Бестранспортными схемами называются такие схемы, при которых экскаватор разрабатывает грунт и укладывает его в отвал (насыпь), кавальер или в земляное сооружение. При простой бестранспортной схеме разработки грунт укладывается в отвал или кавальер без последующей его перевалки (переэкскавации), при сложной - во временный (первичный) отвал и подлежит частичной или полной переэкскавации.
Транспортными являются схемы, при которых грунт грузится экскаватором в автосамосвалы (рис.1) и отвозится в заданное место. При этом возможны различные схемы движения транспорта: тупиковые (автосамосвалы подъезжают к экскаватору и возвращаются по тому же пути) и сквозные (автосамосвалы подъезжают к экскаватору без маневрирования и после погрузки уезжают по дороге, являющейся продолжением въездного пути).
Рис.1. Транспортные схемы работы экскаватора, оборудованного прямой лопатой
а - лобовая широкая проходка с погрузкой грунта в автотранспорт, перемещающийся по подошве забоя; б - боковая проходка с погрузкой грунта в автотранспорт
Схема производства работ зависит от особенностей строительства. Например, в водохозяйственном, нефтегазопроводном и транспортном строительстве преобладают бестранспортные схемы, а в промышленном и жилищном - транспортные.
Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами производят проходками. Число проходок, забоев и их параметры предусматривают в проектах и технологических картах производства земляных работ для каждого конкретного объекта в соответствии с параметрами земляных сооружений (по рабочим чертежам) и с оптимальными рабочими размерами оборудования экскаваторов.
Разработка грунта осуществляется лобовыми или боковыми проходками. При лобовой проходке экскаватор, ось хода которого совпадает с осью земляного сооружения или находится в площади ее сечения, разрабатывает три откоса выемки - два боковых и торцевой.
Боковые проходки бывают двух типов: закрытая (рис.2, а, б), когда ось хода экскаватора располагается сбоку сечения выемки (экскаватор разрабатывает, три откоса - два боковых и торцевой) и открытая (рис.2, в), когда экскаватор перемещается вдоль полосы и разрабатывает два откоса (боковой и торцевой).
Рис.2. Схема разработки выемок экскаватором, оборудованным обратной лопатой
а - боковой закрытой проходкой и одинаковой крутизной откосов; б - то же, с разной крутизной откосов; в - боковой открытой проходкой
Забоем называют рабочую зону экскаватора, включающую площадку, на которой находится экскаватор, часть массива грунта, отрываемого с одной стоянки, и площадку для стоянки транспортных средств под погрузкой.
Параметры проходок и забоев должны обеспечивать возможность работы ковшом с наименьшими затратами времени на выполнение рабочего цикла экскавации. Для этого принимают ширину проходок (забоев) с таким расчетом, чтобы экскаватор мог работать при средней величине углов поворота не более 70 ; глубину (высоту) забоев - не меньше длины стружки грунта, необходимой для заполнения ковша "с шапкой" за один прием черпания (копания); длину проходов - с учетом возможно меньшего количества переходов экскаватора в забое. Уклоны проходок предусматриваются такими, чтобы предотвратить приток и скопление в забоях грунтовых и поверхностных вод.
Допустимая крутизна временных откосов выемок
В грунтах естественной влажности при отсутствии грунтовых вод и расположенных поблизости подземных сооружений разработка выемок с вертикальными стенками без их крепления может осуществляться на глубину не более: 1 м - в песчаных насыпях и гравийных грунтах; 1,25 м - в супесях; 1,5 м - в суглинках и глинах; 2 м - в особо плотных нескальных грунтах.При разработке грунтов естественной влажности крутизна откосов выемок (1:m), разрабатываемых без крепления на глубину 2 - 5 м, принимается по данным табл.1.
При глубине выемки более 5 м крутизна откосов устанавливается по расчету. Крутизну откосов выемок в глинистых переувлажненных дождевыми, снеговыми (талыми) водами грунтах следует уменьшить до угла естественного откоса a 0 , который для песка составляет обычно 30 - 35 супеси 35...40, суглинка и глины 40. За состоянием откосов выемок необходимо вести систематическое наблюдение, осматривая грунт перед началом работ.
Таблица 1
Допустимая крутизна откосов котлованов и траншей
| Грунт | При глубине выемки, м | |||||
| до 1,5 | до 3 | до 5 | ||||
| Угол откоса выемки, град | Крутизна откоса | Угол откоса выемки, град | Крутизна откоса | Угол откоса выемки, град | Крутизна откоса | |
| Насыпной естественной влажности | 76 | 1:0,25 | 45 | 1:1 | 38 | 1:1,25 |
| Песчаный и гравийный (насыщенный) | 63 | 1:0,5 | 45 | 1:1 | 45 | 1:1 |
| Глинистый | ||||||
| супесь | 76 | 1:0,25 | 56 | 1:0,67 | 50 | 1:0,85 |
| суглинок | 90 | 1:0 | 63 | 1:0,5 | - | 1:0,75 |
| глина | 90 | 1:0 | 76 | - | - | 1:0,5 |
| Лессовидный сухой | 90 | 1:0 | 63 | 1:0,5 | 63 | 1:0,5 |
Минимальное расстояние от поворачивающихся частей платформы (задней части платформы ковша) до автосамосвалов, находящихся на рабочем месте экскаватора, строений и столбов должно быть не менее d = 1 м (рис.3, а). Минимальное расстояние до откосов определяется по прямой линии, перпендикулярной откосам.
Рис.3. Определение минимально допустимого расстояния
а - между экскаватором и строениями; б - между экскаватором и отвалом
Минимальное расстояние D от оси хода экскаватора до подошвы откоса выемки или отвала (рис.3, б) зависит от радиуса вращения задней части платформы r, допустимого угла откоса отвала И, высоты части платформы h 3
Так, например, при крутизне откоса отвала от 1: 0,5 до 1: 1,2 величина D изменяется для экскаваторов:
Э-1252Б - 4,1...3,6 м; ЭО-4321А, ЭО-4123А-3,5...2,8 м; ЭО-4121А, ЭО-4121Б - 4…3 м; ЭО-5122А, ЭО-5123 - 4,1...3,1 м.
При разработке котлованов и выемок экскаваторами, оборудованными обратной лопатой или драглайном, необходимо правильно установить машину относительно верхней бровки откоса.
Минимальное расстояние от опор экскаватора до верхней бровки откоса выемки при условии соблюдения допустимого угла откоса o и глубине выемки до 5 м должно быть не менее d = 1 м. Если гусеницы установлены вдоль откоса (для боковой бровки откоса рабочего места), расстояние между бровкой откоса и гусеницей определяется согласно рис.4, а.
Рис.4. Определение минимально допустимого расстояния от верхней бровки откоса до опор экскаватора
а - гусеница экскаватора расположена параллельно откосу; б - то же, перпендикулярно откосу; в - отсчет расстояния от башмака
выносной опоры до бровки; г - схема отсчета для гусеничного экскаватора; д - то же, для пневматического экскаватора
Если же гусеницы установлены перпендикулярно откосу (для лобовой бровки откоса рабочего места), то отсчет не обходимого расстояния от опоры экскаватора до бровки откоса следует производить от точки F (рис.. 4, б) и оно составит d + 0,4t 0 = 110...115 см (t 0 - длина гусеничного звена). На экскаваторах, имеющих выносные опоры, расстояние от опоры до бровки откоса определяют согласно рис.4, в. При определении размеров боковых проходок наименьшее расстояние от опор экскаватора до верхней бровки откоса устанавливают согласно рис.4, г, д.
Бермы безопасности
При установке экскаватор близко к бровке откоса возникает опасность обрушения откоса, сползания или опрокидывания экскаватора. В связи с этим вдоль верхней бровки откоса оставляется предохранительная полоса, называемая бермой безопасности. Ширина бермы безопасности определяет минимальное расстояние для прохождения транспортных средств, землеройных и других машин от бровки откоса. Ее размер зависит в основном от высоты откоса и свойств грунтов (табл.2).Таблица 2
Величина берм безопасности, м
Доработка оснований выемок
В связи со сложной конфигурацией рабочего контура ковша (наличие зубьев, криволинейная форма) и кинематикой движения ковша в грунте невозможно точно выполнить заданные отметки дна или откоса выемки. Степень точности работы зависит от возможности изменения угла передней стенки ковша относительно поверхности грунта. При этом у гидравлических экскаваторов точность работы больше, чем у механических. В ряде случаев основания земляных сооружений (котлованы и траншеи под фундаменты, а также каналы, подлежащие облицовке) необходимо устранить без нарушения естественной структуры грунта.Доработку оснований и откосов выемок осуществляют специальными ковшами с козырьками, телескопическим оборудованием, оборудованием с автоматическим устройством контроля движения кромки ковша по заданной траектории. Для этих работ используют также бульдозеры и автогрейдеры.
Наибольшая производительность экскаватора достигается при соблюдении следующих условий: исправность экскаватора; своевременный технический уход за машиной; максимальное наполнение ковша; своевременная очистка ковша от налипающего и намерзающего грунта; рациональное использование времени на полезную работу ковша; сведение к минимуму затрат времени на выполнение вспомогательных операций (передвижку экскаватора, очистку ковша и т. п.).
Для наполнения ковша с наименьшими затратами времени режущие и рыхлящие органы его (зубья стандартных ковшей, сплошные режущие кромки ковшей полукруглой формы) затачивают; первоначальные размеры их восстанавливают своевременно по мере износа во время профилактического осмотра.
Регулировку подвески ковша экскаватора к канатам (драглайны) и крепление его к рукояти (прямая лопата) осуществляют в соответствии с видом грунта, с очертаниями забоя, обеспечивая оптимальный угол врезания котла в грунт. Для разработки легких грунтов (I и II групп) угол между осью рукояти и задней стенкой ковша должен быть 125, а плотных грунтов - 105°.
При работе экскаватора не следует допускать недогрузку или перегрузку транспортных средств, а так же неравномерную загрузку площади кузова. При наличии в забое негабаритных кусков свыше l (крупных валунов, разрыхленных кусков скальных и мерзлых грунтов и т.п.) их обычно отодвигают ковшом в сторону. Погрузка отдельных крупных кусков в порядке исключения может производиться при соблюдении специальных требований.
Экскаваторы с прямой лопатой
Применяют для разработки грунта, расположенного выше уровня стоянки экскаватора. Их используют в основном при разработке котлованов, разрезных и пионерных траншей (первых проходок), выемок при дорожном и гидротехническом строительстве, магистральных каналов, траншей для коллекторов и фундаментов зданий.При работе экскаватора с прямой лопатой применяют только транспортные схемы, поскольку малые линейные размеры экскаватора не могут обеспечить достаточного объема отвала для нормальной работы.
Грунт разрабатывают лобовыми и боковыми проходками (рис.5, а, б).
Рис.5. Разработка котлованов одноковшовыми экскаваторами
а - лобовая проходка прямой лопаты с односторонней погрузкой грунта в самосвалы; б - то же, с двухсторонней погрузкой; в - то же с зигзагообразным перемещением экскаватора; г - поперечно-торцевая проходка; д - боковая проходка; е - торцевая проходка обратной лопаты или драглайна при перемещении по прямой; ж - то же, с двумя проходами экскаватора; з - то же, при зигзагообразном перемещении экскаватора; и - поперечно-торцевая проходка; к - продольно-торцевая проходка
При выборе схемы разработки забоя гидравлическим экскаватором, оборудованным прямой лопатой, необходимо учитывать возможность копания двумя способами: интенсивным горизонтальным внедрением зубьев ковша в нижнюю, среднюю и даже в верхнюю часть забоя с последующим поворотом относительно рукояти (раздельное копание) или ступенчатым внедрением ковша в забой с небольшим поворотом его относительно рукояти (совмещенное копание).
Гидравлические экскаваторы, оборудованные пря мой лопатой, имеют следующие преимущества: увеличение мобильности и маневренности; увеличение усилий на зубья ковша; сокращение продолжительности рабочих циклов за счет уменьшения массы машины и интенсификации процесса копания; увеличение наполнения ковша, особенно в низких забоях; увеличение ряда рабочих параметров (радиуса копания на горизонте установки, глубины копания ниже уровня стоянки); облегчение извлечения из забоя и погрузки негабаритных кусков грунта; повышение эффективности раздельной выемки различных грунтов из забоя.
Наименьшая высота забоя, обеспечивающая наполнение ковша механического экскаватора грунтом "с шапкой", при разработке прямой лопатой зависит от вида (прочности) грунта и вместимости ковша экскаватора (табл.3).
Таблица 3
Наименьшая высота забоя, обеспечивающая наполнения ковша "с шапкой", м
| Группа грунта | Вместимость ковша, м | |||||
| 0,25 | 0,4 … 0,5 | 0,65 … 0,8 | 1 … 1,25 | 1,6 … 2,5 | ||
| I, II | 1,5 | 1,5 | 2,5 | 3 | 3 | |
| III | 2,5 | 2,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | |
| IV | 3 | 3,5 | 5,5 | 6 | 6 | |
При работе гидравлических экскаваторов наименьшая высота забоев (из условия наполнения ковша) должна составлять 2 - 3 высоты ковша экскаватора.
При разработке грунта прямой лопатой без применения взрывных работ наибольшую высоту забоев принимают равной максимальной высоте копания экскаватора.
Наибольшая высота забоя у экскаваторов, оборудованных прямой лопатой с механическим приводом при угле наклона стрелы к горизонту 45...60° при вместимости ковша 0,25 ... 2,5 м 3 составит 4,8 ... 10,8 м.
При разработке связных грунтов универсальными гидравлическими экскаваторами, оборудованных прямой лопатой, максимальная высота забоев должна приниматься примерно на 30 % меньше наибольшей кинематической высоты копания Н к указанной в технической характеристике:
Н max Это обстоятельство объясняется тем, что фактическая высота копания (в контакте с забоем) на 25...35 % меньше Н к
При разработке взорванных полускальных и скальных грунтов и пород экскаваторами типа "прямая лопата" высота забоя зависит от свойств грунтов и размеров экскаваторов. Минимальная высота забоя определяется из условия наполнения ковша за один цикл, но не должна быть менее двойной-тройной высоты ковша. Наибольшая высота определяется физико-механическими свойствами взорванной массы (сыпучая, связносыпучая и связная) и условиями безопасности работ.
Проведенными исследованиями процесса копания и оборудования взорванных пород карьерными и строительными экскаваторами типа прямая лопата" установлено, что максимальная высота забоя определяется: свойствами взорванной массы (коэффициентом разрыхления К p средним размером куска d ср и наличием глинистых включений); характером и параметрами процесса обрушения взорванных грунтов при подработке забоя (объемом, частотой и длительностью обрушения, глубиной развала пород по подошве забоя и т.д.); типом и рабочими параметрами экскаватора.
В связных взорванных грунтах (коэффициент раз рыхления К p = 1,1 . . . 1,2), для которых характерны обрушения "одной волной", высота забоя может лишь незначительно превышать максимальную высоту копания механического экскаватора - до 10...15 %, а при наличии негабаритных кусков не должна превышать ее. При хорошем качестве дробления породы (К p = 1,3 . . . 1,5; d ср У гидравлических экскаваторов, оборудованных прямой лопатой, максимальная высота забоя для сыпучих и связносыпучих взорванных грунтов может превышать максимальную кинематическую высоту копания экскаватора не более 10 %. Это обстоятельство связано с меньшим значением фактической высоты копания (в контакте с забоем) по сравнению с величиной Н k .
При разработке грунта прямой лопатой с предварительным рыхлением взрывным или механическим способом (мерзлых грунтов, конгломератов и т. п.) ширина зоны рыхления во избежание нависания козырь ков над забоем должна быть шире проходок не менее чем на 1 м.
Вдоль бровок откосов забоев, разрабатываемых прямой лопатой, удаляют все крупные камни, пни и другие предметы во избежание падения их в забой.
При сооружении глубоких выемок в гидротехническом и дорожном строительстве проектная глубина выемок может значительно превышать технологические возможности экскаватора. В этом случае глубокие выемки разбивают на уступы и ярусы, высота которой должна соответствовать технологическим нормам. Верхняя часть выемки может разрабатываться затем скреперами, а оставшаяся часть выемки разбивается на ярусы и разрабатывается прямыми лопатами. Оставшаяся часть грунта и откосов может дорабатываться драглайном.
Для экскаваторов, оборудованных прямой и обратной лопатой, параметры выгрузки ковша определяются высотой выгрузки и ее радиусом, указываемых в характеристиках экскаваторов.
Высота выгрузки ковша в самосвалы определяется расстоянием от уровня стоянки экскаватора (самосвала) до нижней части ковша (при открытом днище). Ковш экскаватора над кузовом самосвала должен располагаться так, чтобы весь грунт свободно высыпался из него, равномерно в кузов самосвала, полностью используя полезный объем кузова. При повороте ковша он не должен задевать кузов и находящийся в нем грунт. Размеры кузова самосвала обеспечивают возможность перевозки грунтов различной плотности. При перевозке легких грунтов объем кузова используется полностью, а при перевозке скальных - частично (рис.6). Высшая точка насыпи грунта в кузове не должна превышать его борт более чем 0,3 м.
Рис.6. Определение погрузочной высоты экскаватора
а - ковш с откидывающимся днищем; б - поворачивающийся ковш
Необходимое превышение нижней точки ковша при его выгрузке над кузовом самосвала при достаточно высокой квалификации машиниста должно быть 0,1 м. Наименьшая высота выгрузки в транспорт определяется выражением
H p = H k + (дельта)H = H k + 0,1
H k - высота борта самосвала от уровня стоянки; (дельта)H - превышение ковша экскаватора в момент разгрузки над бортом самосвала.
Для равномерного распределения грунта в кузове самосвала ковш экскаватора с открывающимся днищем должен располагаться по центру кузова, а расстояние поворачивающегося ковша от борта кузова составлять 0,3 В a , где В a - ширина кузова. Для удобства выгрузки и уменьшения просыпания широкий ковш (погрузчика) следует подавать на разгрузку с боковой стороны кузова.
Экскаваторы с обратной лопатой применяют для разработки грунта по транспортным и бестранспортным схемам, при расположении экскаватора на верху разрабатываемой площадки. Работа ведется лобовыми и боковыми проходками, смещая ось рабочего хода экскаватора в сторону подхода транспортных средств.
При работе закрытой и открытой боковой проходкой параметры разрабатываемого сооружения будут различными. Так, при выполнении закрытой боковой проходки крутизна обоих откосов выемки может быть одинаковой или разной. Во втором случае глубина разработки может быть увеличена в 1,6 раза. При разработке выемки открытой боковой проходкой глубина может быть увеличена еще на 20 %, но при этом возможный объем отвала и расстояние между отвалом и выемкой уменьшаются почти в 10 раз, что вызывает необходимость грузить грунт в транспорт.
При наличии больших неровно поверхность проходки при разработке грунта обратной лопатой (в пределах ширины пути передвижения экскаватора) предварительно разравнивают бульдозером или автогрейдером. Наименьшую глубину забоя определяют и условия наполнения ковша "с шапкой", а наибольшие размеры проходок - по параметрам обратных лопат, указанным в паспорте.
Драглайны
Драглайны применяются для разработки грунта ниже уровня стоянки экскаватора лобовыми (рис.7, а) или боковыми (рис.7, б) проходками в отвал или транспортные средства. Преимуществом драглайна по сравнению с обратной лопатой являются большие радиус действия и глубина копания. Особенно эффективно разрабатывать драглайном мягкие и плотные грунты I-III групп, в том числе обводненные и со слабой несущей способностью.
Рис.7. Схемы работы драглайна
а - лобовая проходка; б - боковая проходка
Автотранспорт в зависимости от условий работы может располагаться по верху разработки (см.рис.7, а) или по подошве забоя (см.рис.7, б).
В последней схеме обеспечивается меньший угол поворота экскаватора при выгрузке, но при большой водонасыщенности грунтов могут быть созданы недостаточно благоприятные условия для передвижения автотранспорта по подошве котлована.
При работе в отвал (навымет) угол поворота стрелы принимают: при сооружении выемок дорог - 90 ... 120°; при возведении насыпных сооружений - не свыше 90°.
При погрузке грунта в транспортные средства, находящиеся на уровне стоянки экскаватора, угол поворота экскаватора принимают 70 ... 180°; максимальную глубину разработки - в пределах указанных в табл.4.
Таблица 4
Максимальная глубина разработки грунтов при различных параметрах драглайнов
| Вместимость ковша, м 3 | Длина стрелы, м | Глубина разработки, м, при проходке | |
| боковой | лобовой | ||
| 0,4 … 0,5 | 10 | 4,4 … 3,8 | 7,3 … 5 |
| - | 13 | 6,6 … 5,9 | 10 … 7,8 |
| 0,65 … 0,8 | 11 | 3,5 … 2,5 | 7,5 … 6,5 |
| 6 … 4,5 | 10 … 9,5 | ||
| 1 … 1,25 | 13 | 5,8 … 4,9 | 9,5 … 7,4 |
| - | 16 | 8 … 7,1 | 12,2 … 9,6 |
| 1,6 … 2,5 | 15 | 7,4 … 6,5 | 12 … 9,6 |
| 20 | 10,7 … 9,4 | 16,3 … 13,1 | |
| 25 | 14 … 12,5 | 20,6 … 16,6 | |
Примечание. Углы наклона стрелы к горизонту 30 … 45°.
Во всех случаях, когда состояние грунта и размеры подошвы проходки драглайна позволяют подавать автосамосвалы по дну проходки, применяют поперечно-челночный или продольно-челночный способ погрузки (рис.8). При поперечно-челночном способе углы поворота экскаватора не превышают 15°, сокращается время на разгрузку ковша и на реверсирование поворотного движения после его разгрузки.
Рис.8. Схема разработки забоя драглайном
а - поперечно-челночная; б, в - продольно-челночная; 1 - самосвал; 2 - опускание ковша и набор грунта; 3 - окончание набора и подъем ковша; 4 - разгрузка ковша
При продольно-челночном способе грунт набирают перед задней стенкой кузова самосвала и, подняв ковш, разгружают его над кузовом. В этом случае поворотные движения экскаватора практически отсутствуют.
При челночных способах погрузки грунта ширина проходки и глубина забоя не влияют на производительность экскаватора, а высота подъёма ковша определяется не высотой забоя, а высотой погрузки самосвала.
Ковш экскаватора выводят из забоя немедленно после его заполнения. При этом во избежание высыпания грунта из ковша во время поворота экскаватора к месту выгрузки передняя (режущая) часть ковша должна быть несколько выше задней. Поворот экскаватора совмещают с подъемом ковша на высоту разгрузки, поворот от места разгрузки к забою - с опусканием ковша до уровня врезания его в грунт.
В связи с тем, что по конструктивным условиям ковш драглайна имеет ограниченные возможности врезания в грунт, следует обращать особое внимание на качество подготовки забоя взрывным и механическим способом.
Наибольшая и рекомендуемая ширина лобовой проходки при работе драглайна зависит от длины и угла наклона стрелы, величины передвижки и угла поворота. Наибольшая производительность драглайна достигается при средних углах поворота в забое 70 90°. Поэтому рекомендуемая ширина проходки обычно составляет 70...80 % максимальной.
Техника безопасности
При работе на экскаваторах следует руководствоваться СНиП "Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования", а также правилами, изложенными в инструкции по эксплуатации экскаватора: В забое экскаватор необходимо устанавливать на ровной спланированной площадке. Работа на уклонах не разрешается.При работе прямой лопатой в высоком забое необходимо удалять находящиёся сверху козырьки и крупные камни, поскольку при осыпании грунта они могут повредить экскаватор и стать причиной несчастного случая.
Запрещается нахождение людей и производство каких-либо других работ в зоне действия экскаватора; путь передвижения экскаватора в предёлах строительной площадки должен быть заранее спланирован, а на слабых грунтах усилен инвентарными щитами.
Производство земляных работ в зоне расположения подземных коммуникаций (газопроводов, электрокабелей и др.) допускается только с письменного разрешения организации, ответственной за эксплуатацию этих коммуникаций. К разрешению должен быть приложен план (схема) с указанием расположения и глубины заложения коммуникаций. До начала работ необходимо установить знаки, указывающие место рас положения подземных коммуникаций.
При приближении к подземным коммуникациям земляные работы должны производиться под наблюдением прораба или мастера, а в непосредственной близости от газопровода и кабелей, находящихся под напряжением, кроме того, под наблюдением работников газового хозяйства и электрохозяйства.
Разработка грунта в непосредственной близости от действующих подземных коммуникаций допускается только вручную лопатами; использовать ломы, кирки и пневмомашины запрещается.
Погрузка грунта в самосвалы экскаватором должна производиться со стороны заднего или бокового бока самосвала. Нахождение людей во время погрузки между экскаватором и транспортным средством запрещается.
Во время перерывов в работе ковш экскаватора должен быть опущен на землю. После окончания работы машинист экскаватора обязан не только прочно установить ковш, но и затормозить экскаватор.
В пределах призмы обрушения запрещаются складирование материалов, движение и установка строительных машин и транспорта, а также установка столбов линий связи.
Производство работ в траншеях и котлованах, подвергающихся увлажнению после их полного или частичного отрытия, допускается в том случае, если будут приняты меры предосторожности против обрушения грунта. Для этого прорабу или мастеру необходимо тщательно осмотреть состояние откосов перед началом работы каждой смены; необходимо обрушить грунт в местах обнаружения нависей и трещин у бровок и на откосах; временно прекратить работы до высыхания грунта; уменьшить крутизну откосов на участке, где производство работ является неотложным.
Выбор транспортных средств
Выбор транспортных средств производится с учетом следующих требований:технологические параметры самосвала (высота борта кузова и его размеры) должны соответствовать параметрам экскаватора;
вместимость кузова самосвала должна обеспечивать погрузку не менее трех ковшей грунта (обычно 3-6 ковшей).
В зависимости от плотности в кузове самосвала помещается различный объем грунта, в свою очередь объем грунта в ковше экскаватора также зависит от плотности грунта и наполнения ковша (табл.5).
Таблица 5
Коэффициент наполнения ковша К н
Экскаваторы-планировщики
Экскаваторы-планировщики имеют телескопическое оборудование, которое применяется на универсальных экскаваторах как сменное оборудование (например, экскаватор ЭО-3322), а на некоторых специальных экскаваторах оно является единственным видом оборудования.Телескопическое оборудование выпускается на экскаваторах 3-й размерной группы и имёет нормальные и удлиненные стрелы. Оно предназначено в основном для производства зачистных работ на откосах насыпей и выемок. Его основные параметры выбирают из условия возможности движения ковша без одновременного поворота стрелы, чем достигается большая точность и простота работы.
Общая глубина (высота) планируемой поверхности зависит от крутизны откоса. Если длина откоса больше рабочих параметров экскаватора, откос делят на зоны, длина которых равна величине хода выдвижной части стрелы (рис.9, а). Планировку откосов можно производить снизу-вверх или сверху-вниз. Экскаваторы с телескопической стрелой применяют также при планировке площадей (рис.9, б), при работе в стесненных условиях, например в местах пересечения траншей с уложенными ранее коммуникациями (рис.9, в), в этом случае телескопическим оборудованием производится разработка грунта выше и ниже трубопровода. Это же оборудование применяют при разработке грунта в непосредственной близости от строений (рис.9, г), при погрузке грунта в самосвалы или отвал. Размеры стесненных мест составляют по высоте 4,5...5 м, по ширине 8.. м. Глубина разработки 2,5…3 м.
Рис.9. Возможные схемы работы экскаватора с телескопическим оборудованием
а - планировка откосов; б - планировка основания; в - расчистка пространства около трубопровода; г - разработка приямка у стен закрытого помещения; д - разработка траншей с вертикальными стенками и щитами; е - разработка траншеи с откосами
Телескопическое оборудование применяют также при разработке узких траншей с вертикальными стенками с креплением щитами и распорками. Для работы телескопического оборудования требуется места в 3... 4 раза меньше, чем для обратной лопаты. Этим обеспечивается более быстрая установка щитов и уменьшается опасность обрушения незащищенных откосов (рис.9, д). Телескопическим оборудованием можно также разрабатывать котлованы и траншеи лобовыми (рис.9, е) и боковыми проходками.
Экскаваторы непрерывного действия
Роторные (ЭТР) и цепные (ЭТЦ) траншейные экскаваторы обеспечивают разработку траншей и каналов глубиной 2...3 м, шириной понизу 2...3 м с крутизной откосов 1:1 и 1:1,5.В зависимости от грунтовых условий и глубины траншеи разрабатывают с вертикальными стенками или откосами. Разработка траншей с вертикальными стенками роторными и цепными экскаваторами в связных грунтах (суглинках, глинах) для укладки трубопроводов плетями на глубину не более 3 м допускается без креплений. В местах, где спускают рабочих в траншею для выполнения работ, устраивают на нее обходимых расстояниях откосы и крепления.
До начала работы экскаватора поверхность земли по трассе траншеи обычно планируют бульдозером. Рытье траншеи, как правило, начинают со стороны низких отметок продольного профиля и ведут навстречу уклону для стока поверхностных и грунтовых вод.
Длинные траншеи можно разрабатывать одновременно несколькими роторными и цепными экскаваторами. Каждому экскаватору выделяется участок длиной 1...5 км в зависимости от условий строительства.
Если параметры рабочего органа ЭТР или ЭТЦ не позволяют разработать траншею до проектной глубины, то применяют совместную работу экскаватора с бульдозером.
По первой схеме (рис.10, а) вначале бульдозерами или скреперами отрывают выемку шириной 3,5...3,6 м, планируют дно этой выемки и затем углубляют до проектной отметки роторным экскаватором. Максимальная глубина траншеи в этом случае составит 4 м (2+2), причем около 70 % грунта разрабатывается менее производительными машинами (бульдозерами или скреперами).
Рис.10. Схемы разработки глубоких траншей роторными экскаваторами и бульдозерами
а - последовательная; б - параллельная; в - комбинированная; 1 - разработка бульдозером; 2 - разработка роторным экскаватором
По второй схеме (рис.10, б) пионерную выемку разрабатывают в два этапа: вначале отрывают траншею роторным экскаватором, а затем выемку уширяют до необходимых размеров. При этой схеме объем грунта, разрабатываемый бульдозерами, составляет до 50%.
По третьей схеме (рис.10, в) выемку разрабатывают двумя проходами экскаватора, которым выполняются две параллельно расположенные траншеи. Оставшийся целик грунта разрабатывают косопоперечными проходками бульдозера, при этом срезают и выполаживают откос выемки со стороны отвала, куда бульдозер транспортирует грунт. При этой схеме бульдозером дорабатывается менее 50 % общего объема грунта.
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
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 |
Свыше 20000 |
||||
|
Вместимость ковша q, м | |||||
|
передвижки |
При заданном сроке выполнения работ подбирают машину, способную выполнить работу в срок, по производительности
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:
При работе экскаватора с погрузкой грунта в транспортные средства число требующихся самосвалов:
Т , Т , Т - продолжительность соответственно погрузки, разгрузки, маневров самосвала;
L - расстояние перевозки;
V - средняя скорость движения автомашины (в городеV= 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
,
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
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 1,5R0 ) 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.
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
2 слайд
Описание слайда:
Разработка и выемка грунта Производство земляных работ одноковшовыми экскаваторами складывается из четырех основных рабочих процессов: разработка и выемка грунта; перемещение его к месту укладки; укладка грунта в насыпь или отвал; отделка земляного сооружения, т.е. доведение выемки и насыпи до проектного профиля.
3 слайд
Описание слайда:
Разработка и выемка грунта Одноковшовыми экскаваторами грунт в забое разрабатывают несколькими проходками. Параметры проходок и забоев должны обеспечивать возможность работы экскаватора с наименьшими затратами времени на выполнение рабочего цикла экскавации
4 слайд
Описание слайда:
Циклы экскавации копание поворот платформы с груженым ковшом разгрузка ковша поворот платформы в забой опускание ковша в положение резания
5 слайд
Описание слайда:
Продолжительность цикла экскавации - один из основных факторов, влияющих на производительность экскаватора. Особое значение имеют операции поворота платформы, занимающие до 60 % продолжительности цикла.
6 слайд
Описание слайда:
Сокращение времени на выполнение рабочего цикла экскавации: ширина проходок должна обеспечивать работу экскаватора при среднем значении углов поворота в пределах 70°; глубина (высота) забоев должна быть не менее длины стружки грунта, необходимой для заполнения ковша; длина проходок должна обеспечивать наименьшее число вводов экскаватора в забой и выводов из забоя; радиус копания должен быть в пределах 0,7 - 0,9 наибольшего радиуса копания для данного типа экскаватора; копание грунта производят при полной мощности двигателя; по возможности максимально совмещают рабочие операции; при разработке грунтов I - III категорий применяют ковши увеличенной вместимости.
7 слайд
Описание слайда:
Категории грунта I категория - песчаные, супесчаные, растительный грунт и торф; II категория - суглинистые, гравий размером до 15 мм; III категория - жирная глина, тяжелый суглинок, крупный гравий; IV категория - ломовая глина, суглинок со щебнем. Чем выше категория грунта, тем труднее его разработка.
8 слайд
Описание слайда:
Использование прямой лопаты При использовании прямой лопаты грунт разрабатывают выше уровня стоянки экскаватора лобовой или боковой проходкой (рис. 7.2). При лобовой проходке малой ширины экскаватор перемещается по центру, а при большой - зигзагообразно. Мягкие грунты разрабатывают так, чтобы каждое последующее копание перекрывало предыдущее; твердые грунты - в шахматном порядке; глубокие выемки - уступами, при этом сначала разрабатывают пионерную траншею лобовым или расширенным забоем, а затем - боковыми забоями. Подошва каждого уступа должна иметь уклон в сторону разработки для отвода ливневых вод. Прямой лопатой с поворотным ковшом ковш заполняют движением, близким к прямолинейному, с последующим поворотом его «на себя». Разработку забоя или погрузку сыпучих материалов осуществляют с верхней части забоя. Поворотом рукояти и ковша или только поворотом ковша наполняют его, поворачивают «на себя», поднимают стрелу, выводят ковш из забоя, поворачивают платформу на выгрузку и разгружают ковш.
9 слайд
Описание слайда:
Разработка забоя экскаватором, оборудованным прямой лопатой: а - лобовая проходка с укладкой грунта на обе стороны забоя; б - лобовая проходка с двусторонней погрузкой грунта в транспортные средства, перемещающиеся по верху забоя; в - широкая разработка с погрузкой грунта в транспортные средства, перемещающиеся по подошве забоя; г - боковая проходка с погрузкой грунта в транспортные средства
10 слайд
Описание слайда:
Использование обратной лопаты При использовании обратной лопаты грунт разрабатывают в основном ниже уровня стоянки экскаватора лобовой проходной (рис. 7.3), а при очистке каналов, зачистке откосов котлованов - боковой. При разработке широких котлованов грунт разрабатывают лобовой проходкой, при этом экскаватор перемещают зигзагообразно или параллельно. Размеры проходок зависят от параметров обратной лопаты. Наполняют ковш поворотом ковша «к себе» или поворотом рукояти «к себе» с последующим поворотом ковша. Толщину резания грунта регулируют подъемом или опусканием стрелы. Заполненный ковш поднимают из забоя, поднимая стрелу и поворачивая рукоять «от себя». После вывода ковша из забоя поворачивают платформу в сторону разгрузки. Разгружают ковш поворотом его «от себя».
11 слайд
Описание слайда:
При погрузке грунта в транспортные средства ширина проходки составляет 1,2 -1,3 наибольшего радиуса копания, при отсыпке в отвал 0,5 - 0,8 этого же радиуса, причем ось рабочего перемещения экскаватора смещают в сторону подхода транспортных средств. Экскаватор и транспортные средства во время разгрузки ковша устанавливают так, чтобы угол между осью экскаватора и осью транспортного средства был не более 40°, а угол поворота экскаватора для большей производительности - не более 70°. Для вывоза грунта из забоя применяют самосвалы.
12 слайд
Описание слайда:
Разработка забоя экскаватором, оборудованным обратной лопатой: а - лобовая проходка с погрузкой грунта в транспортные средства; б - лобовая проходка с укладкой грунта в отвал
13 слайд
Описание слайда:
Погрузка грунта в транспортные средства Площадка должна быть подготовлена: выровнена уплотнена иметь уклон не более 5° Транспортное средство (автомобиль) под погрузку подъезжает только по сигналу машиниста экскаватора, автомобиль должен быть надежно заторможен, водитель обязан покинуть его и отойти на безопасное расстояние, остальные транспортные средства не должны находиться в опасной зоне. Расстояние от бровки откоса до ближайшей опоры экскаватора, а также от стенки забоя до задней поворотной части экскаватора - не менее 1 м. Ни экскаватор, ни транспортное средство не должны находиться в призме обрушения грунта. Перед выполнением рабочей операции или перед движением задним ходом машинист экскаватора должен подать звуковой сигнал для предупреждения окружающих об опасности. Нельзя допускать резких торможений поворотной платформы.
14 слайд
Описание слайда:
Погрузка грунта на транспортное средство Погрузка грунта в транспортное средство осуществляется через боковой или задний борт (перемещение груза над кабиной запрещено). Ковш следует перемещать плавно, не касаясь кузова и грунта, находящегося в нем. Загрузку нужно производить равномерно по всему кузову, не допуская перегрузки заднего моста. Запрещается разравнивать и уплотнять грунт в кузове ковшом. Уровень грунта в кузове по краям - ниже верхней кромки борта на 100... 150 мм во избежание высыпания при транспортировании.
15 слайд
Описание слайда:
Погрузка камней на транспортные средства При погрузке крупных камней, пней вначале на дно засыпают мелкий материал, а на него крупный, максимально опустив ковш к месту разгрузки. Ковш всегда должен находиться в поле видимости машиниста экскаватора. Оптимальное соотношение объема ковша экскаватора и кузова транспортного средства 3 - 7, т.е. в кузове должно помещаться 3 - 7 ковшей.
16 слайд
Описание слайда:
Разработка канав, траншей и котлованов При разработке крупных котлованов, выемок для дорог и каналов, карьеров и др., когда грунт транспортируют на расстояния, превышающие возможности рабочего оборудования экскаваторов, применяют транспортные машины, которые подбирают с учетом вместимости ковша экскаватора. Зона выполнения работ должна быть подготовлена: выровнена снят плодородный слой удалены крупные пни валуны.
17 слайд
Описание слайда:
Расположение экскватора Экскаватор всегда должен находиться дальше от края откоса, экскаватор следует располагать перпендикулярно бровке. Расстояние от откоса зависит от глубины котлована и типа грунта. Чем больше глубина и менее плотный грунт, тем дальше должен быть расположен экскаватор. Расстояние от основания откоса до ближайшей точки опоры экскаватора - не менее 1 м или больше глубины выемки на 1 м. Допускается выполнять разработку выемок с вертикальными стенками без крепления выше уровня грунтовых вод: в песчаных и гравийных грунтах - не более 1 м; в супесях - не более 1,25 м; в суглинках и глинах - не более 1,5 м; с откосами без крепления - до 5 м; чем больше глубина, тем меньше должна быть крутизна откоса. При работе необходимо следить за призмой обрушения, чтобы избежать сползания или опрокидывания экскаватора.
Разработка котлована экскаватором позволяет существенно сократить сроки строительства и повысить производительность труда.
Состав статьи:
◊ Разработка грунта экскаватором с обратной лопатой;
◊ Разработка грунта экскаватором -драглайн;
◊ Разработка грунтаа экскаватором-грейфер;
◊ Разработка грунта экскаваторами непрерывного действия
Для разработки котлованов, траншей и других земляных сооружений используют экскаваторы с обратной лопатой, экскаваторы-драглайн, экскаваторы -грейферы, и экскаваторы непрерывного действия.
◊ Разработка грунта экскаватором -драглайн
Экскаватор -драглайн применяют для разработки грунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора (для рытья глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработки грунта из-под воды и т.п), а также для отделочных земляных работ при планировке площадей и зачистке откосов.Преимущество драглайна-большие радиусы действия (до 10 м) и глубина копания (до 12 м).
Рисунок-1.Экскаватор -драглайн
Особенно эффективно разрабатывать драглайном мягкие и плотные грунты, в том числе обводненные. Разработку грунта драглайном осуществляют лобовыми и боковыми проходками аналогично экскаватору с обратной лопатой(смотри ниже). Драглайн обычно передвигается между очередными стоянками на 1/5 длины стрелы.
Так как ковш драглайна гибко подвешен, эффективными являются челночные способы работы -поперечно-челночный и продольно-челночный (смотри рис-2). При поперечно-челночном способе автосамосвал по дну выемки подходит к месту загрузки и загружается попеременным черанием ковша по обе стороны от кузова.
Рисунок-2. Разработки забоев драглайном
а-бокового забоя поперечно-челночным способом; б-лобового забоя продольно-челночным способом;1-окончание набора и подъем ковша; 2-опускание ковша и набор грунта; 3-разгрузка ковша; 4-автосамосвал
При продольно-челночном способе грунт набирают перед задней стенкой кузова автосамосвалами и, подняв ковш, разгружают его над кузовом.Угол поворота экскаватора при погрузке по продольно-челночной схеме приближается к 0°, а при поперечно-челночной -к 15…20°. При этом продолжительность разгрузки уменьшается за счет того, что ковш опорожняется без прекращения поворотного движения экскаватора экскаватора в момент проноса ковша над кузовом машины. Благодаря этому общая продолжительность рабочего цикла экскаватора Тц снижается на 20…26%.
◊ Разработка грунта экскаватором с обратной лопатой
Экскаватор с обратной лопатой(рис-3) используют при разработке грунтов, которые находятся ниже уровня стоянки экскаватора, и преимущественно при рытье небольших котлованов и траншей. Поярусная разработка выемки при этом виде оборудования, как правило, не практикуется.Разработку грунта ведет ниже уровня стоянки экскаватора лобовым или боковыми забоями(рис-4), с погрузкой грунта в транспортные средства или укладкой в отвал.
Рисунок-3. Экскаватор с обратной лопатой
При наличии больших неровностей поверхность проходки (в пределах ширины передвижения экскаватора) предварительно разравнивают бульдозером или автогрейдером. 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). Ширина проходки В зависит от наибольшего радиуса В=1,2…1,5 R0 при погрузке в транспорт и B=0,5…0,8R0 при укладке в отвал.
Рисунок-4. Экскаваторные проходки с рабочим оборудованием «обратная лопата» и «драглайн»
а-лобовая; б-уширенная лобовая; в-поперечно-торцевая; г-боковая;d-две лобовые;I и II -последовательность проходок; 1-экскаватор; 2-автосамосвал.
Отрывку котлована шириной 12…14 м обычно осуществляют лобовой проходкой при перемещении экскаватора по зигзагу, а при большей ширине-поперечно-торцевой.
Разработка грунта экскаватором-грейфер
Экскаватор -грейфер применяют для рытья колодцев, узких глубоких котлованов, траншей и подобных сооружений, особенно в условиях разработки грунтов ниже уровня грунтовых вод.Этими машинами отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, с оставлением так называемого «недобора».
Рисунок-5. Экскаватор-грейфер
Слой недобора (5…10 см) оставляют для того, чтобы избежать повреждения основания и не допускать переборов грунта.Для повышения эффективности работы экскаваторов применяют скребковый нож, насаженный на ковш экскаватора. Это приспособление позволяет механизировать операцию по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с точностью до ±2 см, что исключает необходимость ручных доработок. Для разработки недобора грунта применяют также бульдозер.
Бульдозер перемещает грунт к нижней бровке котлована челночным способом при рабочем ходе в одном направлении и оставляет защитный слой толщиной 4…5 см, который зачищается в ручную перед устройством фундаментов.Толщина стружки грунта, срезаемого бульдозером за один проход, не превышает 5-6 см.
Число проходов бульдозера устанавливается по месту (смотри рисунок-6).Для планировки откосов используют экскаваторы, оборудованные ковшом вместимостью от 0,5 м³ и выше, и стрелой на которую можно навешивать специальный ковш -планировщик с плоским дном, упряжное устройство которого аналогично устройству ковша драглайна.
Рисунок-6. Разработка недобора грунта бульдозером
Экскаватор, устанавливаемый на бровке откоса и перемещающийся вдоль бровки, выполняет те же операции, что и драглайн. Срезаемый при этом грунт отбрасывают в кавальер или грузят в транспортные средства.
Производительность одноковшовых экскаваторов.
Эксплуатационную сменную производительность Па (м³/смен) экскаваторов (по объему грунта в плотном состоянии) определяют по формуле:
Пэ=60Тсм·q·nц·Кс·Кв,
где Тсм-продолжительность смены,ч;q- геометрический объем ковша; nц=60/Тц-число циклов в 1 мин; Тц-продолжительность цикла, мин;Кс=Кн/Кр-коэффициент использования объема (отношение объема грунта в ковше в пересчете на плотное состояние к геометрической вместимости ковша); Кн-коэффициент наполнения ковша разрыхленным грунтом; Кв-коэффициент использования экскаватора по времени в смену.
Коэффициенты Кс и Кв зависят от вида рабочего оборудования, группы грунта, объема ковша и вида работ (ЕНиР, сб.2,1980 г., вып. 1).
◊ Разработка грунта экскаваторами непрерывного действия
Из этих машин в строительстве наиболее распространены экскаваторы продольного копания, которые применяют для разработки траншей.рабочий орган этих экскаваторов -ковшевая цепь или ковшевой ротор.Экскаваторы с ковшевой цепью обеспечивают разработку траншей глубиной до 3,5 м в основном с вертикальными стенками, а роторные -глубиной до 2,5 м, преимущественно с откосами (рис-7).
Рисунок-7. Работа многоковшовых экскаваторов
а-экскаватор с ковшовой цепью; б-роторный экскаватор; в, г, d-профили траншей, разрабатываемых многоковшовыми экскаваторами; 1-базовая машина;2- система управления положения рабочего органа; 3-ковшовая цепь; 4-ковшовый ротор; 5-конвейер
В последнем случае на ковши ротора устанавливают откосники.Ковши наполняются грунтом при движении их вверх по наклонной или криволинейной поверхности разрабатываемой выемки. Опорожняются ковши в момент достижения ими наивысшей точки их траектории, где они опрокидываются. Высыпающийся из них грунт попадает на ленточный конвейер, доставляющий его на погрузку в транспортные средства или в отвал. Разработку грунта экскаваторами непрерывного действия осуществляют по следующей технологии:
До начала работы экскаватора поверхность земли по трассе траншеи планируют бульдозером.ширина спланированной полосы должна быть не менее ширины гусеничного хода экскаватора. После планировочных работ и разбивки оси траншеи рытье траншеи, как правило, начинают со стороны низких отметок продольного профиля и ведут навстречу уклону.
При этом отвалы грунта, вынутого из траншеи, следует размещать с одной стороны выемки(преимущественно с нагорной) для защиты вырытой траншеи от стока поверхностных вод и выполнения последующих монтажных работ. Заданный продольный уклон траншей и глубину разработки грунта регулируют подъемом или опусканием рабочего органа экскаватора. В зависимости от физических свойств грунта и глубины копания разработка осуществляется на разных скоростях движения.
***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!К атегория:
Машины для земляных работ
Машины для земляных работ
Машины для земляных работ в гражданском строительстве используют при рыхлении плотных, скальных и мерзлых грунтов, планировании строительных площадок, подготовке оснований под дороги и проезды, разработке котлованов под фундаменты зданий и сооружений, рытье траншей открытым способом при прокладке городских коммуникаций и строительстве подземных сооружений, копании ям и приямков, зачистке дна и откосов земляных сооружений, обратной засыпке котлованов и траншей после возведения фундаментов и укладки коммуникаций, уплотнении грунтов и т. п.
Машины осуществляют разработку грунтов тремя основными способами:
механическим, при котором грунт отделяется от массива пассивными и приводными (активными) режущими органами - ножами, зубьями, скребками, клиньями, резцами, фрезами и т. п.;
гидромеханическим, при котором грунт разрушается в открытом забое направленной с помощью гидромонитора струей воды под давлением до 6 МПа или всасыванием предварительно разрушенного (гидромонитором или фрезой) грунта со дна реки или водоема грунтовым насосом-землесосом;
взрывным, при котором разрушение грунта (породы) происходит под давлением расширяющихся продуктов сгорания (газов), взрывчатых веществ.
Иногда применяют комбинированные способы разработки грунтов, например взрывной (предварительное рыхление) в сочетании с механическим (последующая разработка землеройной машиной с ножевым или ковшовым рабочим органом).
В настоящее время около 95% земляных работ в строительстве осуществляется механическим способом .
При выполнении земляных работ используют широкую номенклатуру различных по назначению, конструкции и принципу действия машин, которые разделяются на: – машины для подготовительных работ; – землеройно-транспортные; – экскаваторы; – бурильные; – для бестраншейной прокладки коммуникаций; – для гидромеханической разработки грунта; – для уплотнения грунтов.
Различают землеройные машины - одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, землеройно-транспортные машины - бульдозеры, скреперы, грейдеры, грейдер-элеваторы; машины для уплотнения грунта, работающие по принципу укатывания, трамбования и вибрационного действия, - катки, трамбовки, вибрационные машины.
Землеройные машины
Одноковшовые экскаваторы копают грунт и перемещают его движением ковша. Усилие к ковшу передается от двигателя через трансмиссию. Сам экскаватор при этом остается на месте (одноковшовый экскаватор) или медленно передвигается (многоковшовый экскаватор-канавокопатель).
Экскаваторы перемещают грунт на небольшие расстояния (только на длину рабочего органа). Их используют для копания грунта и отгрузки его тут же в отвал или для копания и погрузки грунта в транспортные средства при перевозке на большие расстояния.
Многоковшовые экскаваторы (рис. 10) разделяются на траншейные экскаваторы с цепным и роторным рабочим органом. Имеются также экскаваторы поперечного копания с цепным рабочие органом и роторные экскаваторы, предназначенные для вскрышных и добычных работ при открытой разработке полезных ископаемых и для выполнения других видов земляных работ.
Одноковшовый экскаватор - наиболее распространенная и универсальная землеройная машина. Она состоит из ходового оборудования, поворотной платформы, рабочего оборудования. На поворотной платформе устанавливают один или несколько двигателей.
Ходовое оборудование одноковшового экскаватора предназначено для перемещения экскаватора в забое по мере выработки грунта и на небольшие расстояния в пределах строительной площадки. Ходовое оборудование одноковшовых экскаваторов бывает гусеничное, пневмоколесное, шагающее. Для специальных работ применяют плавающие экскаваторы, устанавливаемые на понтонах.
Гусеничное ходовое оборудование одноковшовых экскаваторов не предназначено для длительного передвижения на большие расстояния, так как при этом быстро изнашивается и преходит в негодность. Поэтому на расстояние более 15 км гусеничные экскаваторы перевозят специальным транспортом на трейлерах, по железной дороге или водным путям.
Рис. 10. Траншейный многоковшовый экскаватор: а - с цепным рабочим органом, б - с роторным рабочим органом
Пневмоколесные одноковшовые экскаваторы с ковшом емкостью 0,2-0,4 м3 могут своим ходом перемещаться с большой скоростью на значительные расстояния и широко применяются для выполнения небольших объемов работ.
Шагающие экскаваторы для передвижения имеют выдвигающиеся лыжи. Шагающий ход применяют на экскаваторах большой -мощности, предназначенных для работы в слабых грунтах.
На раме ходового оборудования устанавливают поворотное устройство с поворотной рамой экскаватора. Поворотное устройство состоит из роликов или шариков, находящихся между двумя кольцевыми дорожками, и работает как шариковый или роликовый подшипник. На верхнем кольце устанавливают поворотную платформу, которая вращается при помощи двух зубчатых колес. Малое зубчатое колесо вращается в подшипниках, установленных в платформе. Большое зубчатое колесо закреплено на раме ходового устройства.
На поворотной платформе размещается двигатель, трансмиссия, кабина машиниста и рабочее оборудование.
В зависимости от выполняемой работы на одноковшовые экскаваторы устанавливают различное рабочее оборудование, показанное на рис. 11.
Прямая лопата - основной вид рабочего оборудования, наиболее часто применяемый для разработки грунта и погрузки его в автосамосвалы или землевозные тележки, на железнодорожные платформы или в отвал. Обратная лопата может быть установлена взамен прямой лопаты, причем у большинства универсальных экскаваторов для монтажа обратной лопаты используют ковш, рукоять, стрелу, блоки прямой лопаты.
Обратную лопату применяют при рытье котлованов и траншей для укладки труб.
Драглайн применяют для разработки грунта и погрузки его в отвал.
Погрузка грунта драглайном в-транспортные средства производится редко, так как ковш подвешен на канатах, которые при разгрузке покачиваются и выгрузка в точно назначенное место (например, кузов автомашины) затруднена. При помощи драглайна отрывают котлованы, каналы, отсыпают из резерва железнодорожные насыпи, добывают полезные ископаемые.
Экскаватор-кран со стрелой драглайна используют на строительстве для монтажа сооружений.
Кроме названных видов сменного рабочего оборудования, экскаваторы используют со следующим оборудованием:
грейфер для погрузочно-разгрузочных работ и для разработки колодцев; корчеватель для удаления пней; струг для планировки; скребок и засыпатель для котлованов.
Кроме того, к стреле экскаватора может быть подвешена трамбующая плита для уплотнения грунта, металлический шар, или клин-молот для разрушения мерзлых грунтов, старых дорожных покрытий и зданий, подлежащих сносу.
Рис. 11. Сменное рабочее оборудование универсального одноковшового экскаватора
Универсальные строительные экскаваторы изготовляют различных размеров с ковшами емкостью от 0,15 до 2,5 м3 и применяют в зависимости от объема выполняемых работ.
Карьерные и вскрышные одноковшовые экскаваторы на уширенном гусеничном и шагающем ходу выпускают с ковшами емкостью от 2 до 25 мъ и более. Например, экскаватор ЭШ 25/100 имеет ковш емкостью 25 м3 при длине стрелы 100 м. Новокраматорский завод осваивает экскаватор значительно большей мощности и производительности.
Эти машины предназначены главным образом для открытой разработки полезных ископаемых и в этом учебнике не рассматриваются.
Большая маневренность ковша одноковшового экскаватора и значительные усилия, разиваемые на зубьях, позволяют использовать одноковшовые экскаваторы для разработки неоднородных грунтов с твердыми включениями. Многоковшовые экскаваторы с большим успехом применяют для разработки однородных грунтов.
Для бесперебойной работы экскаваторов обоих типов размер твердых включений в грунтах не должен превышать 0,20-0,25 ширины ковша. При больших размерах включений многоковшовые экскаваторы работать не могут, а у одноковшовых экскаваторов снижается производительность.
При благоприятных условиях (однородный грунт, однотипная работа и пр.) целесообразно использовать многоковшовые экскаваторы. Кроме того, управление одноковшовым экскаватором требует постоянного участия машиниста, управление же многоковшовым экскаватором почти автоматизировано, так как требует только периодического вмешательства для регулирования, направления, пуска, остановки и постоянного наблюдения за работой машины.
Землеройно-транспортные машины
К землеройно-транспортным машинам относятся бульдозеры, скреперы, грейдеры, плужные канавокопатели и некоторые другие машины.
Землеройно-транспортные машины состоят из колесного или гусеничного тягача и прицепного или навесного рабочего оборудования. Эти машины режут грунт, перемещают и укладывают его, а также производят планировочные работы.
Землеройно-транспортные машины отличаются от землеройных машин тем, что резание и перемещение грунта осуществляются только при перемещении машин и неизменном или почти неизменном положении рабочего органа относительно трактора, а также тем, что для резания и перемещения грунта используют тяговое усилие тягача.
Перечисленные машины отличаются простой конструкцией, высокой производительностью, благодаря чему стоимость земляных работ получается низкой. Поэтому такие машины получают с каждым годом все большее применение в народном хозяйстве страны.
Землеройно-транспортные машины - универсальные машины, так как они могут выполнять разные земляные работы и перемещать грунт на различные расстояния. Однако в условиях распутицы, дождей и сыпучих песков применять их нельзя.
Машины для уплотнения грунтов
Уплотнение грунтов производится следующим образом: – статическим давлением - вальцами гладких, ребристых, кулачковых катков или катков с пневматическими шинами; – ударами трамбующих рабочих органов - трамбовками; – при помощи вибрации - вибрационными машинами.
Прицепные катки состоят из рамы, сварного или литого полого барабана и сцепных устройств. Барабан снабжен люками для загрузки в него балласта, который увеличивает вес катка и дает возможность уплотнять грунт на большую глубину (рис. 12).
Барабан вращается в подшипниках скольжения, закрепленных на раме. Гладкий барабан прицепного катка может быть оборудован кулачками, прикрепленными к стальным ободам, надетым на барабан.
На раме катка крепят скребок для очистки барабана, два сцепных устройства - переднее и заднее - и съемные косынки по углам для прицепки дополнительных катков. Часто работают двумя катками, соединенными один с другим, иногда тремя и реже работают сцепкой из пяти катков. Кулачковые катки уплотняют грунт на глубину 0,25-0,3 м, однако небольшой верхний слой грунта в 4-6 см остается неуплотненным.
Свеженасыпанный грунт достаточно хорошо уплотняется пневматическими шинами скреперов и самосвалов. При этом грунт надо отсыпать небольшими слоями.
Для равномерного уплотнения грунта некоторые катки изготовляют с раздельной подвеской пневматических колес, т. е. каждое колесо со своим грузом представляет собой как бы самостоятельный прицеп.
Рис. 12. Прицепной кулачковый каток:
1 - трактор. 2 - рама. 3 - барабан, 4 - кулачки, 5 - скребки, 6 - люк
Трамбующие машины уплотняют грунт на глубину 0,6-2,5 м и используются в тех случаях, когда нельзя применять метод укатывания, например в стесненных условиях. Недостаток этого способа уплотнения - возможность повредить от сотрясения.грунта находящиеся вблизи сооружения, здания, канализационные и другие трубы, проложенные в земле и т. д. Преимущество - возможность уплотнения грунта на большую глубину.
Рис. 13. Вибрационная машина для уплотнения грунта:
а - общий вид , б - схема работы; 1 - плита, 2 -двигатель, 3 - вал, 4 - дебалансы
Грунт можно уплотнять трамбованием при помощи экскаватора-крана, на котором вместо груза подвешивают специальную плиту весом 1,5-4 т, которую попеременно поднимают и бросают, делая по грунту 10-20 ударов в минуту.
Используется также навесное оборудование на тракторе Т-100. Рабочим органом этой машины являются две квадратные плиты, подвешенные на канатах сзади трактора. Попеременный подъем и сброс плит осуществляют кривошипно-полиспастными механизмами, смонтированными перед радиатором трактора. Эти механизмы приводятся в действие от коленчатого вала двигателя через редуктор.
Вибрационные машины применяют для уплотнения рыхлых свежеотсыпанных несвязных грунтов, а также для уплотнения супесей и суглинков.
Вибрацией называются колебания с малой амплитудой, производимые вибратором, который состоит из нескольких вращающихся неуравновешенных деталей-дебалансов. При вращении дебалансов происходит колебание корпуса, в котором они вращаются. Колебания корпуса передаются грунту и вызывают перемещение частиц грунта, вследствие чего грунт уплотняется.
Вибрационные машины бывают прицепные и самоходные. Вибрационная самопередвигающаяся машина состоит из виброплиты, одновального четырехбалансного вибратора, средние де-балансы которого вращаются в сторону, противоположную вращению двух крайних дебалансов (рис. 13).
Изменяя вручную при помощи специальной передачи положение одних дебалансов относительно других, машинист может регулировать величину и направление колебаний виброплиты и тем самым изменять направление движения машины.
Прицепной виброкаток состоит из рамы с дышлом, двигателя, установленного на раме, и барабана, внутри которого смонтирован вибратор. Двигатель соединен с вибратором клиноременной передачей.
Основными земляными работами при строительстве автомобильных дорог являются: возведение насыпей, разработка грунта в выемках, резервах и канавах, отделочные работы, подготовка котлованов под опоры мостов, а также планировочные работы. Земляные работы делятся на сосредоточенные и линейные.
К сосредоточенным относятся работы по устройству больших выемок и насыпей с объемом более 15 000 м3 на 1 объект, в том числе устройство подходов к искусственным сооружениям, переходов через болота и т. д.
К линейным относятся работы по устройству мелких выемок и насыпей, профилированию земляного полотна, отделке обочин и откосов. Насыпи обычно сооружают из грунта боковых резервов. Сосредоточенные и линейные работы выполняют различными специализированными отрядами, оснащенными предназначенными для этих целей машинами.
Широко применяются три основных способа производства земляных работ - механический, гидравлический и взрывной.
Механический способ заключается в отделении части грунта рабочим органом - ковшом, ножом или резцом; при гидравлическом способе грунт размывают струей воды, подаваемой под давлением гидромонитором, или засасывают заборной трубой землесоса из-под воды, иногда с предварительным механическим рыхлением грунта специальным наконечником в виде фрезы; в основу взрывного способа положено рыхление грунта или в случае необходимости перемещение земляных масс в нужном направлении (взрыв на выброс) путем взрыва зарядов взрывчатых веществ.
Каждый из этих способов имеет свои области применения. Поэтому ни один из этих способов нельзя считать наилучшим во всех случаях. Все они взаимно дополняют друг друга, и в каждом отдельном случае необходимо правильно сочетать их в соответствии с конкретными условиями работы.
В зависимости от трудности разработки грунтов, под которой подразумевается главным образом их сопротивление копанию, выбирают способ разработки и необходимые машины.
К атегория: - Машины для земляных работ
МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
Виды земляных сооружений
Земляными сооружениями называют устройства в грунте, полученные в результате его удаления за пределы сооружения, или из грунта, внесенного в сооружение извне. Первые называют выемками, а вторые - насыпями. В зависимости от формы и размеров выемок различают котлованы, траншеи, канавы, кюветы, каналы, ямы, скважины и шпуры. Котлованы и ямы имеют соизмеримые размеры во всех трех направлениях, при этом глубина котлована обычно меньше, а ямы - больше двух других размеров. Кроме того, ямы имеют небольшой объем. Длины траншей, канав, кюветов и каналов существенно превышают размеры их поперечных сечений. Скважины - это закрытые выемки, один размер которых (глубина или длина в зависимости от ориентации выемки относительно открытой поверхности грунта) существенно превышает размеры их поперечных сечений. Скважины диаметром до 75 мм включительно называют шпурами. Скважины могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными.
При устройстве выемок вынутый из них грунт удаляют за пределы рабочей площадки или укладывают рядом в кавальеры для его последующего использования при обратной засыпке. При сооружении насыпей грунт доставляют извне или из боковых резервов.
Различают временные земляные сооружения (траншеи для укладки в них подземных коммуникаций и т. п.) и земляные сооружения длительного пользования (придорожные кюветы, дорожные насыпи, дамбы, плотины и т. п.). Временные земляные сооружения отрывают на время строительства, например, на время укладки трубопровода и монтажа трубопроводной арматуры, после чего исходную земляную поверхность восстанавливают. В зависимости от вида и состояния грунта, погодных условий, а также продолжительности существования временных земляных сооружений, во избежание обрушения, их стенки укрепляют или оставляют без крепления. Боковые откосы земляных сооружений длительного пользования обычно укрепляют дерном, деревянными рейками и т. п. Чаще насыпи отсыпают с послойным уплотнением грунта.
К земляным сооружениям относятся также спланированные полосы и площадки, которые могут быть как временными, так и сооружениями длительного пользования. В зависимости от проектного уровня по отношению к исходному рельефу, необходимости замены естественного грунта доставленным извне эти земляные сооружения могут выполняться по схеме образования выемок или насыпей, а также комбинированным способом: удалением грунта из возвышенностей и засыпкой им впадин.
Если при образовании выемок выполняются работы только по отделению части грунта от массива, связанному с разрушением его связности, и его перемещением, то при сооружении насыпей, кроме перемещения грунта, обычно решается обратная задача - восстановления прежнего плотного состояния грунта.
Способы разработки грунтов
Наиболее энергоемкой из всех операций по устройству выемок является отделение грунта от массива (разрушение грунта), в связи с чем способы разработки грунтов определяются по способам их разрушения, характеризуемым видом энергетического воздействия. Наибольшее применение в строительстве нашло механическое разрушение грунтов сосредоточенным контактным силовым воздействием рабочего органа машины на грунт, называемым также резанием. Для реализации этого способа рабочие органы грунторазрабатывающих машин оснащают клинообразными режущими инструментами, перемещаемыми относительно грунтового массива. В зависимости от скорости и характера воздействия режущего инструмента различают статическое и динамическое разрушение грунтов. При статическом разрушении режущий инструмент движется равномерно или с незначительными ускорениями при скорости до 2...2,5 м/с. Этот способ применяется как основной при разработке грунтов экскаваторами, землеройно-транспортными машинами, рыхлителями и буровыми машинами вращательного действия. В машинах, разрабатывающих прочные скальные породы, реализуется как статический, так и динамический способы их разрушения, в частности, ударный. Известны также вибрационный и виброударный способы, которые пока еще не получили широкого промышленного применения. Энергоемкость механического разрушения песчаных и глинистых грунтов в зависимости от их крепости и конструкции режущих инструментов составляет от 0,05 до 0,5кВтч/м 3 . Этим способом выполняют до 85% всего объема земляных работ в строительстве.
Рабочий процесс машины для механической разработки грунта может состоять только из операции разрушения грунта, как, например, у рыхлителя при разрушении прочных грунтов, или включать эту операцию как составную часть рабочего процесса. В последнем случае одновременно с отделением от массива грунт захватывается ковшовым рабочим органом или накапливается перед ним - при отвальном рабочем органе, например, при разработке бульдозером, автогрейдером. Перемещение грунта ковшовым или отвальным рабочим органом также является составной частью рабочего цикла машины, а отсыпка грунта, выполняемая в конце этой операции, заключается в целенаправленной его выгрузке из рабочего органа. Для увеличения дальности перемещения грунта некоторые машины оборудуют специальными транспортирующими устройствами, например, экскаваторы непрерывного действия. С той же целью такие машины как скреперы после отделения грунта от массива и заполнения им ковша перевозят грунт к месту отсыпки на значительные расстояния собственным ходом. При экскаваторной разработке для перевозки грунта используют специальные транспортные машины - землевозы, а также автосамосвалы, железнодорожные платформы или баржи.
Для интенсификации процесса разрушения грунта используют комбинированные способы, например, газомеханический, обеспечиваемый импульсной подачей газов под давлением в отверстия на землеройном рабочем органе. Выходящие через отверстия газы разрыхляют грунт, уменьшая этим сопротивление перемещению рабочего органа.
Сопротивляемость разрушению водонасыщенных мерзлых грунтов может быть понижена путем ввода в них химических реагентов с пониженной температурой замерзания (хлористого натрия, хлористого калия и др.).
При устройстве гидротехнических земляных сооружений (плотин, дамб), а также в некоторых других случаях на водоемах или вблизи их широко применяют гидравлическое разрушение грунтов струей воды с использованием гидромониторов и землесосных снарядов. Таким же способом добывают песок, гравий или песчано-гравийную смесь для последующего использования как строительного материала . Энергоемкость процесса достигает 4кВт ч/м 3 , а расход воды - до 50...60 м 3 на 1 м 3 разработанного грунта. Тем же способом разрабатывают грунты на дне водоемов. Малосвязные грунты при этом разрабатывают всасыванием без предварительного рыхления, а прочные грунты предварительно разрыхляют фрезами. Способ разработки грунтов с использованием напора струи воды и землесосных снарядов, которым разрабатывают около 12% общего объема грунтов в строительстве, называют гидромеханическим.
Крепкие скальные породы и мерзлые грунты обычно разрушают взрывом под давлением газов, образующихся при воспламенении взрывчатых веществ, которые закладывают в специально пробуренные скважины (шпуры), в прорезные узкие щели или в траншеи. Для бурения шпуров применяют машины механического бурения, а также термо- и термопневмобуры. Щели и траншеи обычно разрабатывают механическим способом. В термобуре реализуется термомеханический способ разрушения грунта: его прогрев высокотемпературной (до 1800...2000°С) газовой струей с последующим разрушением термоослабленного слоя грунта режущим инструментом. При термопневматическом бурении грунт разрушается и выносится из скважины высокотемпературной газовой струей со скоростью до 1400м/с. Разработка грунтов взрывом наиболее энергоемкая, а следовательно, наиболее дорогая из всех рассмотренных выше способов.
Для дробления валунов и негабаритных камней, образующихся в результате разрушения грунтов взрывом, применяют установки, реализующие электрогидравлический способ разрушения грунтов, использующий ударную волну, которая образуется в искровом разряде в жидкости. При этом полученная в разрядном канале теплота нагревает и испаряет близлежащие слои жидкости, образуя парогазовую полость с высоким давлением, воздействующим на грунт.
Реже применяют физические способы разрушения грунтов без комбинирования с другими способами. Они основаны на воздействии на грунт температурных изменений (прожигание прочных грунтов, оттаивание мерзлых грунтов), токов высокой частоты ультразвука, электромагнитной и инфракрасной энергии и т. п.
Выбор способа разработки зависит, прежде всего, от прочности грунта, в том числе и от сезонной, связанной с его промерзанием. При правильной организации плановых (неаварийных) работ можно избежать или свести к минимуму энергетические и другие затраты, связанные с разработкой мерзлых грунтов, выполняя земляные работы преимущественно до наступления зимы. В строительной практике используют также способы предохранения подлежащих разработке в зимнее время грунтов от промерзания путем их укрытия специальными матами или подсобными материалами (опилками, выпавшим до промерзания грунта снегом, разрыхленным слоем грунта и т. п.). Так, в трубопроводном строительстве, где, во избежание обрушения, траншеи отрывают загодя с небольшим отрывом по времени перед укладкой в них труб, подлежащие зимней разработке участки отрывают до наступления морозов на неполную глубину и тут же их засыпают. Разрыхленный грунт предохраняет нижележащие слои от промерзания и позволяет повторно разрабатывать траншеи требуемой глубины также при низких температурах окружающего воздуха.
Свойства грунтов
Грунтами называют выветрившиеся горные породы, образующие кору земли. По происхождению, состоянию и механической прочности различают грунты скальные -сцементированные водоустойчивые породы с пределом прочности в водонасыщенном состоянии не менее 5мПа (граниты, песчаники, известняки и т. п.), полускальные - сцементированные горные породы с пределом прочности до 5мПа (мергели, окаменевшие глины, гипсоносные конгломераты и т. п.), крупнообломочные - куски скальных и полускальных пород, песчаные - состоящие из несцементированных мелких частиц, разрушенных горных пород размером 0,05...2мм, глинистые - с размером частиц менее 0,005мм.
По гранулометрическому составу, оцениваемому долевым содержанием фракций по массе, различают грунты: глинистые (с размерами частиц менее 0,005мм), пылеватые (0,005...0,05мм), песчаные (0,05...2мм), гравийные (2...20мм), галечные и щебеночные (20...200мм), валуны и камни (более 200мм). Наиболее часто встречающиеся в строительной практике грунты различают по процентному содержанию в них глинистых частиц: глины - не менее 30%; суглинки - от 10 до 30%; супеси - от 3 до 10% с преобладанием песчаных частиц над пылевидными, пески - менее 3%.
Ниже приводятся некоторые характеристики грунтов, влияющие на процесс их взаимодействия с землеройными и грунтоуплотняющими рабочими органами. Грунт состоит из твердых частиц, воды и газов (обычно воздуха), находящихся в его порах. Влажность грунтов, оцениваемая отношением массы воды к массе твердых частиц, составляет от 1...2% - для сухих песков до 200% и более - для текучих глин и илов. В некоторых случаях, например, при оценке степени принудительного уплотнения грунтов, пользуются так называемой оптимальной влажностью, которая изменяется от 8...14% для мелких и пылеватых песков до 20...30% для жирных глин.
При разработке грунты увеличиваются в объеме за счет образования пустот между кусками. Степень такого увеличения объема оценивают коэффициентом разрыхления, равным отношению объема определенной массы грунта после разработки к ее объему до разработки (табл.1). Значения коэффициента разрыхления колеблются от 1,08...1,15 для песков до 1,45...1,6 для мерзлых грунтов и скальных пород. После укладки грунта в отвалы и естественного или принудительного уплотнения степень их разрыхления уменьшается. Ее оценивают коэффициентом остаточного разрыхления (от 1,02...1,05 для песков и суглинков до 1,2...1,3 для скальных пород).
Уплотняемость грунтов характеризуется увеличением их плотности вследствие вытеснения из пор воды и воздуха и компактной укладки твердых частиц. После снятия внешней нагрузки сжатый в порах воздух расширяется, вызывая обратимую деформацию грунта. При повторных нагружениях из пор удаляется все больше воздуха, вследствие чего обратимые деформации уменьшаются.
| Таблица 1 | |||||||||
| Характеристики грунтов | |||||||||
| Категория грунта | Плотность кг/м 3 | Число ударов плотно-мера ДорНИИ | Коэффи циент разрыхле-ния | Удельное сопротивление, кПа | |||||
| резанию | копанию при работе: | ||||||||
| Прямыми и обратными лопатами | Драглай-нами | экскаваторами непрерывного действия | |||||||
| поперечного копания | Траншей-ными | ||||||||
| роторными | цепными | ||||||||
| I | 1200-1500 | 1-4 | 1,08-1,17 | 12-65 | 18-80 | 30-120 | 40-130 | 50-180 | 70-230 |
| II | 1400-1900 | 5-8 | 1,14-1,28 | 58-130 | 70-180 | 120-250 | 120-250 | 150-300 | 210-400 |
| III | 1600-2000 | 9-16 | 1,24-1,3 | 120-200 | 160-280 | 220-400 | 200-380 | 240-450 | 380-660 |
| IV | 1900-2200 | 17-35 | 1,26-1,37 | 180-300 | 220-400 | 280-490 | 300-550 | 370-650 | 650-800 |
| V | 2200-2500 | 36-70 | 1,3-1,42 | 280-500 | 330-650 | 400-750 | 520-760 | 580-850 | 700-1200 |
| VI | 2200-2600 | 71-140 | 1,4-1,45 | 400-800 | 450-950 | 550-1000 | 700-1200 | 750-1500 | 1000-2200 |
| VII | 2300-2600 | 141-280 | 1,4-1,45 | 1000-3500 | 1200-4000 | 1400-4500 | 1800-5000 | 2200-5500 | 2000-6000 |
| VIII | 2500-2800 | 281-560 | 1,4-1,6 | - | 220-250 | 230-310 | - | - |
Степень уплотнения грунта характеризуется остаточной деформацией, основная доля которой приходится на первые циклы нагружения. Ее оценивают коэффициентам уплотнения, равным отношению фактической плотности к ее максимальному стандартному значению, соответствующему оптимальной влажности. При уплотнении грунтов требуемый коэффициент уплотнения назначают в зависимости от ответственности земляного сооружения из пределов от 0,9 до 1.
Прочность и деформируемость грунтов определяется, в основном, свойствами слагающих их частиц и связей между ними. Прочность частиц обусловлена внутримолекулярными силами, а прочность связей - их сцеплением. При разработке грунтов эти связи разрушаются, а при уплотнении восстанавливаются.
При взаимном перемещении частиц грунта между собой возникают силы внутреннего трения, а при перемещении грунта относительно рабочих органов - силы внешнего трения. Согласно закону Кулона эти силы пропорциональны нормальной нагрузке с коэффициентами пропорциональности, называемыми коэффициентами внутреннего и внешнего трения соответственно. Для большинства глинистых и песчаных грунтов первый составляет от 0,18 до 0,7, а второй - от 0,15 до 0,55.
При взаимном перемещении грунта и землеройного рабочего органа происходит царапанье твердыми грунтовыми частицами рабочих поверхностей режущего инструмента и других элементов рабочего органа и, как следствие, изменение его формы и размеров, называемое изнашиванием. Разработка грунтов изношенным режущим инструментом требует больше затрат энергии. Способность грунтов изнашивать рабочие органы землеройных машин называют абразивностью. Бόльшей абразивностью обладают более твердые грунты (песчаные и супесчаные) с частицами, закрепленными (сцементированными) в грунтовом, например, замерзшем массиве. Абразивная изнашивающая способность мерзлых грунтов в зависимости от их температуры, влажности и гранулометрического состава может быть в десятки раз выше, чем у тех же грунтов не мерзлого состояния.
Грунты, содержащие глинистые частицы, способны прилипать к рабочим поверхностям рабочих органов, например, ковшовым, уменьшая тем самым их рабочий объем и создавая повышенные сопротивления перемещению отделенного от массива грунта внутрь ковша, вследствие чего увеличиваются затраты энергии на разработку грунта и снижается производительность землеройной машины. Это свойство грунтов, называемое липкостью, усиливается при отрицательных температурах. Силы сцепления примерзшего к рабочим органам грунта в десятки и сотни раз больше, чем грунта не мерзлого состоянии. Для удаления прилипшего к рабочим органам грунта приходится делать вынужденные простои машины, а в ряде случаев, например, для очистки от примерзшего грунта, принимать специальные меры, в основном, механического воздействия.
Грунты, разрабатываемые машинами, классифицируют по трудности разработки по 8 категориям (табл.1). В основу этой классификации, предложенной проф. А.Н.Зелениным, положена плотность в физическом измерении [кг/м 3 ] и по показаниям плотномера конструкции ДорНИИ (рис.103). Плотномер
представляет собой металлический стержень круглого поперечного сечения площадью 1см 2 с двумя шайбами-упорами, между которыми свободно перемещается груз массой 2,5кг. Полный ход груза составляет 0,4м. Длина нижнего свободного конца стержня - 0,1м. Для измерения плотности прибор нижним концом устанавливают на грунт, поднимают груз до упора в верхнюю шайбу и отпускают его. При падении груз ударяет о нижнюю шайбу, совершая работу в 1Дж и заставляя внедряться в грунт нижний конец стержня. Плотность грунта оценивают числом ударов, соответствующим внедрению в грунт стержня до упора в нижнюю шайбу.
Согласно классификации проф. А.Н.Зеленина грунты распределены по категориям следующим образом: I категория - песок, супесь, мягкий суглинок средней крепости влажный и разрыхленный без включений; II категория - суглинок без включений, мелкий и средний гравий, мягкая влажная или разрыхленная глина; III категория - крепкий суглинок, глина средней крепости влажная или разрыхленная, аргиллиты и алевролиты; IV категория - крепкий суглинок, крепкая и очень крепкая влажная глина, сланцы, конгломераты; V категория - сланцы, конгломераты, отвердевшие глина и лесс, очень крепкие мел, гипс, песчаники, мягкие известняки, скальные и мерзлые породы; VI категория - ракушечники и конгломераты, крепкие сланцы, известняки, песчаники средней крепости, мел, гипс, очень крепкие опоки и мергель; VII категория - известняки, мерзлый грунт средней крепости; VIII категория - скальные и мерзлые породы, очень хорошо взорванные (куски не более 1/3 ширины ковша).
Рабочие органы землеройных машин и их взаимодействие с грунтом
Рабочие органы, с помощью которых грунт отделяют от массива (экскаваторные ковши, бульдозерные отвалы, зубья рыхлителей) (рис.104) называют землеройными. В конструкциях землеройных и землеройно-транспортных машин, рабочий процесс которых состоит из последовательно выполняемых
операций отделения грунта от массива, его перемещения и отсыпки, землеройные рабочие органы совмещают с транспортирующими - ковшами (экскаваторы, скреперы) или отвалами (бульдозеры, автогрейдеры). Первые называют ковшовыми, а вторые - отвальными. Зубья рыхлителей (рис.104,а) отделяют грунт от массива без совмещения с другими операциями.
Ковшовый рабочий орган представляет собой емкость с режущей кромкой, оснащенной зубьями (рис.104,б - г, е) или без них (рис.104,д, ж, з). Ковши с режущими кромками без зубьев чаще применяют для разработки малосвязных песков и супесей, а ковши с зубьями - в основном для разработки суглинков, глин и прочных грунтов. При разработке грунта ковш перемещается относительно грунтового массива так, что его режущая кромка или зубья внедряются в грунт, отделяя его от массива. Разрыхленный вследствие этой операции грунт поступает в ковш для последующего перемещения в нем к месту разгрузки.
Отвальные рабочие органы (рис.104,и) оснащают в нижней части ножами, в этом случае их еще называют ножевыми. Для разрушения более прочных грунтов на ножи дополнительно устанавливают зубья. Рабочий процесс отвального рабочего органа отличается от описанного выше способом перемещения грунта к месту укладки - волоком по ненарушенному грунту перед отвалом.
Режущая часть землеройного рабочего органа имеет форму заостренного клина (рис.105), ограниченного передней 1 и задней 2 гранями, линию пересечения которых называют режущей кромкой. Угол δ , образованный с направлением
движения режущего клина его передней гранью, называют углом резания, а угол Θ , образованный с тем же направлением задней гранью - задним углом. Разрушающая способность режущего клина тем больше, чем больше реализуемого рабочим органом активного усилия приходится на единицу длины режущей кромки.. При одном и том же усилии узкий режущий клин эффективнее широкого. Поскольку суммарная длина режущих кромок всех зубьев, установленных на ковше или отвале, всегда меньше длины кромки того же рабочего органа без зубьев, то рабочий орган с зубьями обладает большей разрушающей способностью по сравнению с рабочим органом без зубьев. Чем меньше на рабочем органе зубьев, тем больше его разрушающая способность.
При взаимодействии с грунтом, обладающим абразивными свойствами, режущий клин затупляется, его режущая кромка становится все менее выраженной, а энергоемкость разработки им грунта возрастает.
Для повышения износостойкости режущих инструментов землеройных рабочих органов переднюю грань
упрочняют твердым сплавом в виде наплавок износостойкими электродами или напаек из металлокерамических твердосплавных пластин (рис.106). Последние более эффективны по сравнению с наплавками. Они обладают высокой твердостью, соизмеримой с твердостью оксидов кремния, содержащихся в песчаных грунтах, но подвержены хрупкому разрушению при встрече с валунами.. Упрочненный по передней грани режущий инструмент обладает эффектом самозатачивания, который проявляется в том, что державка 1, имеющая более низкую твердость по сравнению с упрочняющим слоем (пластинкой) 2, изнашивается быстрее последнего (формы износа показаны на рис.106 тонкими линиями), так что режущий инструмент во все время работы остается практически острым с затуплением лишь по толщине упрочняющего слоя. Такой режущий инструмент обеспечивает менее энергоемкую разработку грунта, чем неупрочненный. Реализуемые режущим клином усилия на отделение грунта от массива (усилия резания} почти стабильны при разработке пластичных глинистых грунтов(рис.107,а ). Во всех других случаях усилия резания изменяются от минимальных значений до максимальных с определенным периодом, подобно показанному на рис.107,б .
Рис.107. Типовые графики внешней нагрузки
|
Амплитуда этих колебаний возрастает по мере увеличения прочности и хрупкости грунтов. Процессу резания сопутствует перемещение грунта перед рабочим органом, внутри его (при ковшовом рабочем органе) или по нему (при отвальном органе). Совокупность этих перемещений вместе с резанием называют копанием.
Сопротивление грунта резанию зависит только от вида грунта и параметров режущего инструмента, в то время как сопротивление копанию, кроме того, зависит от способа разработки (типа землеройной машины), что отражено в таблице 1.
Выбор способа производства земляных работ зависит от свойств грунта, объемов работ, вида земляных сооружений, гидрогеологических условий и других факторов. Технологический процесс выполнения земляных работ состоит из разработки грунта, транспортировки, укладки в отвал или насыпь, уплотнения и планировки. Для механизации земляных работ применяют одноковшовые строительные экскаваторы с гибкой и жесткой подвеской рабочего оборудования в виде прямой и обратной лопаты, драглайна, грейфера, землеройно-планировочного, планировочного и погрузочного устройств; экскаваторы непрерывного действия, к которым относятся цепные многоковшовые, цепные скребковые, роторные многоковшовые и роторные бесковшовые (фрезерные); бульдозеры, скреперы, грейдеры (прицепные и самоходные), грейдеры-элеваторы, рыхлители, бурильные машины. В комплект машин для механизированной разработки грунта кроме ведущей землеройной машины включаются также вспомогательные машины для транспортировки грунта, подчистки выемки дна, уплотнения грунта, отделки откосов, предварительного рыхления грунта и т. п. в зависимости от вида работ.
Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами
В промышленном и гражданском строительстве применяют экскаваторы с ковшом вместимостью от 0,15 до 4 м3. При выполнении больших объемов земляных работ на гидротехническом строительстве применяются более мощные экскаваторы с вместимостью ковша до 16 м3 и более.
Экскаваторы на колесном ходу рекомендуется применять при работах на грунтах с высокой несущей способностью при рассредоточенных объемах работ, при работах в городских условиях с частыми перебазировками; экскаваторы на гусеничном ходу применяют при сосредоточенных объемах работ при редких перебазировках, при работах на слабых грунтах и разработке скальных пород; навесные экскаваторы на пневмоколесных тракторах - при рассредоточенных объемах работ и при работе в условиях бездорожья.
Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами ведется проходками. Число проходок, забоев и их параметры предусматриваются в проектах и технологических картах производства земляных работ для каждого конкретного объекта в соответствии с параметрами земляных сооружений (по рабочим чертежам) с оптимальными рабочими размерами оборудования экскаваторов.
Одноковшовые экскаваторы относятся к машинам цикличного действия. Время рабочего цикла определяется суммой отдельных операций: продолжительность заполнения ковша, поворот на выгрузку, разгрузку и поворот в забой. Наименьшие затраты времени на выполнение рабочего цикла обеспечиваются при следующих условиях:
- ширина проходок (забоев) принимается с таким расчетом, чтобы обеспечить работу экскаватора со средним поворотом не более 70 градусов;
- глубина (высота) забоев должна быть не меньше длины стружки грунта, необходимой для заполнения ковша с шапкой за один прием копания;
- длина проходок принимается с учетом возможно меньшего числа вводов и выводов экскаватора в забой и из забоя.
Забоем называется рабочая зона экскаватора. К этой зоне относится площадка, где размещается экскаватор, часть поверхности разрабатываемого массива и место установки транспортных средств или площадка для укладки разрабатываемого грунта. Геометрические размеры и форма забоя зависят от оборудования экскаватора и его параметров, размеров выемки, видов транспорта и принятой схемы разработки грунта. В технических характеристиках экскаваторов любой марки приведены, как правило, максимальные их показатели: радиусы резания, выгрузки, высота выгрузки и др. При производстве земляных работ принимают оптимальные рабочие параметры, составляющие 0,9 максимальных паспортных данных. Оптимальная высота (глубина) забоя должна быть достаточной для заполнения ковша экскаватора за одно черпание, она должна быть равна вертикальному расстоянию от горизонта стоянки экскаватора до уровня напорного вала, умноженному на коэффициент 1,2. Если высота забоя относительно мала (например, при разработке планировочной выемки), целесообразно использовать экскаватор вместе с бульдозером: бульдозер разрабатывает грунт и перемещает его к рабочему месту экскаватора, затем окучивает грунт, обеспечивая при этом достаточную высоту забоя. Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены так, чтобы средний угол поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки был минимальным, так как на поворот стрелы расходуется до 70% рабочего времени цикла экскаватора.
По мере разработки грунта в забое экскаватор перемещается, отработанные участки называются проходками. По направлению движения экскаватора относительно продольной оси выемки различают продольный (с лобовым или торцовым забоем) и поперечный (боковой) способы разработки. Продольный способ состоит в разработке выемки проходками, направление которых выбирается по наибольшей стороне выемки. Лобовой забой применяется при разработке съезда в котлован и при рытье начала выемки на крутых косогорах. При лобовом забое грунт разрабатывается на всю ширину проходки. Торцевой забой применяется при разработке выемок ниже уровня стоянки экскаватора, при этом экскаватор, передвигаясь задним ходом по поверхности земли или на уровне, расположенном выше дна выемки, разрабатывает торец выемки. Боковые забои применяются для разработки выемки прямой лопатой, при этом пути транспортных средств устраиваются параллельно оси перемещения экскаватора или выше подошвы забоя. При боковом способе полная ширина проходки может быть получена путем последовательной разработки ряда проходок. Поперечным (боковым) способом разрабатывают выемки с отсыпкой грунта в направлении, перпендикулярном оси выемки. Поперечный способ применяется при разработке протяженных нешироких выемок с отсыпкой кавальеров или при устройстве насыпей из боковых резервов.
Некоторые виды выемок (например, планировочные) можно разрабатывать боковым забоем с движением транспорта на одном уровне с экскаватором. Иногда для перехода к разработке с боковым забоем необходимо вначале отрывать так называемую пионерную траншею, которую экскаватор начинает разрабатывать, спустившись на дно забоя по пандусу. Если высота выгрузки экскаватора больше или равна сумме глубины выемки, высоты борта самосвала и «шапки» над бортом (0,5 м), пионерную траншею разрабатывают боковым забоем при движении транспорта по дневной поверхности на расстоянии не менее 1 м от края выемки. При значительных в плане размерах выемки ее разрабатывают поперечными проходками вдоль меньшей стороны, при этом обеспечивается минимальная длина пионерной траншеи, что позволяет организовать наиболее производительное кольцевое движение транспорта. Выемки, глубина которых превосходит максимальную глубину забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов. При этом нижний ярус разрабатывают аналогично верхнему, а автомобили подают к экскаватору так, чтобы ковш находился на кузов сзади. Трасса движения автомобиля в этом случае должна быть параллельна оси проходки экскаватора, но направлена в противоположную сторону.
Экскаватор, оборудованный обратной лопатой, применяется при разработке грунта ниже уровня стоянки и наиболее часто используется при рытье траншей для укладки подземных коммуникаций и небольших котлованов под фундаменты и другие сооружения. При работе с обратной лопатой также применяют торцовый или боковой забой. Наиболее целесообразно применять экскаватор с обратной лопатой для разработки котлованов глубиной не более 5,5 м и траншей до 7 м. Жесткое крепление ковша обратной лопаты дает ему возможность рыть узкие траншеи с вертикальными стенками. Глубина разрабатываемых узких траншей больше, чем глубина котлованов, так как экскаватор может опускать стрелу с рукоятью в самое нижнее положение, сохраняя устойчивость.
Экскаватор с рабочим оборудованием драглайн применяется при разработке больших и глубоких котлованов, при возведении насыпи из резервов и т. п. Преимуществами драглайна являются большой радиус действия и глубина копания до 16-20 м, возможность разрабатывать забои с большим притоком грунтовых вод. Драглайн разрабатывает выемки торцовыми или боковыми проходками. Для торцовой и боковой проходок организация работ драглайна аналогична работе обратной лопаты. При этом сохраняется такое же соотношение максимальной глубины резания. Драглайн обычно передвигается между стоянками на 1/5 длины стрелы. Разработка грунта драглайном чаще всего производится в отвал (односторонний или двусторонний), реже - на транспорт.
Экскаваторы отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый недобор. Недобор оставляют, чтобы избежать повреждения основания и не допускать переборов грунта, он составляет обычно 5-10 см. Для повышения эффективности работы экскаватора применяют скребковый нож, насаженный на ковш. Это приспособление позволяет механизировать операции по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с погрешностью не более плюс-минус 2 см, что исключает необходимость ручных доработок.
Разработка грунта экскаваторами непрерывного действия осуществляется при отсутствии в грунтах камней, корней и т. п. До начала работы вдоль трассы траншеи бульдозером планируется полоса земли шириной не менее ширины гусеничного хода, затем разбивается и закрепляется ось траншеи, после чего начинается отрывка ее со стороны низких отметок (для стока воды). Многоковшовые экскаваторы разрабатывают траншеи ограниченных размеров и, как правило, с вертикальными стенками.
Разработка грунта землеройно-транспортными машинами
Основными видами землеройно-транспортных машин являются бульдозеры, скреперы и грейдеры, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.
Производство земляных работ бульдозерами
Бульдозеры применяются в строительстве для разработки грунта в неглубоких и протяженных выемках и резервах для перемещения его в насыпи на расстояние до 100 м (при применении более мощных машин расстояние перемещения грунта может быть увеличено), а также на расчистке территории и планировочных работах, на зачистке оснований под насыпи и фундаменты зданий и сооружений, при устройстве подъездных путей, разработке грунта на косогорах и т. п.
Рис. 7. :
а - обычное резание; б - гребенчатое резание
В практике земляных работ имеется несколько способов резания грунта бульдозером (рис. 7):
- обычное резание - нож вначале заглубляется на предельную для данного грунта глубину и по мере загрузки постепенно поднимается, так как растет сопротивление призмы волочения, на которое расходуется тяговое усилие трактора;
- гребенчатое резание - отвал заполняется несколькими чередующимися заглублениями и поднятиями.
Гребенчатая схема позволяет уменьшить длину резания за счет увеличения средней глубины стружки. Кроме того, при каждом заглублении ножа скалывается грунт под призмой волочения и на отвале уплотняется уже срезанный грунт. Благодаря этому сокращается время резания и увеличивается объем грунта на отвале.
При производстве земляных работ бульдозерами успешно применяется способ резания под уклон, основанный на рациональном использовании тягового усилия трактора. Суть его в том, что при движении трактора под уклон высвобождается часть тягового усилия, необходимого для перемещения самой машины, за счет чего грунт можно разрушать более толстым слоем. При работе бульдозера под уклон облегчается скалывание грунта, снижается сопротивление призмы волочения, которая движется частично под действием собственного веса. При отсутствии естественного уклона его можно создавать первыми проходками бульдозера. При работе под уклон 10-15 градусов производительность возрастает примерно в 1,5-1,7 раза.
Рис. 8. :
а - однослойным зарезанием; б - траншейным зарезанием. Цифрами указана очередность резания
Бульдозер работает по схемам, приведенным на рис. 8. Однослойным резанием с перекрытием полос на 0,3-0,5 м снимают растительный слой. Затем бульдозер перемещает грунт в отвал или промежуточный вал и возвращается к месту нового резания без разворота, задним ходом (челночная схема), или с двумя поворотами. Траншейная разработка производится с оставлением перемычек шириной 0,4 м в связных грунтах и 0,6 м в малосвязных. Глубина траншей принимается 0,4-0,6 м. Перемычки разрабатываются после прохода каждой траншеи.
Производство земляных работ скреперами
Эксплуатационные возможности скреперов позволяют использовать их при отрывке котлованов и планировке поверхностей, при устройстве различных выемок и насыпей. Скреперы классифицируются:
- по геометрическому объему ковша - малый (до 3 м3), средний (от 3 до 10 м3) и большой (свыше 10 м3);
- по роду агрегатирования с тягачом - прицепные и самоходные (в том числе полуприцепные и седельные);
- по способу загрузки ковша - загружаемые за счет силы тяги тягача и с механической (элеваторной) загрузкой;
- по способу разгрузки ковша - со свободной, полупринудительной и принудительной разгрузкой;
- по способу привода рабочих органов - гидравлические и канатные.
Скреперами ведут разработку, транспортирование (дальность транспортирования грунта колеблется от 50 м до 3 км) и укладку песчаных, супесчаных, лессовых, суглинистых, глинистых и других грунтов, не имеющих валунов, а примесь гальки и щебня не должна превышать 10%. В зависимости от категории грунтов резать их наиболее эффективно на прямолинейном участке пути при движении под уклон 3-7 градусов. Толщина разрабатываемого слоя в зависимости от мощности скрепера колеблется от 0,15 до 0,3 м. Разгружают скрепер на прямолинейном участке, при этом поверхность грунта разравнивают днищем скрепера.
Рис. 9. :
а - с наполнением ковша стружкой постоянной толщины; б - с наполнением ковша стружкой переменного сечения; в - гребенчатый способ наполнения ковша стружкой; г - наполнение ковша способом клевков
Различают несколько способов срезания стружки при работе скрепера (рис. 9):
- стружкой постоянной толщины. Способ применяют при планировочных работах;
- стружкой переменного сечения. При этом грунт срезается с постепенным уменьшением толщины стружки по мере наполнения ковша, т. е. с постепенным выглублением ножа скрепера к концу набора;
- гребенчатым способом. При этом грунт срезается с попеременным заглублением и постепенным подъемом ковша скрепера: на разных стадиях толщина стружки меняется от 0,2-0,3 м до 0,08-0,12 м;
- клевками. Наполнение ковша осуществляется путем многократного заглубления ножей скрепера на возможно большую глубину. Способ применяют при работе в рыхлых сыпучих грунтах.
В зависимости от размеров земляного сооружения, взаимного расположения выемок и насыпей применяют различные схемы работы скреперов. Наиболее распространенной является схема работы по эллипсу. При этом скрепер каждый раз поворачивается в одну сторону.
Рис. 10. :
а - траншейно-гребенчатый; б - ребристо-шахматный
При работе в широких и длинных забоях наполнение ковша скрепера осуществляется траншейно-гребенчатым и ребристо-шахматным способами. При траншейно-гребенчатом способе (рис. 10) разработка забоя ведется от края резерва или выемки параллельными полосами постоянной глубины 0,1-0,2 м, одинаковыми по длине. Между полосами первого ряда оставляют полосы несрезанного грунта - гребни, по ширине равные половине ширины ковша. Во втором ряду проходов забирают грунт на полную ширину ковша, срезая гребень и образовывая под ним траншею. Толщина стружки в этом случае в середине ковша 0,2-0,4 м, а по краям 0,1-0,2 м.
При ребристо-шахматном способе (рис. 10) разработка забоя производится от края выемки или резерва параллельными полосами так, чтобы между проходками скрепера оставались полосы не срезанного грунта, равные по ширине половине ширины ковша.
Второй ряд проходок разрабатывают, отступая от начала первого ряда на половину длины проходки первого ряда. Работу скрепера следует сочетать с работой бульдозера, используя их для разработки повышенных участков и перемещения грунта на небольшие расстояния в пониженные места.
Производство земляных работ грейдерами
Грейдеры используют при планировке территории, откосов земляных сооружений, зачистке дна котлованов и отрывке канав глубиной до 0,7 м, при возведении протяженных насыпей высотой до 1 м и нижнего слоя более высоких насыпей из резерва. Автогрейдерами профилируют дорожное полотно, проезды и дороги. Наиболее эффективно использовать автогрейдеры при длине проходки 400-500 м. Плотные грунты до разработки грейдером предварительно разрыхляются. При возведении насыпи из разрабатываемого резерва наклонный нож сдвигает срезанный грунт в сторону насыпи. При следующей проходке грейдера этот грунт перемещается еще дальше в том же направлении, поэтому целесообразно организовывать работу двумя грейдерами, один из которых срезает, а другой перемещает срезанный грунт.
При возведении насыпей и профилированного дорожного полотна зарезание грунта начинают от внутренней бровки резерва и ведут послойно: сначала вырезают стружку треугольной формы, затем до конца слоя стружка получается прямоугольной. При разработке широких резервов в грунтах, не требующих предварительного разрыхления, зарезание начинают от внешней бровки резерва и ведут послойно, при всех проходах стружка треугольной формы; возможен другой способ: стружка при этом получается треугольной и четырехугольной формы.
При выполнении различных операций углы наклонов грейдера изменяются в следующих пределах: угол захвата - 30-70 градусов, угол резания - 35-60 градусов, угол наклона - 2-18 градусов. В практике строительства применяется несколько способов укладки грунта:
- грунт укладывают слоями, отсыпая его от бровки к оси дороги (профилировочные работы в нулевых отметках при высоте насыпи, не превышающей 0,1-0,15 м);
- валики размещают один возле другого с соприкосновением их только основаниями (отсыпка насыпей высотой 0,15-0,25 м);
- каждый последующий валик частично прижимают к ранее уложенному, перекрывая его основанием на 20-25%; гребни этих двух валиков располагаются на расстоянии 0,3-0,4 м один от другого (отсыпка насыпей высотой до 0,3-0,4 м);
- каждый последующий валик прижимается к ранее уложенному без всякого зазора; новый валик перемещают отвалом вплотную к ранее уложенному с захватом его на 5-10 см; образуется один широкий плотный вал выше первого валика на 10-15 см (отсыпка насыпей высотой до 0,5-0,6 м).
Разработка мерзлых грунтов
Мерзлые грунты обладают следующими основными свойствами: повышенной механической прочностью, пластическими деформациями, пучинистостью и повышенным электросопротивлением. Проявление этих свойств зависит от вида грунта, его влажности и температуры. Песчаные, крупнозернистые и гравийные грунты, залегающие мощным слоем, как правило, содержат мало воды и при отрицательных температурах почти не смерзаются, поэтому их зимняя разработка почти не отличается от летней. При разработке зимой котлованов и траншей в сухих сыпучих грунтах они не образуют вертикальных откосов, не пучинятся и не дают просадок весной. Пылеватые, глинистые и влажные грунты при замерзании значительно меняют свои свойства. Глубина и скорость промерзания зависит от степени влажности грунта. Земляные работы зимой осуществляются следующими методами:
- методом предварительной подготовки грунтов с последующей их разработкой обычными способами;
- методом предварительной нарезки мерзлых грунтов на блоки;
- методом разработки грунтов без предварительной подготовки.
Предварительная подготовка грунта для разработки зимой заключается в предохранении его от промерзания, оттаивании мерзлого грунта и предварительном рыхлении мерзлого грунта. Наиболее простой способ защиты поверхности грунта от промерзания состоит в утеплении его термоизоляционными материалами; для этого используются торфяная мелочь, стружки и опилки, шлак, соломенные маты и т. п., которые укладываются слоем 20-40 см непосредственно по грунту. Поверхностное утепление применяют в основном для небольших по площади выемок.
Для утепления значительных по площади участков применяется механическое рыхление, при котором грунт вспахивается тракторными плугами или рыхлителями на глубину 20-35 см с последующим боронованием на глубину 15-20 см.
Механическое рыхление мерзлого грунта при глубине промерзания до 0,25 м производится тяжелыми рыхлителями. При промерзании до 0,6-0,7 м при отрывке небольших котлованов и траншей применяют так называемое рыхление раскалыванием. Ударные мерзлоторыхлители хорошо работают при низких температурах грунта, когда для него характерны хрупкие деформации, способствующие его раскалыванию под действием удара. Для рыхления грунта при большой глубине промерзания (до 1,3 м) используется дизель-молот с клином. Разработка мерзлого грунта резанием заключается в нарезке взаимно перпендикулярных борозд глубиной, составляющей 0,8 глубины промерзания. Размер блока должен быть на 10-15% меньше размера ковша экскаватора.
Оттаивание мерзлого грунта осуществляется при помощи горячей воды , пара, электрического тока или огневым способом. Оттаивание является наиболее сложным, трудоемким и дорогим способом, поэтому к нему прибегают в исключительных случаях, например, при проведении аварийных работ.
© 2000 - 2009 Oleg V. сайт™
Министерство образования Российской Федерации
Южно-Уральский государственный университет
Кафедра “Технология строительного производства”
С.Б. Коваль, М.В. Молодцов
Технология Возведения Зданий и Сооружений
Курс лекций для заочников
Технология возведения земляных сооружений
Челябинск
Издательство ЮУрГУ
УДК 69.05(075.8) + 69.003.1(075.8)
Коваль С.Б., Молодцов М.В. Технология возведения зданий и сооружений: Курс лекций для заочников. Технология возведения земляных сооружений – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2003. – 25 с.
Приведены классификации земляных сооружений и требования, предъявляемые к ним. Рассмотрены основные способы разработки грунтов. Описаны последовательности и особенности производства работ закрытым способом буровзрывным способом. Рассмотрены вопросы взаимоувязки работ.
Курс лекций предназначен для студентов архитектурно-строительного факультета вечерней и заочной форм обучения.
Ил. 24, табл. 3.
Одобрено учебно-методической комиссией архитектурно-строительного факультета.
Рецензенты: Кромский Е.И.
© Издательство ЮУрГУ, 2003.
Челябинск 1
Классификация земляных сооружений. 4
Способы разработки грунта. 5
Рис. 3 Схемы расположения сосредоточенных зарядов 10
Взаимоувязка процессов производства земляных работ. 27
Классификация земляных сооружений.
Земляное сооружение – инженерное сооружение, устраиваемое из грунта в грунтовом массиве или возводимое из грунта, уложенного на поверхности земли.
Классификация земляных сооружений осуществляется в зависимости от различных признаков:
по отношению к поверхности земли разделяют
выемки – земляные сооружения созданные в грунтовом массиве ниже поверхности земли;
насыпи – сооружения возводимые из грунта выше поверхности земли;
подземные выработки – возводятся на определенной глубине и закрытые с поверхности земли;
по функциональному назначению :
гидротехнические – плотина, дамба, канал...;
мелиоративные – искусственные пруды, водоподводящие и осушительные каналы...;
дорожные – нижнее строение автомобильных и железных дорог;
промышленного и гражданского назначения – спланированные площадки, котлован, траншея, тоннель, отвал...;
по срокам службы:
постоянные – эксплуатация в течении длительного времени;
временные – устраиваются для выполнения последующих строительно-монтажных работ.
Способы разработки грунта.
1) Механический способ заключается в отделении грунта от земляного массива резанием с помощью землеройно-транспортных и землеройных машин без предварительной обработки и рыхления.
2) Гидромеханический способ заключается в разработке грунта с помощью напорной водяной струи гидромониторных установок и/или намыве грунта при устройстве вертикальной планировки и т. д.
3) Взрывной способ заключается в разработка грунта с помощью взрывов предназначен для возведения различных инженерных земляных сооружений.
4) Комбинированный способ заключается в выполнении различныхподготовительных мероприятий с целью улучшения свойств грунта перед его дальнейшей разработкой: рыхление, размораживание, регулирование влажности и т. д.
5)Закрытый способ выполняется при разработках подземных выработок, а также при прокладке инженерных сооружений без разработки грунта. Различают следующие основные методы закрытой проходки: прокалывание, продавливание, горизонтальное бурение, вибропрокалывание, щитовая проходка, штольневая проходка, буровзрывной способ.
Механический способ
Механический способ производства земляных работ позволяет значительно сократить трудоемкость производства работ, улучшить строительные качества грунта и сократить объемы земляных работ. Эти задачи решает целый парк машин и механизмов применяемых в строительстве (рис. 1).
Механическим способом выполняют вертикальную планировку, устройство выемок и насыпей (табл. 1).
Таблица 1
|
Вид работ |
Механизмы |
Технологические особенности производства работ |
|
|
Вертикальная планировка площадки |
Бульдозер |
Разрабатывается грунт I и II групп, и III группы с предварительным рыхлением. Эффективно применять при перемещении грунта до 100 метров. |
|
|
Разрабатывается грунт I и II групп. Эффективное применение: прицепных -1000 м, самоходных -5000 м. |
|||
|
Экскаватор прямая лопата |
Разрабатываются I, II, III гр. и IV, V, VI с предварительным рыхлением. Эффективно применять с автосамосвалами при дальности отвозки более 1000 м. Высота срезаемого слоя грунта должна обеспечивать полное заполнение ковша за один раз. |
||
|
Устройство выемок |
Экскаватор прямая лопата |
Устройство котлованов глубиной до 4 м., более 4 м работа уступами. Объем ковша 0.15…0.65 м 3 по срезке защитного слоя. |
|
|
Экскаватор обратная лопата |
Устройство траншей и небольших котлованов глубиной до 4 м. Объем ковша около 0.5 м 3 |
||
|
Драглайн |
Глубокие котлованы до 20 м. |
||
|
Устройство узких и глубоких котлованов, колодцев. |
|||
|
Бульдозер-экскаватор обратная лопата, драглайн. |
Небольшие котлованы с перемещением грунта до 100 м, срезаемого слоями по 0.6…0.8 м, с последующей погрузкой в автосамосвалы. |
||
|
Многоковшовые экскаваторы. |
Устройство траншей глубиной до 3.5 м и шириной до 0.85 м. Траншеи устраиваются только с вертикальными стенками. |
||
|
Устройство насыпей, земляного полотна |
Бульдозер |
Высота насыпи в пределах 1.5м. Грунт берется из бокового резерва в пределах 100 м от насыпи. |
|
|
При работе по "эллипсу" высота насыпи составляет порядка 1.5 м при дальности транспортирования 1000 м. По "восьмерке", соответственно, 6 м и 2000 м, а по зигзагообразной схеме 6 м. и продолжительность неограниченна. |
|||
|
Высота насыпи порядка 1 м, при протяженности до 3000 м. размер захватки 300 м. |
|||
|
Экскаватор драглайн |
Размеры насыпи не ограничены. Обязательно уплотнение грунта. |
