Технология разработки скальных грунтов вручную. Способы разработки грунта. Стоимость аренды экскаваторов для разработки грунта

В ходе строительных и горных работ разработка грунта традиционно осуществляется одним из трех способов: резание, гидромеханический разрыв, взрывным методом.

Инженер делает выбор в пользу конкретного метода исходя из предстоящих объемов работ, характера грунтовых почв, имеющихся в распоряжении технических средств разработки и т. д.

Если с рытьем котлована под строительство загородного дома запросто может справиться маленьких экскаватор, то при добыче полезных ископаемых необходимо задействовать целый комплекс машин и механизмов. Причем большинство из этих средств производства не будут напрямую задействованы в разработке грунта. Их предназначение - обслуживание процесса добычи и обеспечение бесперебойности работ.

Характеристика грунтов

Грунт - это верхний слой земной коры, образованный выветриваемыми горными породами. В зависимости от плотности и по происхождению, грунты можно классифицировать на:

• Скальные (такой грунт устойчив к воздействию влаги, предел прочности более 5 МПа). К данной категории относят гранит, известняк, песчаник.
• Полускальные (предел прочности до 5 МПа). Например: глина, гипс, мергель.
• Крупнообломочные - несцементированные обломки полускальных и скальных пород.
• Песчаные (представляют собой дисперсные (до 2 миллиметров в диаметре) частицы горных пород).
• Глинистые (мелкодисперсные (0,005 миллиметров в диаметре) частицы породы).

Разработка грунта вручную в траншеях - довольно трудоемких процесс. Он в принципе не может осуществляться при разработке скальных пород.

В состав грунтов включены твердые части, вода, а также различные газы (скапливаются в порах). Влажность грунта - величина, которая характеризует отношение массы жидкости к массе твердых тел в единице объеме. Она может варьироваться в широком диапазоне и может принимать значение от одного (песок) до двухсот процентов (ил на дне водоемов).

Грунт в процессе разработки увеличивается в объеме. Это происходит за счет образования пор и полостей. Величина изменения объема характеризуется коэффициентом разрыхления (отношение объема, занимаемого грунтом до проведения работ, к объему, который грунт занимает после разработки). С течением времени плотность разрыхленного грунта уменьшается (природное уплотнение). Возможно также осуществление принудительного уплотнения грунта с использованием тяжелой строительной техники. Плотность такого грунта приближается к первоначальной, хотя и несколько меньше. Данной разницей можно пренебречь, тем более что с течением времени и она исчезнет, а сам грунт полностью восстановит свои свойства (состарится).

Механические свойства грунтов (прежде всего, это прочность и способность деформироваться) зависят от состава и характера связи между частицами. В процессе разработки связи разрушаются, в ходе уплотнения - восстанавливаются.

Разработка резанием

Для разработки грунта данным способом используются землеройно-транспортировочные и землеройные машины.

В процессе работы режущий инструмент испытывает очень значительные фрикционные и механические нагрузки. В таких условиях обычная конструкционная таль долго не выстоит. Поэтому режущая кромка рабочего органа усиливается элементами из металлокерамики или специальными сталями. Композиционные металлокерамические пластинки наиболее эффективны в работе. Но и стоимость их довольно высока. Поэтому чаще всего ковши усиливаются напайными электродами из износостойких сплавов. Помимо всего прочего, такой ковш обладает эффектом самозатачивания в ходе работы за счет более ускоренного износа части ковша из обыкновенной стали.

Такие машины срезают определенный слой грунта. Срезанная масса по специальному транспортеру поступает на отвал либо же сразу высыпается в кузов самосвала для вывоза в карьер или на другие стройки. Под эту категорию подпадает разработка грунта экскаватором.

Типы экскаваторов

В зависимости от конструкции и параметров ковша, экскаваторы делятся на следующие типы:

• одноковшовые;
• роторные и цепные (многоковшовые);
• фрезерные.

Самым распространенным является одноковшовый тип экскаватора. Данный тип машины является широкоуниверсальным, обладает очень хорошей маневренностью. Оптимальный полезный объем ковша - от 0,15 до 2 метров кубических. Разработка грунта экскаватором (одноковшовым) с более массивным и вместительным ковшом экономически нецелесообразна, так как гидравлика и механическая часть оборудования часто выходят из строя из-за большой нагрузки.

Также, в зависимости от механизма привода, землеройные машины подразделяются на гусеничные и автомобильные. Существуют и так называемые шагающие экскаваторы, а также пневмоколесные экскаваторы. Однако на практике такие машины встречаются крайне редко, если вообще попадаются на глаза. Даже опытные строители, и то не все могут похвастаться, что работали когда-либо на одном объекте с данным типом машин.

Работа одноковшового экскаватора

Данный тип экскаватора может вести разработку грунта как боковой, так и прямой проходной. В первом случае экскаватор осуществляет работы вдоль оси перемещения. Грунт при этом сваливается в кузов грузовика, который подъезжает с другой стороны.

Во втором случае работы ведутся впереди экскаватора, а транспортные средства для загрузки подаются сзади.

Если необходимо получить значительную выемку грунта на большую глубину, то альтернативы механизированной разработке грунта нет. Все работы осуществляются путем разработки в несколько этапов (ярусов). Ярус не превышает технологические возможности конкретной модели экскаватора по глубине выемки.

Работа многоковшового экскаватора

Данный тип машин является ярким примером механизма непрерывного действия. Поэтому, разумеется, производительность такого экскаватора на порядок выше производительности обычных одноковшовых машин. Но следует сказать, что подобное оборудование применяется лишь при строительстве масштабных объектов. Для разработки грунта в траншее малых размеров данный тип техники абсолютно непригоден: очень дорогое обслуживание, очень большой расход топлива.

Рабочие ковши могут фиксироваться на цепи или на роторе. Отсюда и происходит название экскаваторов: цепные и роторные.

Данный тип экскаватора может применяться при разработке грунта 2 группы. Хотя на практике известны случаи, когда такие машины с легкостью справлялись с грунтами 1…3 групп. Почва должна быть сравнительно чистой, без больших камней и мощных пней.

Разработка землеройно-транспортными машинами

Одна машина за один рабочий цикл осуществляет извлечение породы, ее перемещение на небольшие расстояния. К таким машинам относятся скреперы, грейдеры, а также бульдозеры.

Для осуществления масштабных работ используются скреперы. Данные машины очень производительны, могут применяться в условиях грунтов 1…4 типа. Однако, несмотря на невероятную мощность, скреперу не под силу плотные грунты. Поэтому такие почвы предварительно необходимо взрыхлить. За один проход данная машина может снять слой грунта толщиной до 320 миллиметров. Конкретная величина зависит от мощности, формы ковша и модели скрепера.

Нижняя часть ковша скрепера оснащена ножом. Это не тот нож, которым большинство людей режет продукты на кухне. В данном случае приварена полоса из стойкой к истиранию и самоупрочняющейся

Бульдозеры используются для проведения работ на небольших глубинах и на большой протяженности. Также данный тип машин используется для зачистки и разравнивания дна грунта которых велась крупногабаритными экскаваторами.

На глубину бульдозер перемещается по ярусам. Глубина яруса равна величине слоя, который может снять машина за один проход. Очень важно, чтобы рабочее перемещение бульдозера осуществлялось под уклоном. Это позволит несколько разгрузить силовые агрегаты и минимизировать вероятность выхода из строя техники.

Грейдеры имеют малую мощность и потенциальные возможности. Используются в большей степени для проведения декоративных работ: устройство насыпей и откосов, осуществления планировочных работ.

Описание и область применения гидромеханической разработки

В данном случае о разработке грунтов вручную не может быть и речи. Впрочем, как и с использованием землеройных машин. Область применения весьма обширна: от создания искусственных водохранилищ до строительства дорог. Технология позволяет также намывать территории под жилую и промышленную застройку в заболоченных и прибрежных районах, подверженных паводкам. Все процессы механизированы. Данный способ разработки грунта требует создания особой инфраструктуры, что делает целесообразным его использование лишь при очень больших предстоящих объемах работ.

Гидромеханическая разработка с применением гидромониторов

Суть данного способа разработки заключается в следующем: грунт вымывается струей воды под большим давлением (порядка 15 МПа). Получаемая грязевая масса (на сленге профессионалов - пульпа), изначально скапливается в промежуточных резервуарах, а уж оттуда помпами подается по трубопроводу в нужное место.

Со временем влага полностью испаряется, и образуется плотный слой грунта. Если его уплотнить катком, то такая почва становится вполне пригодной для строительства путей сообщения (автомобильных и железных дорог).

Большим технологическим преимуществом такого способа является возможность вести разработку грунтов практически любой категории сложности.

Гидромеханическая разработка с применением землесосных снарядов

При осуществлении работ на дне водоемов разработка грунта вручную, как и с использованием традиционных землеройных машин, исключается. Необходимы специальные суда.

Землесосным снарядом называется плавательное средство, оснащенное специальным оборудованием. Мощная помпа качает размытый грунт со дна водоема и транспортирует его по трубопроводу либо в трюм судна, либо на вспомогательное транспортное судно, либо мощной струей выбрасывает далеко от места выемки грунта.

Подобные землесосные снаряды нашли применение при углублении и расчистке фарватеров судов в условиях мелководья, углубления рек с целью обеспечения бесперебойного судоходства, а также при добыче алмазов с шельфа мирового океана.

Грунтовая масса всасывается через трубу. Для всасывания ила и мягкого грунта труба не оснащается дополнительным рыхлителем. Наличие последнего необходимо при разработке плотных грунтов. По трудности разработки данный метод лидирует. Эксплуатация и обслуживания специального транспорта, его стоянка в портовых водах обходится очень дорого. Предъявляются высокие требования к квалификации обслуживающего персонала.

Разработка мерзлых грунтов

Для разработки в условиях вечной мерзлоты, а также для выработки скалистых пород, применяются мощные направленные взрывы. В качестве взрывчатки может использоваться тротил, аммонит и толл.

Взрывчатые снаряды могут размещаться как на поверхности, так и закладываться вглубь в заранее пробуренные отверстия или в природные полости.

Так называемые скважинные заряды применяют при разработке большого по площади бассейна, а также для сбрасывания грунтов. Разрывные снаряды устанавливаются в заранее пробуренные скважины. Минимальный диаметр скважины равен 200 миллиметров. Для увеличения разрушительной силы зарядов, отверстия снаружи засыпаются песком или мелкодисперсной горной породой (образуется при бурении скважин).

Шпуровые заряды применяются в том случае, когда необходимо провести выемку небольшого объема грунта. Возможно осуществлять как при открытой разработке, так и при разработке под землей. Шпуры представляют собой своего рода гильзы. Имеют диаметр от 25 до 75 миллиметров. Они заполняются взрывчаткой максимум на две трети. Оставшееся пространство заполняется горной породой (чтобы получит направленную взрывную волну и достигнуть наибольшего полезного эффекта).

Камерные заряды. Данный тип заряда применяется при необходимости производить выемку значительных объемов грунта путем осуществления направленного выброса. Суть метода заключается в следующем. В зоне выработки обустраиваются вертикальные колодцы или горизонтальные тоннели, в стенах которых бурятся глухие отверстия для закладывания зарядов. После закладки взрывчатки штольни и колодцы засыпаются грунтом (это позволяет увеличить мощность взрыва). Направление выброса обеспечивается неравномерной закладкой взрывчатого вещества. Так, с одной из сторон может быт в несколько раз больше буровых отверстий под заряды. Также с этой целью может применяться рассогласование взрывов.

Так называемый щелевой заряд применяется, в основном, при разработке грунта в условиях вечной мерзлоты. Осуществить направленный выброс такой породы едва ли получится. А вот разрыхлить ее, чтобы в дальнейшем ее можно было убрать бульдозером или экскаватором, вполне реально. Для этого используется инструмент, по принципу действия и по внешнему виду напоминающий дисковую фрезу по металлу. Только, разумеется, такой инструмент имеет куда большие размеры. Такая фреза вырезает своеобразные пазы в грунте на расстоянии до 2,5 метров друг от друга. Взрывчатое вещество закладывается не в каждый паз, а через один - полое незаполненное пространство выступает в роли компенсатора. Взрывная волна дробит грунт, и он смещается в сторону полости. Такие работы требуют тщательной подготовки и детальной проработки проекта.

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™

Таблица ГЭСН 01-02-074 Разработка вечномерзлых грунтов в траншеях и котлованах глубиной до 2 м

Состав работ:

01.Разрыхление вечномерзлых грунтов отбойными молотками (нормы 1-4). 02.Разработка и выбрасывание грунта на бровку. 03.Устройство и разборка полок. 04.Перекидка грунта с полки на бровку. 05.Зачистка стенок и дна траншей котлованов. 06.Откидывание грунта от бровки.

Измеритель: 100 м 3 грунта

Разработка вечномерзлых грунтов в траншеях и котлованах глубиной до 2 м с разрыхлением грунта отбойными молотками:

Таблица ГЭСН 01-02-075 Разработка вечномерзлых грунтов в траншеях и котлованах глубиной до 3 м

Состав работ:

01.Разрыхление вечномерзлых грунтов отбойными молотками (нормы 1-4). 02.Разработка и выбрасывание грунта на бровку. 03.Устройство и разборка полок. 04.Перекидка грунта с полки на бровки. 05.Зачистка стенок и дна траншей или котлованов. 06.Откидывание грунта от бровки.

Измеритель: 100 м 3 грунта

Разработка вечномерзлых грунтов в траншеях и котлованах глубиной до 3 м с разрыхлением грунта отбойными молотками:

Таблица ГЭСН 01-02-076 Разработка вечномерзлых грунтов в траншеях и котлованах глубиной более 3 м с подъемом кранами

Состав работ:

01.Разрыхление вечномерзлых грунтов отбойными молотками (нормы 1-4) или вручную (нормы 5, 6). 02.Выбрасывание грунта с глубины до 1,5 м. 03.Погрузка грунта в бадьи. 04.Подъем грунта с глубины 1,5 м в бадьях краном с выгрузкой грунта. 05.Передвижка кранов.

Измеритель: 100 м 3 грунта

Разработка вечномерзлых грунтов в траншеях и котлованах глубиной более 3 м с подъемом кранами с разрыхлением грунта отбойными молотками, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-077 Засыпка траншей и котлованов

Состав работ:

01.Разрыхление отбойными молотками и вручную ранее выброшенного смерзшегося грунта. 02.Засыпка траншей и котлованов послойно талым и мерзлым грунтом с трамбованием.

Измеритель: 100 м 3 грунта уплотненного

Засыпка траншей и котлованов с рыхлением грунта отбойными молотками, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-078 Разработка вечномерзлых грунтов с разрыхлением грунта отбойными молотками

Состав работ:

01.Разрыхление вечномерзлых грунтов отбойными молотками. 02.Выбрасывание грунта на бровку. 03.Зачистка поверхности дна и откосов. 04.Выверка профиля по шаблону и по визиркам. 05.Разравнивание грунта.

Измеритель: 100 м 3 грунта

Разработка вечномерзлых грунтов с разрыхлением грунта отбойными молотками при устройстве нагорных канав, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-079 Разработка вечномерзлых грунтов с разрыхлением вручную

Состав работ:

01.Разрыхление вечномерзлых грунтов вручную. 02.Выбрасывание грунта за бровку. 03.Зачистка поверхности дна и откосов. 04.Выверка профиля по шаблону и по визиркам. 05.Разравнивание грунта.

Измеритель: 100 м 3 грунта

Разработка вечномерзлых грунтов с разрыхлением вручную при устройстве нагорных канав, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-080 Разработка ям в вечномерзлых грунтах

Состав работ:

01.Разрыхление грунта отбойными молотками. 02.Выкидка грунта из ям.

Измеритель: 100 м 3 грунта

Разработка ям в вечномерзлых грунтах, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-081 Погрузка разрыхленных вечномерзлых грунтов в автомобили-самосвалы

Состав работ:

01.Развалка разрыхленных взрывным способом вечномерзлых грунтов (нормы 1, 2). 02.Разрыхление отбойными молотками смерзшихся ранее выброшенных мерзлых грунтов (нормы 1-5). 03.Погрузка грунта (нормы 1-5).

Измеритель: 100 м 3 грунта

Погрузка разрыхленных взрыванием вечномерзлых грунтов в автомобили-самосвалы, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-082 Планировка площадей в вечномерзлых грунтах

Состав работ:

01.Планировка по данным визировочных отметок поверхности вечномерзлых грунтов со срезкой неровностей и засыпкой углублений, при разрыхлении грунта отбойными молотками.

Измеритель: 100 м 2 спланированной поверхности

Планировка площадей в вечномерзлых грунтах, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-083 Оттаивание вечномерзлых грунтов паропрогревом

Состав работ:

01.Установка паровых игл и защитных колпаков. 02.Пропаривание грунта с периодической подбивкой игл. 03.Извлечение паровых игл из грунта и снятие защитных колпаков.

Измеритель: 100 м 3 грунта

Оттаивание вечномерзлых грунтов паропрогревом, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-084 Теплоизоляция открытых поверхностей торфом

Состав работ:

01.Укладка торфа с разравниванием и уплотнением. 02.Присыпка слоя торфа грунтом.

Измеритель: 100 м 2 поверхности

Теплоизоляция открытых поверхностей торфом, толщина слоя торфа:

Таблица ГЭСН 01-02-085 Теплоизоляция поверхности оснований под насыпи торфом

Состав работ:

01.Укладка торфа с разравниванием и уплотнением.

Измеритель: 100 м 3 теплоизоляции

Таблица ГЭСН 01-02-086 Мощение камнем откосов, горизонтальных поверхностей и дна котлованов

Состав работ:

01.Устройство подстилающего слоя из мха. 02.Устройство теплоизоляции из торфа (нормы 6, 8). 03.Мощение камнем.

Измеритель: 100 м 2 поверхности мощения

Одиночное мощение камнем откосов и горизонтальных поверхностей по мху, толщина слоя:

Одиночное мощение камнем дна и откосов кюветов,толщина слоя 0,15 м:

Двойное мощение камнем дна и откосов кюветов,толщина слоя 0,15 м:

Таблица ГЭСН 01-02-087 Уборка снега со строительных площадок и дорог

Состав работ:

01.Уборка снега механизмами. 02.Очистка вручную мест, недоступных для механизмов, с перекидкой снега на расстояние до 3 м, или погрузкой на транспортные средства (нормы 5, 6).

Измеритель: 1000 м 3 снега

Уборка снега со строительных площадок и дорог:

Таблица ГЭСН 01-02-088 Пробег машин к месту работы

Состав работ:

01.Холостой пробег машин к месту работы.

Измеритель: 1 км холостого пробега

Таблица ГЭСН 01-02-089 Рыхление мерзлого грунта клин-молотом, подвешенным на стреле экскаватора

Состав работ:

01.Рыхление мерзлого грунта клин-молотом с передвижкой экскаватора в забое и в пределах разработки.

Измеритель: 1000 м 3 грунта

Рыхление мерзлого грунта клин-молотом, подвешенным на стреле экскаватора, глубина промерзания до 0,5 м, группа грунтов:

Рыхление мерзлого грунта клин-молотом, подвешенным на стреле экскаватора, глубина промерзания свыше 1 м, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-090 Рыхление мерзлого грунта баровыми установками

Состав работ:

01.Опускание бара в рабочее положение. 02.Нарезка прорезей с заглублением бара. 03.Установка бара в рабочее положение.

Измеритель: 100 м 3 мерзлого грунта в проектном профиле выемки

Рыхление мерзлого грунта однобаровыми установками мощностью 79 (108) кВт (л.с.) при глубине прорези до 0,5 и длине свыше 2 м, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-091 Механизированная разработка скальных грунтов в траншеях шириной 1,3 м и более с зачисткой недобора и выкидкой грунта на бровку

Состав работ:

01.Нарезка продольных прорезей баровой машиной. 02.Послойное рыхление грунтов экскаватором с клин- бабой (толщина слоя 25 см). 03.Смена оборудования экскаватора клин-бабы на ковш “обратная лопата” (и обратно). 04.Сгребание разрыхленного грунтов экскаватором с ковшом “обратная лопата” навылет. 05.Доработка грунтов отбойными молотками.

Измеритель: 100 м 3 грунта

Механизированная разработка скальных грунтов в траншеях шириной 1,3 м и более с зачисткой недобора и выкидкой грунтов на бровку, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-092 Механизированная разработка скальных грунтов при вертикальной планировке и в котлованах баровой машиной и бульдозером

Состав работ:

01.Нарезка продольных и поперечных прорезей баровой машиной. 02.Излом целиков скалы. 03.Доработка грунтов отбойными молотками.

Измеритель: 100 м 3

Механизированная разработка скальных грунтов при вертикальной планировке и в котлованах баровой машиной и бульдозером, группа грунтов:

Таблица ГЭСН 01-02-093 Погрузка вручную неуплотненного мерзлого грунта в транспортные средства из штабелей и отвалов

Состав работ:

01.Погрузка вручную грунта.

Измеритель: 100 м 3

Погрузка вручную неуплотненного мерзлого грунта из штабелей и отвалов в транспортные средства, группа грунтов:

Размер и порядок расчета по возврату труб при укладке дюкеров устанавливается по проектным данным.

2.2. Объем работ по устройству выездов и съездов в котлованы, въездов на насыпи, а также уширению насыпей для разворота автомашин при отсыпке насыпей на болотах следует определять дополнительно.

2.3. Объем работ при механизированной разработке котлованов и траншей при строительстве зданий и сооружений, выемок при строительстве автомобильных и железных дорог, следует определять по проектным данным за вычетом объема недобора грунта.

Объем недобора и способ его разработки следует принимать в соответствии с главой СНиП III-8-76 "Земляные сооружения" и проектом организации строительства.

2.4. При определении объема разработки мокрых грунтов следует считать, что к мокрым грунтам относятся как грунты, лежащие ниже уровня грунтовых вод, так и грунты, расположенные выше этого уровня: на 0,3 м-для песков крупных, средней крупности и мелких, на 0,5 м - для песков пылеватых и супесей и на 1 м- для суглинков, глин и лёссовых грунтов.

2.19. Объемы работ, выполняемых способом гидромеханизации, принимаются:

а) при укладке грунта в отвалы- по проектному объему полезной выемки с учетом допускаемых переборов;

б) при укладке грунта в сооружение или в штабель- по проектному объему земляного сооружения или штабеля с учетом общих потерь грунта.

При намыве первого слоя (яруса) со свободными или пляжными откосами, на заболоченных или затопленных территориях, насыпей с откосами, подлежащими креплению, и в других случаях следует учитывать объем грунта, намытого за пределы проектного профиля, используемого в отдельных случаях для устройства обвалования, оснований под трубопроводы, насыпей подъездных автодорог и технологического уширения гребня. В этом случае намытый за пределы проектного профиля грунт следует учитывать в сметах с отнесением этих затрат на стоимость проектного объема земляного сооружения или штабеля;

в) при укладке грунта в ковш-накопитель (при работе с разрывом технологического цикла) - по объему грунта, укладываемому в ковш-накопитель.

Объем грунта для намыва земляных сооружений, доставляемого средствами речного флота из подводного карьера, следует принимать на 12% больше проектного объема сооружения и с учетом потерь грунта, определяемых в соответствии с указаниями, приведенными в .

2.20 . Общие потери грунта при намыве земляных сооружений (разность объема грунта, разработанного в карьере и проектного объема насыпи штабеля), устанавливаются по проектным данным в соответствии с общесоюзными нормативными документами на возведение земляных сооружений и могут складываться из следующих потерь: на обогащение грунта карьера (при сбросе мелких частиц вместе с водой), на унос грунта течением и волнением воды, на унос грунта ветром, потери при транспортировании пульпы, на вынос грунта за пределы профильного сооружения или штабеля фильтрационной водой, перемывы, допускаемые нормами.

Размеры этих потерь определяются в процентах от проектного объема сооружения или штабеля: а) потери на обогащение грунта карьера - при необходимости его обогащения в соответствии с общесоюзными нормативными документами на возведение земляного сооружения и технологией намыва, следует устанавливать в проекте в зависимости от качества грунта карьера.

При обогащении грунта до подачи пульпы на карту намываемого сооружения к установленному в проекте размеру потерь грунта на обогащение следует дополнительно учитывать потери на сброс грунта с водой в процессе намыва сооружения или штабеля;

б) потери грунта при сбросе вместе с водой через водосбросные сооружения в процессе намыва насыпи, при отсутствии требований на обогащение грунта, следует принимать согласно средневзвешенному грануло-метрическому составу грунта карьера из расчета сброса фракции от 0,05 до 0,01 мм - 10% и фракции менее 0,01 мм - 100%. Размер этих потерь при отсутствии проектных данных следует принимать 3%;

в) потери на унос грунта течением и волнением воды при намыве подводной части насыпи, а также при намыве пойменных насыпей в период подтопления следует определять в проекте в зависимости от направления и скорости течения воды, волнового режима и грануло-метрического состава грунта (при отсутствии данных, ориентировочно следует принимать 1-2%);

г) потери грунта при гидравлическом транспортировании пульпы следует принимать в размере 0,25;

д) потери на вынос грунта фильтрационной водой за пределы проектного профиля следует принимать в размере 0,5% для крупного и средней крупности песка и 1% для мелкого и пылеватого песка;

е) потери на унос грунта ветром и на перемыв проектного профиля сооружения следует определять по п. 5.34 главы СНиП III-8-76 "Земляные сооружения. Правила производства и приемки работ".

При работе землесосных снарядов с разорванным технологическим циклом через ковши-накопители потери грунта определяются для каждого землесосного снаряда отдельно с учетом потерь грунта в каждом ковше-накопителе.

Коэффициенты к сметным нормам

При замерзании воды прочность грунта существенно возрастает (больше у глинистых грунтов, меньше у песчаных). Грунты переходят в категорию мёрзлых; для их успешной разработки требуются дополнительные затраты и специальные технологии.

1. Рыхление.

Механическое:

рыхление прицепным рыхлителем на базе трактора ; толщина слоя до 0,4 м;

рыхление грунта рыхлителем, установленным на стреле экскаватора (рис. 2.59); толщина слоя до 0,8 м;

рыхление гидромолотом, подвешенным на стреле экскаватора. Глубина рыхления до 0,5-0,9 м (рис. 2.60);

Рис. 2.59. Рыхлитель: а – на базе механического экскаватора;

б – на базе гидравлического экскаватора

рыхление крупным сколом. Применяется навесное оборудование ударного действия на базе трактора или экскаватора в виде механического или дизель - клина (клин погружается дизель - молотом). Рыхление ведется сразу на всю глубину мерзлого слоя грунта путем откола крупных кусков без их разрыхления. Этим значительно сокращаются затраты, т.к. не весь объем грунта выемки разрыхляется.

Рис. 2.61. Рыхление грунта крупным сколом:

а – дизель-клин на базе экскаватора; б – механический клин

на базе трактора

Взрывом:

взрыв на дробление (рис. 2.62). Рыхление ведется на всю глубину мерзлого слоя. Используются шпуровые заряды ВВ, располагаемые на расчетном расстоянии друг от друга в шахматном порядке. Для предотвращения разлета кусков грунта используются передвижные защитные экраны, устанавливаемые над местом взрывов (рис. 2.62);

при больших объемах работ используют щелевые заряды ВВ, закладываемые в щели, Расстояние между щелями зависит от рода грунта и толщины мерзлого слоя. Работы ведутся дроблением участков грунта или отколом этих участков целыми фрагментами (рис. 2.63);

Рис. 2.63. Схемы щелевзрывного способа рыхления мерзлых грунтов:

а – двухщелевая; б – трехщелевая: 1– компенсирующая щель; 2 – зарядная

щель; 3 – граница промерзания грунта; 4 – забойка; 5 – заряды ВВ

2. Нарезка грунта на блоки выполняется дискофрезерными или баровыми машинами (рис. 2.64). Используются также цепные пилы, навешенные на экскаватор (рис. 2.65).

Нарезанные блоки мерзлого грунта грузят в самосвал при помощи экскаватора с прямой лопатой или с клещевым захватом (рис. 2.66).

Рис. 2.66. Схема блочной разработки грунта:

а – нарезка щелей баровой машиной; б – метод разработки котлована

с извлечением блоков из забоя строительным краном; в – то же, с извлечением блоков трактором; 1– мерзлый слой грунта; 2 – баровая машина;