнительно больших котлованов и траншей, а также для отсыпки насыпей, в частности на строительстве каналов, автомобильных и железных дорог.

При применении драглайна выемку грунта можно осуществлять лобовыми или боковыми проходками. Поскольку ковш подвешен на канате, то при загрузке он раскачивается и забрасывается на расстояние, превышающее длину стрелы; часто используют челночные способы работы (рис.18, а, б).

При поперечно-челночном способе самосвал загружается попеременным черпанием ковша с обеих сторон кузова. При продольно-челночном грунт набирается перед задним бортом кузов самосвала. Угол поворота стрелы экскаватора при погрузке по продольно-челночной схеме приближается к 0, а при поперечно-челночной - к 15...20°. Во время разгрузки движение ковша не прекращается, благодаря чему продолжительность цикла экскавации снижается на 20... 26 %.

Рис.18. Разработка грунта способами

а - поперечно-челночным;

б - продольно-челночным;

в - "на себя";

1 - подъем ковша;

2 - опускание ковша при наборе грунта;

3 - разгрузка ковша;

4 - автосамосвал.

Экскаваторы с телескопической стрелой (рис.18, в) работают так же, как экскаваторы, оборудованные обратной лопатой. Однако кроме обычных экскавационных работ с помощью этого оборудования можно выполнять зачистные и планировочные работы, что является преимуществом при разработке мелких рассредоточенных земляных сооружений. Для увеличения скорости передвижения с объекта на объект существуют экскаваторы на пневмоходу. Механизм втягивания стрелы у них приспособлен для копания грунта, планировки и зачистки поверхностей, погрузки сыпучих материалов и штучных грузов.

Погрузчики на гусеничном и пневмоколесном ходу (рис.19), как и прямая лопата, работают выше уровня стоянки машины движением ковша от себя. Вместимость ковша погрузчика в 1,5... 2 раза больше вместимости ковша прямой лопаты, что позволяет существенно повысить производительность экскаватора. Движение режущей кромки отвала по прямолинейной горизонтальной траектории позволяет планировать площадку, на которой работает машина. Благодаря возможности перемещения грунта на небольшие расстояния работа одноковшовых погрузчиков бывает особо эффективной в стесненных условиях. Ковш наполняется ступенчатым, экскавационным, раздельным и совмещенным способами (см. рис.19, I-IV соответственно).

Рис.5.19. Схемы разработки грунта одноковшовыми погрузчиками

а - на пневмоходу;

б - на гусеничном ходу,

в, г, д - соответственно поворотная, челночная и совмещенная схемы разработки грунта.

Разработка грунта экскаваторами непрерывного действия.

У экскаваторов непрерывного действия все операции по разработке грунта выполняются одновременно и непрерывно. По типу рабочего органа экскаваторы подразделяют на цепные многоковшовые и скребковые, роторные многоковшовые и бесковшовые. По характеру движения рабочего органа экскаваторы делятся на экскаваторы продольного, поперечного и радиального копания. У первых направление движения рабочего органа (ротора, ковшовой цепи) совпадает с направлением движения машины. У вторых оно перпендикулярно направлению движения машины. У третьих рабочие органы поворачиваются относительно базы машины (роторные стреловые экскаваторы).

По типу ходового оборудования различают экскаваторы на гусеничном, пневмоколесном и рельсовом ходу.

Цепные экскаваторы продольного копания (непрерывного действия) (рис.20, а, б) применяются для отрывки траншей под кабели, трубопроводы и другие коммуникации с небольшим объемом работ в грунтах первой группы без каменных включений. После срезки ковшами грунт поднимается наверх, откуда скребками, шнеками и отвальным устройством сдвигается в сторону от траншеи.

Рис.20. Экскаваторы непрерывного действия

а, б - экскаватор продольного копания - цепной и роторный;

в - плужный канавокопатель;

г - экскаватор поперечного копания.

Роторные экскаваторы продольного копания имеют по сравнению с цепными более высокую производительность, но и большую массу. Они используются при больших объемах земляных работ и разработке выемок под крупные линейно-протяженные сооружения.

Плужные канавокопатели (рис.20, в) применяются для отрывки каналов полного профиля при создании оросительных и осушительных сетей.

Экскаваторы поперечного копания (рис.20, г) выпускаются с - цепным рабочим органом и применяются при добыче строительных материалов (песка, глины), мелиоративных и других работах.

Роторные стреловые экскаваторы (рис.21) применяются в промышленном, транспортном и мелиоративном строительстве при разработке крупных котлованов, прокладке каналов, тоннелей, устройстве дамб и плотин, разработке грунта в стесненных условиях. Они имеют небольшие размеры и обладают хорошей маневренностью. Грунт разрабатывается вращающимся ротором при одновременном повороте роторной стрелы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Срезанный грунт через ленточный транспортер перегружается в транспортное средство и отвозится от места разработки.

Рис.21. Схемы разработки грунта роторными стреловыми экскаваторами

а - при открытой разработке;

б - при закрытой разработке.

Разработка грунта землеройно-транспортными машинами.

К основным землеройно-транспортным машинам относятся скреперы, бульдозеры, грейдеры, которые разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.

Скреперы предназначены для послойного копания грунтов в материковом залегании, их транспортирования и отсыпки в земляные сооружения с планированием слоями равномерной толщины. Скреперы применяют для разработки талых грунтов I и II групп, в том числе грунтов с каменистыми включениями.

При работе на непереувлажненных суглинках, лессах, черноземах и почвах с примесями гравия и гальки скреперы загружаются с "шапкой" и разгружаются полностью; эти же грунты, но высохшие и отвердевшие, а также глины, солончаки и дресву необходимо предварительно разрыхлить плугами или рыхлителями, чтобы обеспечить нормальную загрузку скреперов.

При сухих сыпучих песках скреперы загружаются на 60...70% геометрической вместимости. На липких и переувлажненных грунтах работа скреперов малопроизводительна вследствие прилипания грунта к днищу и стенкам ковшей. На горизонтах ниже уровня грунтовых вод скреперы неработоспособны.

Применяют прицепные (с объемом ковша 3... 10 м ), полуприцепные (4,5... 5 м ) и самоходные (8... 25 м ) скреперы (рис.22).

Рис.22. Скреперы

а, б -прицепные двух- и одноосные;

в - полуприцепной;

г - самоходный;

д - самоходный в паре с бульдозером-"толкачом".

Прицепные и полуприцепные скреперы наиболее эффективны при транспортировке грунта на расстояние до 1000 м, а самоходные - на расстояние до 3000 м.

Рабочий цикл скрепера состоит из последовательно повторяющихся операций: порожний ход, загрузка ковша, груженый ход и разгрузка.

Скрепер снимает ковшом стружку грунта толщиной 0,12... 0,35 м.

Набор грунта производят при прямолинейном движении скрепера или движении под уклон. При разработке плотных грунтов для увеличения толщины стружки применяют тракторы-толкачи (см. рис.22, д), число которых зависит от типа скрепера, вместимости ковша и дальности транспортировки (1 толкач на 2...6 скреперов).

Скреперы набирают грунт (в зависимости от его вида) различными способами (рис.23). Способ набора грунта постоянной толщины тонкой прямой стружкой применяют на связных грунтах при работе под уклон; клиновой стружкой (переменной толщины) - при разработке связных грунтов на горизонтальных участках; гребенчатой стружкой с переменным заглублением и выглублением ковша - при разработке сухих суглинистых и глинистых грунтов на горизонтальных участках; клевковой стружкой (разновидность гребенчатого способа) - при разработке сухих песчаных и супесчаных грунтов. В зависимости от характера возводимого сооружения, взаимного расположения мест разработки и укладки грунта и местных условий применяют эллиптическую, спиральную, "восьмеркой", зигзагообразную, челночно-поперечную и челночно-продольную (см. рис.23, д-к) схемы движения скреперов.

Тяжелые грунты, а также грунты с примесями, предварительно разрыхляют на толщину срезаемой стружки. Для рыхления применяют рыхлители, являющиеся прицепным оборудованием к гусеничному трактору или навесным - к бульдозеру.

Рис.23. Схемы срезания грунта скреперами и траектории их движения

а, б, в, г - соответственно срезание грунта постоянной толщины (h) и длины (L), клиновой, гребенчатый и клевковый способы;

д, е, ж, з - траектории движения соответственно эллипс, спираль, восьмерка, зигзаг;

и, к - челночно-поперечная и челночно-продольная траектории движения.

Бульдозеры бывают с неповоротным и поворотным отвалом.

Бульдозеры используют для обратной засыпки, сооружения насыпей из грунтов боковых резервов, грубого планирования земляных поверхностей и подготовительных работ, а также для распределения грунтовых отвалов при работе экскаваторов и землевозов, формирования террас на косогорах, штабелирования сыпучих материалов и др.

Бульдозеры применяют при перемещении грунта на расстояние 10... 70 м и более при благоприятных условиях (попутных уклонах путей перемещения, легких грунтах). Для уменьшения потерь отвалы могут оборудоваться открылками и козырьками.

В цикл работы бульдозера (рис.24) входят следующие операции: резание и набор грунта методом снятия стружки; перемещение грунта с надвижкой его отвалом; возвратный холостой ход.

Планировка площадок бульдозерами выполняется преимущественно траншейным и послойным способами.

Рис.24. Схемы основных операций при работе бульдозера

а - транспортное положение и рыхление грунта;

б - резание и набор грунта;

в - перемещение грунта;

1 - трактор;

2 - отвал;

3 - толкающий брус;

4 - рыхлитель;

5 - призма грунта перед отвалом.

При траншейном способе (рис.25, в) выемку разбивают на ярусы глубиной 0,4...0,5м. Разработку каждого яруса ведут траншеями на ширину отвала, оставляя между ними полосы нетронутого грунта шириной 0,4...0,6 м. Эти валы срезают бульдозерами в последнюю очередь. Траншейный способ исключает значительные потери грунта при его транспортировании и поэтому более производителен.

Рис.25. Схемы резания и перемещения грунта бульдозером

а - под углом;

б - на горизонтальном участке;

в - траншейным способом;

г - послойным способом;

1 - участок резания;

2 - участок перемещения;

3 - участок разгрузки;

4 - насыпь;

5 - выемка

При послойном способе (рис.25, г) выемку разрабатывают слоями на толщину снимаемой стружки за один проход бульдозера последовательно по всей ширине выемки или отдельными его частями. Этот способ прост и используется чаще, чем траншейный.

При перемещениях грунта на расстояние свыше 40 м применяют способ разработки с промежуточным валом, а также спаренную работу двух бульдозеров. Отсыпку грунта ведут послойно, начиная с более удаленной точки от места забора. При дальности перемещения до 70 м бульдозер возвращается в забой для повторения цикла задним ходом без разворота машины. При работе бульдозера в особо плотных грунтах (выше III группы) грунт предварительно разрыхляют.

Грейдеры (рис.26) предназначены для планировочных я профилировочных работ при строительстве дорог, аэродромов и других линейных и площадных объектов. По трудности разработки! грейдерами грунты подразделяют на I, II и III группы. Грейдеры применимы в грунтах с отметкой выше уровня грунтовых вод и неработоспособны на заболоченных землях.

Эффективность работы грейдеров обеспечивается при рабочих ходах протяженностью более 0,5 км.

Рис.26. Конструкция и схемы работы грейдера

а - вид сбоку;

б - резание грунта;

в, д - планирование дорожного полотна откоса выемки;

г - поворот отвала;

1 - рама;

2 - поворотный круг;

3 - тяговая рама;

4 - ось тяговой рамы;

5 - ось поворотного круга;

6 - отвал.

Грейдер-элеваторы (рис.27) применяются при копании грунта I... III групп в равнинных местностях и отсыпке его в линейно-протяженные земляные сооружения из боковых резервов. Они подразделяются на полуприцепные (к трактору) или навесные (на автогрейдеры).

Рис.27. Схемы работы и агрегирования грейдер-элеваторов

а, б - сооружение дорожной насыпи и канала;

в, г - полуприцепной и навесной грейдер-элеваторы;

1 - транспортер;

2 - плуг.

Укладка и уплотнение грунтов.

Укладка в насыпь и уплотнение грунта выполняются при планировочных работах, возведении различных насыпей, обратной засыпке траншей, пазух фундаментов и др. Уплотнение производится с целью увеличения несущей способности грунта, уменьшения его сжимаемости и снижения водопроницаемости. Уплотнение может быть поверхностным и глубинным. В обоих случаях оно осуществляется механизмами.

Существует уплотнение грунтов укаткой, трамбованием и вибрированием. Наиболее предпочтителен комбинированный метод уплотнения, заключающийся в одновременной передаче на грунт различных воздействий (например, вибрирование и укатка), или объединение уплотнения с другим рабочим процессом (например, укатка и движение транспортных средств и др.).

Для обеспечения равномерного уплотнения отсыпанный грунт разравнивают бульдозерами или другими машинами. Наибольшее уплотнение грунта с наименьшей затратой труда достигается при

определенной оптимальной для данного грунта влажности (см. табл. 1). Поэтому сухие грунты должны увлажняться, а переувлажненные - осушаться.

Грунт уплотняют участками (захватками), размеры которых должны обеспечивать достаточный фронт работ. Увеличение фронта работ может привести к высыханию подготовленного к уплотнению грунта в жаркую погоду или, наоборот, к переувлажнению в дождливую.

Наиболее трудным является уплотнение грунта при обратной засыпке пазух фундаментов или траншей, так как работы ведутся в стесненных условиях. Во избежание повреждения фундаментов или трубопроводов прилегающий к ним грунт на ширину 0,8 м уплотняется с помощью виброплит, пневматических и электрических трамбовок слоями толщиной 0,15...0,25 м (рис.28, а - в). Более производительные способы, например самопередвигающиеся виброплиты и другие (рис.28, г - ё), применяются при уплотнении засыпки под полы.

Рис.28. Схемы уплотнения грунта

а - общий вид насыпи;

б, в - уплотнение виброплитой и вибротрамбовкой;

г - то же самопередвигающейся виброплитой;

д, е - то же прицепным виброкатком и самоходным кулачковым катком;

/, //, III - соответственно виброуплотнение на месте, при движении вперед и назад.

Насыпи, имеющие большую площадь, рекомендуется уплотнять прицепными или самоходными гладкими или кулачковыми катками, а также трамбующими машинами по замкнутому кругу.

Проходки грунтоуплотняющих машин делаются с небольшим перекрытием во избежание пропусков неуплотненного грунта. Число проходок по одному месту и толщина слоя задаются в зависимости от вида грунта и типа грунтоуплотняющей машины или устанавливаются опытным путем (обычно 6...8 проходок).

Насыпи, к которым не предъявляются высокие требования по плотности грунта, можно уплотнять транспортными средствами в процессе отсыпки грунта. Схема работы составляется так, чтобы груженый транспорт перемещался по отсыпанному слою грунта.

Вопросы для самоконтроля:

1. Способы разработки грунта.

2. Подбор экскаватора и транспортных средств.

3. Укладка и уплотнение грунта.

Лекция №7

Тема: Разработка грунта в зимних условиях

Строительные рабочие и организация труда.

План лекции:

7. Предохранение грунта от замерзания

2. Комплексная механизация земляных работ.

4. Контроль качества работ и охрана окружающей среды.

Обратить внимание на технологию разработки грунта в зимних условиях.

Знать способы оттаивания грунта в зимних условиях. Используемые механизмы.

Уметь применить знания на практике.

В условиях современного круглогодичного строительства примерно 20 % объема земляных работ разрабатывают в зимнее время.

В связи повышенной прочностью мерзлых грунтов зимой в несколько раз увеличивается трудоемкость и стоимость их разработки.

Без предварительной подготовки может разрабатываться грунт, промерзший на глубину до: 0,1м - скреперами и бульдозерами; 0,15 м - экскаваторами-драглайнами; 0,25 м - экскаваторами, оборудованными прямой лопатой, с ковшами вместимостью 0,5...0,65 м ; 0,4 м - то же, но более мощными экскаваторами. В остальных случаях грунт до разработки должен быть предварительно подготовлен одним из следующих способов: предохранением от промерзания; оттаиванием; рыхлением.

Предохранение от промерзания заключается в предварительной обработке или утеплении грунта до замерзания теплоизоляционными материалами. Для этого грунт после отвода поверхностных вод можно разрыхлять или вспахивать с боронованием на глубину до 0,35 м, закрывать местными теплоизоляционными материалами (листва, хвоя, опилки и т.п.), а также устраивать снегозадержание.

Оттаивание грунта может осуществляться сверху вниз, снизу вверх и по горизонтальному направлению - радиально от нагревателя.

Наиболее простым (но дорогостоящим) является огневой способ (рис.29), при котором грунт оттаивает сверху вниз благодаря сжиганию на поверхности замерзшего грунта под колпаком твердого или жидкого топлива. Для оттаивания 1 м мерзлого грунта расходуется примерно 130 кг торфа, 50 кг угля, 0,15 м дров, 5 кг дизельного топлива.

Рис.29. Схемы оттаивания грунта

а - огневым способом;

б - паровыми иглами;

в, г - горизонтальными и вертикальными электродами;

1 - камера сгорания;

2 - вытяжная труба;

3 - слой грунта (опилок);

4 - паропровод;

5 - колпак;

6 - скважина;

7 - паровая игла;

8 - электрод;

9 - трехфазная электросеть.

Также по направлению сверху вниз грунт можно отогревать горизонтальными электродами. Для создания токопроводящих условий поверхность грунта покрывают опилками, смоченными в солевом растворе. Затем отогретый грунт становится проводником тока, а опилки способствуют сохранению тепла.

Прогревание мерзлого грунта электротоком снизу вверх можно осуществить, если имеется возможность погрузить вертикальные электроды ниже уровня промерзания грунта.

Примером отогревания грунта в радиальном направлении может служить оттаивание паровыми иглами или электронагревателями. В первом случае пар, проходя между двумя трубами отдает тепло грунту через наружную трубу; во втором - внутри трубы располагают нагревательный элемент, который нагревает поверхность трубы.

Рыхление грунта может осуществляться взрывным или механическим способом. Взрывание грунта производят только специально подготовленные рабочие-подрывники. Для этого в грунте пробуривают отверстия - шпуры или нарезают щели, в которые закладываются заряды взрывчатого вещества (ВВ).

Механическое рыхление может осуществляться статическим или динамическим воздействием. Пример статического воздействия - рыхление грунта бульдозерно-рыхлительными агрегатами.

В качестве механизмов для динамического воздействия используют дизель-молоты, клин-молоты, машины ударного действия, а также навесное оборудование на экскаваторы (клин и шар-молоты) или гидравлические молоты (рис.30).

Рис.30. Рыхление мерзлого грунта

а - молотом свободного падения;

б, в - то же дизель-молотом и гидромолотом;

г, д- при глубине промерзания до и более 1,5 м;

1 - молот;

2 - экскаватор;

3 - мерзлый слой грунта;

4 - направляющая штанга;

5 - дизель-молот;

6- гидромолот.

Кроме рыхления иногда мерзлые грунты режут на блоки с последующим их удалением тракторами или разработкой экскаваторами. Такой метод особо эффективен в тех случаях, когда недопустимо сотрясение грунта. Для нарезания блоков рекомендуются баровые машины с цепным рабочим органом, смонтированном на базе трактора.

Комплексная механизация земляных работ.

При комплексной механизации земляных работ основные и вспомогательные операции по разработке грунта, его перемещению, укладке в насыпь, уплотнению, а также по окончательной отделке земляного сооружения выполняются с помощью комплекта взаимосвязанных машин и механизмов. Непременным условием комплексной механизации (кроме полной механизации всех процессов) является соответствие производительности всех машин и механизмов комплекта эксплуатационной производительности ведущей машины, как правило, выполняющей основную операцию - разработку грунта. Работы выполняются отдельными потоками, комплектами машин в последовательности, установленной ППР.

Для часто встречающихся работ (рытье котлованов под фундаменты зданий, отрывка траншей и т.п.) разработаны типовые технологические карты или схемы, включающие в себя рекомендуемый набор механизмов, последовательность выполнения работ, взаимосвязь во времени и пространстве.

Контроль качества работ и охраны окружающей среды.

При устройстве временных сооружений (котлованов, траншей) проверяют горизонтальную привязку, правильность разбивки осей, вертикальные отметки. Случайные переборы грунта, т.е. снятие его ниже проектных отметок, заполняют грунтом, однородным вынутому, с последующим его уплотнением, а в особо ответственных случаях - тощим бетоном.

На законченные части земляных сооружений, в том числе на скрытые работы, составляют акты, которые вместе с исполнительными чертежами, результатами лабораторных испытаний грунтов, журналами работ и другими документами предъявляют приемной комиссии во время технической сдачи-приемки объекта.

Актируются следующие работы и элементы: устройство оснований под земляные сооружения, фундаменты, трубопроводы и другие коммуникации; выполнение мероприятий по закреплению грунтов и подготовке оснований; конструкции, входящие в тело земляного сооружения; обратные засыпки, грунтовые подушки, насыпные основания под полы; мероприятия, необходимые для возобновления работ при перерывах более 1 мес. при консервации и расконсервации работ.

Приемка насыпей и выемок заключается в проверке в натуре положения земляного сооружения, его геометрических размеров, отметок дна, устройства водоотвода, степени уплотнения грунтов.

В процессе приемки работ по планировке площадок и территорий следует удостовериться в том, что отметки и уклоны соответствуют проектным, нет переувлажненных участков и местных просадок грунта.

Принимая котлованы и траншеи, проверяют соответствие проекту их размеров, отметок, качества грунта в основании, правильность устройства креплений. После освидетельствования выполненных работ разрешается устраивать фундаменты, укладывать трубы и т.п.

Допускаемые отклонения на временные земляные сооружения приведены на рис.31 и 32.

Рис.31. Технологические схемы допустимых отклонений, мм выемок

Рис.32. Технологические схемы допустимых отклонений, мм столбчатых фундаментов

Систематически должно проверяться выполнение разработанных мероприятий по охране природы: снятие и перемещение в отвалы плодородного слоя почвы для последующего использования; защита буртов от эрозии, подтопления, загрязнения; выявление археологических и палеонтологических находок и принятие мер по их сохранению; надежное хранение горюче-смазочных и других материалов, способных негативно воздействовать на природу.

Вопросы для самоконтроля:

1. Предохранение грунта от замерзания

2. Комплексная механизация земляных работ.

3. Контроль качества работ и охрана окружающей

Лекция 8