СПЕЦИАЛЬНЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Специфика производства земляных работ при строительстве мостов обусловлена подводной разработкой грунта в котлованах опор, во внутренних полостях свай-оболочек, при дноуглублении и т.п.

Как правило, строители стремятся удалить грунт из котлованов опор до начала работ по устройству свайного фундамента. Это позволяют высокопроизводительные экскаваторы типа обратная лопата, драглайны, грунторазрабатывающее навесное оборудование (грейферы) на краны. Если несвязный грунт из затопленных котлованов приходится удалять после погружения свай, используют специальные средства гидромеханизации - гидроэлеваторы и эрлифты, которые применяют также для разработки несвязного грунта во внутренних полостях свай-оболочек.

Принцип работы гидроэлеватора основан на известном положении о том, что с увеличением скорости движения струи жидкости давление в ее зоне снижается. В зону пониженного давления устремляется пульпа (взвесь частиц грунта в воде), которая, смешиваясь с напорной водой, получает от нее кинетическую энергию и поднимается по трубе (рис. 2). При давлении воды 0,4 - 0,8 МПа высота всасывания Н достигает 1 - 1,5 м, высота нагнетания h - 6 - 7 м. Воду подают по водоводу насосом высокого давления (с напором 30-150 м).

Производительность гидроэлеватора зависит от расстояния между отверстием всасывающей трубы и поверхностью разрабатываемого грунта. Его оптимальное значение определяют по содержанию грунта в пульпе. Для этого гидроэлеватор подвешивают к крюку крана, постепенно перемещая его концентрическими кругами по площади котлована, и выбирают положение, соответствующее выходу пульпы с максимальным содержанием грунта. Гидроэлеватор работает тем производительнее, чем меньше высота подъема пульпы. Он может работать при минимальном заглублении (10 - 20 см) низа всасывающей трубы в воду. Расход воды - 50-100 м³ на 1 м³ пульпы. Эти устройства надежны в работе, но обладают низким к.п.д.

Рис. 2. Схема разработки грунта гидроэлеватором:

а - положение гидроэлеватора в котловане; б - схема работы; 1 - грунт; 2 - вода; 3 - гидроэлеватор; 4 - пульпопровод; 5 - резиновый шланг: 6 - трос; 7 - шланг для воды; 8 - водовод; 9 - всасывающая труба; 10 - крышка камеры; 11 - кольцевая щель; 12 - камера; 13 - фланцево-болтовой стык; 14 - стык водовода; 15 - сетка

Эрлифт, воздушный водоподъемник, несмотря на сравнительно малый к. п. д (менее 36%), имеет ряд достоинств: простота устройства, надежность и бесперебойность работы. Сжатый воздух под давлением нагнетается по газовой трубе 8 в жидкостную трубу 4, где образуется смесь воздуха с пульпой (эмульсия). Вследствие того, что объемная масса эмульсии меньше массы воды, окружающей эрлифт, под избыточным давлением воды пульпа отжимается по трубе эрлифта вверх (рис. 3). Рабочее давление воздуха, развиваемое компрессором, определяется формулой р ≈ 10(Н-h) кН/м². Расход воздуха - 1-4 м³ на 1 м³ пульпы.

Рис. 3. Схема разработки грунта эрлифтом:

а - положение эрлифта в котловане; б - схема работы; 1 - грунт; 2 - вода; 3 - эрлифт; 4 - пульпопровод; 5 - резиновый шланг для пульпы; 6 - трос; 7 - шланг для воздуха; 8 - воздухопровод; 9 - всасывающая труба; 10 - крышка камеры; 11 - камера; 12 - отверстие d = 4-6 мм; 13 -стык пульпопровода; 14 - стык воздухопровода; 15 - сетка

Эрлифт, как и гидроэлеватор, подвешивают к крану. Это делают для того, чтобы выбрать оптимальное расположение низа всасывающей трубы по отношению к поверхности разрабатываемого грунта. При этом требуется, чтобы величина заглубления низа эрлифта в воду в 2-3 раза превышала высоту подъема пульпы над уровнем воды в котловане.

Производительность гидроэлеваторов и эрлифтов в средних грунтовых условиях - 5 - 20 м³/ч при насыщении пульпы грунтом от 5 до 20%.

Для подводных дноуглубительных работ обычно применяют плавучие землесосные снаряды (земснаряды). С их помощью разрабатывается несвязный грунт путем всасывания его из воды. Пульпа забирается центробежным водяным насосом - землесосом и транспортируется по трубам-пульпопроводам. Если всасывание грунта происходит с одновременным механическим рыхлением под водой, то такой способ называется рефулерным.

Для дноуглубления обычно применяют земснаряды со свайным папильонированием, которые разрабатывают подводную траншею (прорезь) захватками при последовательном движении от стоянки к стоянке. На каждой стоянке понтон земснаряда «закалывают» сваями в грунт. При вращении (папильонировании) в горизонтальной плоскости вокруг свай земснаряд секторами разрабатывает грунт прорези.

Земснаряд (рис. 4, табл. 1) состоит из понтона 9 с землесосом, свай 1. стрелы 4 с приемно-рыхлительным устройством. Оно, в свою очередь, состоит из фермы 7, фрезерного рыхлителя 6 и его привода 3. Для подъема и опускания фермы с рыхлителем имеется лебедка с полиспастом 5. Вращающийся рыхлитель разрушает грунт. Разрыхленный грунт по всасывающему трубопроводу 8 поступает к землесосу, которым транспортируется по пульпопроводу 2 к месту укладки. Земснаряд имеет лебедки для управления носовыми канатами при перемещении земснаряда относительно свай 1 и для подъема-опускания свай.

Рис. 4. Землесосный снаряд

Таблица 1