Технология производства земляных работ. Общие сведения о машинах и оборудовании, используемых при строительных, ремонтных и эксплуатационных работах.

Виды земляных сооружений

При строительстве зданий и сооружений выполняются различ­ные виды земляных работ: планировка площадки, рыхление твер­дых или мерзлых грунтов, заглубление фундаментов, обратная за­сыпка, устройство постоянных, временных и вспомогательных сооружений. На рис. 5.1, а, б, в — поперечные профили выемок; г, д — сечения подземных выработок; е, ж — профили насыпи; з, и — обратная засыпка.

Постоянными называют земляные сооружения, которые после строительства эксплуатируются: каналы, дороги и т. п. Временные сооружения после производства работ ликвидируются: котлованы под фундаменты, траншеи под трубопроводы и т.д. Кюветы, во­доотводные канавы и т. п. являются вспомогательными земляными сооружениями.

Временные выемки шириной до 3 м и длиной, значительно превышающей ширину, называются траншеями. Выемку, длина которой не превышает десятикратной ширины, называют котло­ваном. Котлованы и траншеи имеют дно и боковые стенки или откосы. Временные выемки под транспортные магистрали, шах­ты, штольни и т. п. земляные сооружения, закрытые с поверхно­сти, называются подземными выработками.

э и

Рис. 5.1. Виды земляных сооружений: / — поперечные профили выемок: а — траншея прямого профиля; б — котлован (траншея) трапецеидальной формы; в — профиль постоянной выемки; // — сече­ния подземных выработок: г — круглой; д — прямоугольной; /// — профили насы­пи: е — временной; ж — постоянной; IV— обратная засыпка: з — пазух котлова­на; и — траншеи; 1 — бровка откоса; 2 — откос; 3 — берма; 4 — основание откоса; 5 — дно выемки; 6 — банкет; 7 — нагорная канава

После устройства подземных сооружений и частей зданий грунт укладывают в пространство между боковой поверхностью сооружения и откосом котлована. Такую работу называют обратной за­сыпкой «пазух».

По трудоемкости выполнения земляные работы составляют до 20% всей трудоемкости возведения здания, поэтому земля­ные работы всегда стремились механизировать. В настоящее вре­мя до 97 % объемов земляных работ в строительстве комплексно механизированы, однако при мелких рассредоточенных объемах работ, устройстве фундаментов в стесненных условиях, зачистке дна и откосов котлованов, устройстве дренажных канав в горис­той местности еще применяется ручной труд. Поэтому основная задача при выполнении земляных работ — полностью исключить ручной труд.

Основные способы разработки грунта и применяемые механизмы

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 прил. 1.

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. 5.11 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. 5.11, 6, в).

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); грунтоуплотняю-щие (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 м³), на гусе­ничном ходу (вместимость стандартного ковша 0,25... 2,5, реже до 4 м³). 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 м³, модель 2, первая модернизация. В индексе современного экскаватора содер­жатся сведения о его основных характеристиках. Напри­мер, ЭО-3322АТ — экскаватор одноковшовый, универсальный, третьей размерной группы, на пневмоколесном ходу, с жесткой подвеской оборудования, модель 2, прошедшая первую модер­низацию в тропическом исполнении.

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.

Классификация и основные строительные свойства грунтов

По своему строению грунты можно разделить на сцементиро­ванные (или скальные) и несцементированные.

Скальные грунты состоят из каменных горных пород, с трудом поддающихся разработке взрыванием или дроблением клиньями, отбойными молотками и т. п. Скелет несцементированных грун­тов обычно состоит из песчаных, пылеватых и глинистых частиц, в зависимости от содержания которых грунты называются: песок, супесь (супесок), суглинок, глина (табл. 5.1).

Параметр Песок Супесь Суглинок Глина Угол естественного 25...30 30...40 40 ...50 40...45 откоса при естествен-         ной влажности, град.         Содержание частиц, %:         глинистых До 5 До 12 12...33 Более 33 песчаных Более 80 Более 50   — Оптимальная влаж- 8...12 9... 15 12 ...20 19--23 ность уплотнения, %

Таблица 5.1

Параметры и классификация грунтов

Примечание. Прочерк означает, что параметр не нормируется.

В зависимости от содержания глинистых частиц глину называ­ют тощей или жирной, в зависимости от трудоемкости разработ­ки — легкой или тяжелой. Особо трудоемкая для разработки глина называется ломовой.

К основным свойствам грунтов, влияющим на технологию и трудоемкость их разработки, относятся плотность, влажность, сцепление, разрыхляемость, угол естественного откоса, удельное сопротивление резанию, водоудерживающая способность.

Плотностью называется масса 1 м³ грунта в естественном со­стоянии (в плотном теле). Плотность несцементированных грун­тов 1,2 .,.2,1 т/м³, скальных — до 3,3 т/м³.

Влажность характеризуется степенью насыщения грунта во­дой и определяется отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта, выражается в процентах. При влажности более 30 % грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5 % — сухими. Чем выше влажность грунта, тем выше трудоемкость его разработки. Исключение составляет глина — сухую глину разра­батывать труднее. Однако при значительной влажности у глини­стых грунтов появляется липкость, которая усложняет их разра­ботку.

Сцепление — сопротивление грунта сдвигу. Сила сцепления для песчаных грунтов составляет 3... 50 кПа, для глинистых — 50...300 кПа.

От плотности и силы сцепления между частицами грунта в ос­новном зависит производительность землеройных машин. Клас­сификация основных видов грунтов по трудоемкости их разработ­ки в зависимости от конструктивных особенностей используемых землеройных машин и свойств грунта приведена в табл. 5.2.

При разработке грунтов вручную их делят на семь групп. Как при механизированной, так и при ручной разработке в состав первой группы входят легко разрабатываемые грунты, а после­дней — самые трудно разрабатываемые.

Грунт при разработке разрыхляется и увеличивается в объеме. Это явление, называемое первоначальным разрыхлением грунта, ха­рактеризуется коэффициентом первоначального разрыхления К_р, кото­рый представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии. Уложенный в насыпь разрыхленный грунт уплотняется под влиянием массы вышеле­жащих слоев грунта или механического уплотнения, движения транспорта, смачивания дождем и т. д.

Однако грунт длительное время не занимает того объема, ко­торый он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхле­ние, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта Кд__р.

Степень первоначального и остаточного разрыхления грунтов приведена в табл. 5.3.

Для обеспечения устойчивости земляных сооружений их воз­водят с откосами, крутизна которых характеризуется отношени­ем высоты к заложению: Н/А = \(т (рис. 5.2), где т — коэффици­ент заложения. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса а, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия.

При глубине выемки бо­лее 5 м крутизна откосов устанавливается проектом. Откосы по­стоянных сооружений делаются более пологими, чем откосы вре­менных сооружений, и бывают не менее, чем 1:1,5.

Водоудерживающая способность или сопротивляемость грун­та прониканию воды очень высока у глинистых грунтов и низка у песчаных. По этой причине последние называются дренирую­щими, т. е. хорошо пропускающи­ми воду, а первые — недренирующими.

Дренирующая способность грунтов характеризуется коэф­фициентом фильтрации К, рав­ным 1... 150 м/сут.

Основные способы разработки грунта и применяемые механизмы

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 прил. 1.

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. 5.11 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. 5.11, 6, в).

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); грунтоуплотняю-щие (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 м³), на гусе­ничном ходу (вместимость стандартного ковша 0,25... 2,5, реже до

Рис. 5.11. Схемы комплексной механизации земляных работ: а — разработка и транспортирование; б— разгрузка и разравнивание; в — уплотнение

4 м³).

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 м³, модель 2, первая модернизация. В индексе современного экскаватора содер­жатся сведения о его основных характеристиках (рис. 5.12). Напри­мер, ЭО-3322АТ — экскаватор одноковшовый, универсальный, третьей размерной группы, на пневмоколесном ходу, с жесткой подвеской оборудования, модель 2, прошедшая первую модер­низацию в тропическом исполнении.

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.

Экскаватор можно подобрать по объему работ, заданным срокам выполнения работ или требуемым характеристикам машин.

Драглайн 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 радиус забоя й₃, превышающее длину стрелы; часто используют челночные способы работы.

При поперечно-челночном способе самосвал загружается по­переменным черпанием ковша с обеих сторон кузова. При про­дольно-челночном грунт набирается перед задним бортом кузова 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%.

Погрузчики на гусеничном и пневмоколесном ходу (рис. 5.19), 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