Основы строительного дела

Разработка грунта комплексным механизированным способом

Ведущей землеройной машиной при комплексном механизированном способе производства земляных работ является экскаватор. Это самая распространенная землеройная машина.

По принципу действия экскаваторы разделяются на цикличные (одноковшовые экскаваторы) и непрерывного действия (многоковшовые с ковшовой цепью или многоковшовые роторные). Экскаваторы непрерывного действия используются в строительстве реже, чем одноковшовые; фрезерные экскаваторы, как правило, - на торфоразработках. Многоковшовые цепные нашли применение на планировке откосов выемок каналов, рытье неглубоких траншей. Роторные экскаваторы большой мощности (5-8 тыс. м в час) - на добыче нерудных и полезных ископаемых (с предварительным рыхление породы или руды).

Роторный многоковшовый экскаватор (рис. 4.13) состоит из трактора (1), навешенного на него ротора (2) с ковшами (3) и поперечного транспортера (4) для удаления грунта из зоны добычи. Многоковшовый экскаватор с ковшовой цепью (рис. 4.14) - это тот же трактор (1), те же ковши (2), только посаженные на ковшовую цепь (3).

В зависимости от ходовой части экскаваторы подразделяются на гусеничные, певмоколесные, автомобильные и шагающие.

Одноковшовые экскаваторы. Основной характеристикой одноковшовых экскаваторов является емкость ковша. В промышленном и жилищном строительстве наибольшее распространение получили экскаваторы с емкостью ковша 0,15-4,0 м. Экскаваторы с вместимостью ковша от 4 до 16 м используют в гидротехническом строительстве, вскрытии и добыче полезных ископаемых. Одноковшовые экскаваторы, как уже говорилось, относятся к машинам циклического действия (заполнение ковша, поворот на выгрузку, разгрузка ковша и поворот в забой).

Технологические возможности экскаватора зависят от вида рабочего оборудования и системы его привода.

Привод бывает гидравлический и механический. Экскаватор с гидравликой позволяют обеспечить высокую точность геометрических параметров выемок.

Рабочее оборудование (рис. 4.15) бывает следующих типов: прямая лопата, обратная лопата, драглайн, грейфер.

Прямую лопату применяют обычно для разработки выемок значительных размеров при отсутствии грунтовых вод или при незначительном их притоке. Особенно она удобна при разработке грунта с погрузкой в транспортное средство. Экскаватор с таким оборудованием размещают на подошве забоя и разрабатывают

Рис. 4.15 а, б, в. Рабочее оборудование экскаватора
циклического действия:

а - прямая лопата; б - обратная лопата; в - драглайн

грунт выше уровня стоянки. Транспортные средства располагаются на одном уровне с экскаватором или выше подошвы забоя.

Обратная лопата используется при разработке грунтов, которые находятся ниже уровня стоянки экскаватора, и преимущественно при рытье котлованов и траншей. Поярусная разработка выемки при этом виде оборудования, как правило, не практикуется. Разработку грунта ведут ниже уровня стоянки экскаватора лобовым или боковым забоем с погрузкой грунта в транспортное средство или с укладкой в отвал. Наименьшую глубину забоя определяют из условия наполнения ковша с «шапкой» (для несвязных грунтов - 1-1,7 м, а для связных - 1,5-2,3 м). Отрывку котлована шириной 12­14 м обычно осуществляют лобовой проходкой при перемещении экскаватора по зигзагу, а при большей ширине - поперечно-торцевой.

Драглайн, грейфер используют для разработки выемок любой ширины и глубиной не превышающей максимальной глубины резания. Экскаватор размещается выше забоя, что облегчает разработку мокрых и обводненных грунтов.

Экскаваторным забоем называется рабочая зона экскаватора. К этой зоне относят площадку, где размещается экскаватор, поверхность разрабатываемого грунта и место установки транспортных средств или площадку для укладки разрабатываемого грунта. По мере разработки грунта в забое экскаватор перемещается. Отработанные участки называются проходками.

В зависимости от общей организации разработки выемок и транспортирования грунта при устройстве котлованов и траншей выемки разрабатывают в лобовых или боковых забоях (Рис. 4. 16).

В лобовом забое экскаватор разрабатывает грунт впереди себя и отгружает его на транспортные средства, которые подают к экскаватору по дну забоя. В этом случае автомобили подходят задним ходом попеременно то с одной, то с другой стороны забоя. Соответственно и грунт разрабатывается то с одной, то с другой стороны от оси проходки, при этом угол поворота экскаватора достигает 140 град. и более, что снижает производительность экскаватора. Поэтому лобовой забой применяют редко - в вынужденных случаях, например, при разработке экскаватором пионерной траншеи, въездного пандуса и т. п.

В боковом забое экскаватор разрабатывает грунт по одну сторону от оси движения и грузит его на транспортные средства, подаваемые по другую сторону от оси проходки. При этом обеспечиваются благоприятные условия для движения транспорта, а средний угол поворота составляет 70-90 град. Поэтому после пионерной проходки весь оставшийся в выемке грунт разрабатывают боковым забоем.

В боковом забое экскавация грунта может осуществляться либо в направлении, совпадающем с перемещением экскаватора - торцевой разработкой, либо перпендикулярно направлению перемещения - боковой разработкой.

Если экскаватор перемещается вдоль возводимого сооружения, это означает, что он разрабатывает выемку продольными проходками. Продольные проходки используют обычно для разработки крупных выемок большой протяженности слоями (ярусами) или забоями в виде траншей на всю длину выемки с постоянным углублением по дну.

При значительных в плане размерах выемки целесообразно разрабатывать ее поперечными проходками вдоль меньшей стороны. Такой способ разработки обеспечивает минимальную длину пионерной траншеи и позволяет организовать наиболее производительное кольцевое движение транспорта.

4.4. Подбор машин под экскаватор

При подборе автомашин необходимо выдержать три условия:

1) грузоподъемность автомашины должна соответствовать массе грунта в целом числе ковшей обслуживаемого экскаватора:

G = gK, (4.1)

g = Y Vk

где G - грузоподъемность автомашины, т; g - масса грунта в одном ковше, т;

Y - плотность грунта, т/м3;

VK - объем одного ковша, м3;

К - целое число (4-7);

2) объем кузова - объему грунта в целом числе ковшей:

VK. a. = ^К-Кп, (4 2)

где VK, a, - объем кузова автомашины, м3;

VK - объем ковша, м3;

Кп - коэффициент первоначального разрыхления грунта;

3) производительность автомашин - производительности экскаватора. Количество автомашин, при котором обеспечивается третье условие, с округлением до целого числа:

П

R =— , (5.3)

П

а

где Т = 480 - продолжительность смены, мин.;

V - геометрическая вместимость ковша, м3;

Тц - продолжительность цикла, мин.;

Ке - 0,5-0,9 - коэффициент использования емкости ковша

(отношение объема грунта в плотном состоянии, разрабатываемого за одну экскавацию, к геометрической вместимости ковша);

Кв = 0,56-0,79 - коэффициент использования экскаватора по времени

в смену.

4.5. Подсчет объемов работ

Поперечное сечение призмы грунта представляет собой (рис. 4.17) либо равнобедренный треугольник, площадь которого равна:

F = 0,5 Ao ho, (4.5)

либо при недостатке высоты на отсыпке - трапецию, площадь которой:

F = 0,5 (A0 + ac ) h0 , (4.6)

где А0 - нижнее основание трапеции;

а0 - верхнее основание трапеции;

h0 - высота поперечного сечения призмы грунта.

Зная эти параметры, можно определить объем земляных работ, представляющий собой объем земляного сооружения. Единицей измерения объемов земляных работ является кубический метр грунта в естественном состоянии.

При расчетах объемов работ протяженных земляных сооружений (рис. 4.18) продольный профиль сооружения делят на участки в характерных точках - точки изменения уклона рельефа или проектного профиля (красной линии).

В пределах каждого участка геометрическая форма сооружения представляет собой призматоид (рис. 4.19), объем которого при длине его до 50 м и перепаде высот до 0,5 м может быть с достаточной степенью точности подсчитана по следующей приближенной формуле:

V = 0,5 (Fі + F3)l, (4.6)

где F1 и F2 - площадь поперечного сечения одного и второго торца призматоида;

L - длина призматоида.

Для получения полного объема линейного сооружения объемы отдельных призматоидов суммируются.

Вопросы для самопроверки

1. Виды земляных сооружений. Элементы характерных профилей поперечного сечения выемок и насыпей.

2. Как обеспечить устойчивость откосов земляного сооружения.

3. Виды строительных грунтов и их характеристики.

4. Временные крепления вертикальных стенок земляных выработок.

5. Разработка грунта землеройно-транспортными машинами.

6. Экскаваторы циклические и непрерывного действия.

7. Виды рабочего оборудования экскаваторов циклического действия.

8. Подбор машин под экскаватор.

9. Расчет объемов земляных работ.