Производство работ гидромеханическим способом

Гидромеханическим называют такой способ производства земляных работ, при котором грунт разрабатывают, тран­спортируют и укладывают в тело соору­жения или в отвал с помощью воды.

При гидромеханической разработке грунтов достигаются высокий уровень производительности труда, непрерыв­ность подачи грунта, в том числе и в труд­нодоступные участки, возможность раз­работки обводненных и подземных выемок без осушительных и водопонижа-ющих работ. Применение этого спосо­ба требует прокладки трубопроводов и электросетей, устройства обвалований, эстакад, строительства подстанций и

других сооружений. Поэтому гидроме­ханический способ разработки грунтов экономически оправдан при наличии значительных объемов земляных работ, легкоразмываемых грунтов, достаточных ресурсов воды и электроэнергии.

При планировке размывают грунт на участках выемок и укладывают его в насыпь. Но чаще всего гидромеханиче­ским способом намывают большие пло­щадки (территории) грунтом из карье­ров, расположенных на суше или на дне реки (водоема). При разработке грунта на суше применяют гидромони­торные установки (рис. II 1.11), а при подводной разработке — земснаряды (рис. III.12).

Гидромониторная установкасостоит из гидромониторов, присоединенных к магистральному трубопроводу, по ко­торому из насосной станции подают во­ду. Гидромонитор представляет собой стальной ствол, колена которого позво­ляют поворачивать его в вертикальной и горизонтальной плоскостях под боль­шим углом в направлении нужной точки забоя. На конец ствола каждого гид-

ромонитора навинчивается насадок, фор­мирующий выбрасываемую с большой кинетической энергией струю, которая превращает грунт в гидросмесь — пуль­пу, направляемую самотеком по лот­кам или канавам в насыпь. При распо­ложении насыпи выше уровня забоя, а также для увеличения дальности по­дачи пульпы ее перекачивают по пуль­попроводу землесосной установкой (рис. III.11, а).

Удельный расход воды на 1 м³ грунта в зависимости от высоты забоя для мел­козернистых песков — 3...6 м³, крупно­зернистых песков — 7...9 м³, суглин­ков и глин — 7... 14 м³. При разработке песчано-гравелисто-галечных смесей тре­буется до 22 м³ воды.

Расход воды и скорость струи регули­руют сменными насадками диаметром от 50 до 200 мм, у выхода из которых рабочее давление для разных типов гидромониторов составляет от 0,2 до 15 МПа.

Производительность по воде, т. е. количество воды, выбрасываемое гид­ромонитором для размыва грунта в за-

Рис. 111.12. Разработка грунта плавучим земснарядом с намывом площадки:

а — схема работы земснаряда; б — схема намыва площадки; / — всасывающее устройство; 2 — баржа с на­сосной установкой; 3 — папильонажные сваи; 4 — плавучий пульповод; 5 — береговой пульповод на эста­каде; 6. — обвалование; 7 — намываемая площадка; 8 — водоотводные коллекторы; 9 — водоотводные колод­цы; 10, IV — магистральные пульповоды; 12, 13 — распределительные пульповоды, наращиваемые в процес­се намыва; 14, 15 — первый и второй ярусы намыва

бое, м³/с, определяют по формуле

Q_B = Fv = FiiV2gW, (111.48)

|. где F — площадь поперечного сечения насадка у выхода, м²; v — скорость истечения воды из насадка, м/с; \л = = 0,9...0,93 —коэффициент расхода; g — ускорение свободного падения, м/с²; Н — напор у насадка, Па.

Производительность гидромонитора по -грунту, м³/ч,

Q_rp = 3600<2_вЛ7_УД, (111.49)

; где <7_УД — удельный расход воды, м³, > требуемый для размыва и транспорти-s. рования 1 м³ грунта. ; Различают две схемы раз­мыва грунта гидромониторами: встречным забоем — снизу вверх (рис. 111.11, а) и попутным забоем — сверху вниз (рис. II 1.11, б).

При встречном забое гидромонитор устанавливают на подошве забоя и ведут размыв в направлении, обратном стоку пульпы. Процессы разработки песков и глин существенно различаются. Не­связный грунт смывают струей со всей ширины откоса, крутизна которого равна углу естественного откоса. В связных грунтах рабочий откос забоя близок к вертикали. В этом случае забой сначала подрезают снизу до его обрушения, затем смывают обрушенный грунт.

Подрезка забоя — наиболее трудо­емкая операция; на 1 м³ породы расхо­дуется до 50 м³ воды. Высокая произ­водительность гидромонитора обеспе­чивается за счет периодических обвалов грунта.

Производительность гидромониторов увеличивается также при нагнетании |.воды в скважины по трубам под давле­нием до 0,7 МПа (рис. III. 11, в). Насы­щенный водою грунт легче размыва-|;ется гидромонитором. Этот метод осо-|бенно эффективен при разработке порис-]тых лессовых грунтов. При этом высота |забоя может быть увеличена до 20 м. |Тяжелые грунты рекомендуется пред­варительно рыхлить бульдозерами. Исходя из требований техники безо-исности, минимальное приближение ги­дромонитора до уступа забоя, м, опре-1яют зависимостью

L_min><ph, (111.50)

где ф — коэффициент приближения ги­дромонитора к забою: для гидромони­тора с ручным управлением ф =0,8... 1,2; с дистанционным ф =0,5; для самоходного с дистанционным управле­нием ф = 0,3.

Наибольшую разрушающую силу струя имеет на расстоянии 3...4 м от на­садка. Поэтому рационально применять гидромониторы ближнего боя при вы­соте забоя не менее 3 м.

С увеличением расстояния размыва­ющая способность струи уменьшается. Из условия компактности струи, обла­дающей еще достаточной разрушающей силой, определяют максимальное рас­стояние гидромонитора от забоя, м,

L_max = (0,2 ... 0,4)//, (111.51)

где верхний предел коэффициента (0,4) принимают для напора Н и насадка до 0,8 МПа и нижний (0,2) — для напора свыше 0,8 МПа.

После выработки элемента забоя глу­биной

^п ⁼ ^тпах — Z-min (III.52)

гидромонитор передвигают на новую позицию.

Недостаток разработки грунта встреч­ным забоем заключается в образова­нии недомывов, для зачистки которых дополнительно требуется бульдозер.

При попутном забое гидромонитор устанавливают на верхней бровке за­боя. Направление струи гидромонито­ров совпадает с направлением движения пульпы. Струей воды сначала размыва­ют осевую канаву для отвода пульпы, затем — забой в непосредственной бли­зости от гидромонитора и откоса кана­вы. Ширина разрабатываемого элемента забоя 10...15 м.

Достоинством разработки грунта по­путным забоем является то, что гидро­мониторы находятся в сухом месте; струя гидромонитора используется для улучшения отвода пульпы к приемным устройствам. Недостаток этого спосо­ба — значительное снижение произво­дительности ввиду затруднительной под­резки грунта и обрушения забоя. Поэтому большее распространение полу­чил первый способ работы — встреч­ным забоем, который особенно эффек­тивен при разработке плотных и связ-

ных грунтов. Попутным забоем обычно разрабатывают рыхлые суглинистые и песчаные грунты.

В последних моделях гидромониторов применяется дистанционное управле­ние; в сочетании с гусеничным ходом (рис. II 1.11, г, д) это позволяет произ­водить работы в непосредственной бли­зости от забоя, чем достигается интен­сивное разрушение грунта. - Транспортировать пуль-п у можно самдтеком, когда ве­личина уклонов стоков, зависящая от вида грунта и крупности его частиц, обеспечивает движение ее с частицами грунта во взвешенном состоянии.

При транспортировании под напо­ром пульпу, собираемую в колодце (зумпфе), перекачивают грунтовым на­сосом (землесосом) или гидроэлеватором в насыпь. Грунтовой насос представля­ет собой центробежный насос для пере­качки воды с твердыми частицами. Гид­роэлеватор — это водоструйный насос, в корпусе которого в результате боль­шой скорости движения воды создает­ся разрежение. Под его влиянием гид­росмесь всасывается в насос, смешивает­ся со струей воды и подается по напор­ному трубопроводу к месту укладки грунта.

Скорость движения пульпы в пульпо­проводе во избежание заиливания труб должна быть выше критической (крити­ческая скорость потока соответствует на­чалу осаждения твердых частиц на дно).

Земснарядами площадки намывают в результате подачи пульпы со дна во­доемов по напорным трубопроводам в насыпи.

Земснаряд (рис. III.12, а) представ­ляет собой баржу, оборудованную грун-тозаборным устройством для свобод­ного всасывания или всасывания с по­путным рыхлением (фрезами, гидрорых­лителями и пр.), грунтовым насосом, плавучим пульпопроводом на понто­нах, соединенным с береговым пульпо­проводом, папильонажными сваями и лебедками с якорями для фиксации ра­бочего положения.

Разработку грунта на­чинают с погружения до заданной от­метки всасывающего устройства. В про­цессе его заглубления земснаряд пери­одически отводят назад и в сторону для

расширения воронки. Для дальнейшей разработки выемки земснаряд папильо-нируют, т. е. перемещают его в забое свайно-канатным способом с помощью трбсов по дуге окружности, канатным способом — манипуляцией лебедками с периодической перекладкой якорей или свайно-бесканатным способом — пово­ротом грунтозаборного устройства во­круг вертикальной оси с подачей зем­снаряда вперед отталкиванием от на­порной сваи.

На планировочных работах обычно применяют земснаряды производитель­ностью до 150 м³/ч, подающие пульпу на расстояние до 3,5 км.

Для разработки 1 м³ песчаных грун­тов расходуется 7... 11 м³ воды, песча-но-гравийных и суглинистых — от 14 до 22 м³.

Укладка грунта в на­сыпь основана на выпадении взвешен­ных его частиц из пульпы при сниже­нии скорости потока до 0,3...0,03 см/с после выпуска пульпы в отстойные бас­сейны, устраиваемые на месте будущей насыпи (рис. III. 12, б).

Насыпи, на которых предполагается строить какие-либо сооружения, намы­вают слоями толщиной 0,5...2,5 м пес­чаными или песчано-гравелистыми грун­тами. Перед началом намыва по контуру будущей насыпи бульдозером устраи­вают обвалование из местного грунта, причем если намываемого слоя менее 2 м, заблаговременно до намыва возво­дят фундаменты; по намываемой по­верхности прокладывают водопровод­ные и канализационные сети.

Если рельеф территории неровный, намыв начинают с самых низких отме­ток, где насыпь будет иметь максималь­ную высоту. При высоте насыпи бо­лее 5,5 м намыв ведут в два яруса (рис. III.12, б).

Непрерывное ведение работ обеспе­чивается намывом грунта участками-картами. Во время перекладки труб и устройства второго яруса обвалования на одной карте намывают грунт на смежной и т. д. Для удаления осветлен­ной воды из карт устраивают водоотвод­ные колодцы, по трубам которых вода стекает за пределы насыпи.

В пересеченных местностях, когда ис­пользование мобильных транспортных

средств осложняется трудностями уст­ройства дорог, целесообразно приме­нять комбинированный способ разработ­ки грунта, предусматривающий гид­равлическое транспортирование грун­та, разрабатываемого экскаватором. Грунт погружают в передвижной бункер конвейера, с которого он поступает в приемный бункер передвижного зем­лесоса. Здесь грунт размывается и уда­ляется самотёком по лоткам или пе­рекачивается по напорному пульповоду в насыпь.

Уплотнение грунта

Уплотнение грунта выполняют при планировке площадок, возведении насы­пей, обратной засыпке траншей и пазух фундаментов, устройстве оснований под полы и т. п.

Грунты уплотняют слоями одинако­вой толщины. Для этого отсыпанный грунт разравнивают бульдозерами или грейдерами. Толщина разравниваемых слоев зависит от условий производства работ, вида грунта и должна соответ­ствовать возможностям применяемых уп­лотняющих машин.

Требуемая степень уплотнения грун­та достигается с наименьшими затра­тами при оптимальной влажности грун­та, поэтому сухие грунты нужно пред­варительно увлажнять (поливочными машинами и реже вручную резиновыми шлангами, присоединенными к водо­проводу), а переувлажненные — осу­шать.

Укладку грунта и его уплотнение про­изводят на захватках (картах), раз­меры которых должны обеспечивать достаточный фронт работ, но не допус­кать высыхания подготовленного к уп­лотнению грунта. Например, при ус­тройстве насыпей из грунтов, достав­ляемых автосамосвалами, площадку раз­бивают на три карты: на первой грунт разгружают, на второй — разравнива­ют, на третьей — уплотняют.

Уплотняют грунт укаткой, трамбова­нием и вибрированием. </ Связные и комковатые грунты уплот-. няют кулачковыми катками (рис. III. 13, а), которые передают на грунт дав­ление, значительно превосходящее пре-•дел его прочности. Такими машинами

массой до 5 т уплотняют слой грунта толщиной 10...20 см при восьми—-во­семнадцати проходках катка по одному следу, а тяжелыми (25...30 т) —слой толщиной 50...65 см при четырех —де­сяти проходках по одному следу.

Катками на пневмоколесном ходу (при­цепными и самоходными) в результате длительного действия нагрузки от сжа­тия шин уплотняют песчаные и гли­нистые грунты (рис. III. 13, б). Катками средней массы (до Ют) уплотняют слои толщиной 10...25 см при двух —десяти проходках катка по одному следу, кат­ками большой массы (до 45 т) — слои толщиной 25...50 см при том же коли­честве проходок по одному следу.

Кулачковыми катками и катками на пневмоколесном ходу уплотнение про­изводят путем последовательных зам­кнутых проходок катка по всей пло­щади насыпи с перекрытием каждой проходкой предыдущей на 0,15...0,25 м (рис. II 1.13, а). Закончив укатку всей площади, процесс повторяют столько раз, сколько по проекту требуется про­ходок катка по одному следу для дости­жения необходимой плотности.

Катками с гладкими металлически­ми вальцами уплотняют связные грун­ты слоем до 15 см и песчано-гравелис-тые смеси при толщине отсыпаемого слоя от 5 до 15 см. Применение таких катков целесообразно, когда верхний слой насыпи является основанием фун­даментов или подъездных путей, а также при засыпке верхней части пазух в стес­ненных условиях (рис. III.13, в). Ниж­ние слои пазухи толщиной 15...20 см вокруг фундамента уплотняют пневмати­ческими или электрическими трамбовка­ми (рис. III.13, в).

Трамбовочными плитами массой 2... ...7 т, подвешенными к кранам или экс­каваторам, уплотняют песчаные и гли­нистые грунты при толщине отсыпае­мого слоя'0,4...1 м и количестве уда­ров от 1 до 5 (рис. II 1.13, г). Недостат­ком этого способа является повышенная изнашиваемость крана или экскава­тора.

Вибрационными катками уплотняют песчаные грунты слоями толщиной 0,4... ...0,5 м при возмущающей силе от 50 до 100 кН и до 1,5 м при возмущающей силе 180...280 кН. Для достижения

необходимой плотности число прохо­док по одному следу принимают от 2 до 6. Уплотнение осуществляют по кру­говой схеме или челночным способом.

Предварительно насыщенные водой пе­ски уплотняют глубинными вибратора­ми, смонтированными в виде пакета из нескольких штук на подвешенной к кра­ну раме.

Увеличить глубину проработки слоя грунта можно комбинированным уплот­нением, например, сначала кулачковы­ми катками, затем катками на пневмоко-лесном ходу.

В каждом конкретном случае способ уплотнения грунта и тип грунтоуплотня-ющей машины выбирают на основании технико-экономического сравнения ва-

риантов с учетом свойств уплотняемого грунта, требуемой плотности при опре­деленном количестве проходок или уда­ров грунтоуплотняющих машин, объ­ема, сроков и условий производства работ.