Технология стр. пр.. Головное издательство издательского объединения

• Название: Головное издательство издательского объединения
• Анкор: Технология стр. пр..doc
• Дата: 13.12.2017
• Размер: 18.72 Mb.
• Имя файла: Технология стр. пр..doc
• Тип: Документы; #11230
• страница: 9 из 45

Глава в

ПРОИЗВОДСТВО ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

§ 1. Общие сведения

Основными свойствами сезонно-мерз-лых грунтов являются повышенная ме­ханическая прочность, наличие пласти­ческих деформаций, пучинистость и по­вышенное электросопротивление. Прояв­ление этих свойств и глубина промерза­ния зависят в основном от длительности

промерзания (рис. III.21, а), темпера­туры, влажности и вида грунта.

Помимо указанных факторов, глубина промерзания грунтов йщ, зависит и от силы ветра, толщины снежного покрова, характера естественного по­крова (трава, пахотная земля, торф, кам­ни, дорожные покрытия и т. д.), а также теплопроводности, влажности и уровня грунтовых вод.

Экскаваторный забой промерзает с кровли и откоса забоя, а также непо­средственно с лобовой части его. В связи с этим разработка мерзлого грунта одно-



Рис. III.21. Изменение глубины промерзания и свойств мерзлых грунтов:

а — изменение глубины промерзания ft™, в зависимости от длительности промерзания; б — изменение свойств мерзлого грунта в зависимости от глубины промерзания; в — схема промерзания экскаваторного забоя; г — изменение удельного сопротивления копанию по глубине мерзлого слоя; 1 — распределение температуры в грунте; 2 — пластические деформации; 3 — пучение; 4 — механическая прочность; 5 — электросопротивление; 6 — снежный покров: 7 — мерзлый грунт; 8 — незамерзший грунт; I...IV— направления копания грунта;

KS , К*)Р . /fp— удельные сопротивления копанию мерзлого слоя соответственно в верхней, средней части м м ^гт и талого грунта
ковшовыми экскаваторами производится по четырем схемам (направлениям дви­жения ковша): / — вдоль мерзлого слоя (при различной глубине внедрения ков­ша от открытой поверхности); // — по­перек мерзлого слоя (в пределах его); /// — поперек мерзлого слоя (начиная с немерзлого грунта, т. е. с подбоем); IV— под углом к мерзлому слою в от­косе забоя (рис. III.21, в).

С понижением температуры механиче­ская прочность грунта, а также удельное сопротивление резанию и копанию резко возрастают (в 5—8 раз). Поскольку тем­пература мерзлого грунта изменяется по глубине h_Up, соответственно изменяются прочностные характеристики грунта: наибольшие значения удельного сопро­тивления копанию Kfmимеют место в верхней, наружной части мерзлого слоя и наименьшие — на границе мерзло­го и немерзлого (талого) грунта (рис. III. 21, г).

В тех случаях, когда помимо кровли уступа промерзает и откос забоя экска­ватора (рис. III.21, в), устанавливается долевое участие мерзлых грунтов в забое ■ X, %, по выражению

*=■—------_ш----, (Ш.М)

где S_M и 5 — площадь мерзлоты в забое и общая площадь забоя; Н и В — высо­та и ширина забоя, м.

По известному значению удельного сопротивления копанию в немерзлом (та­лом) состоянии Kft, МПа, можно оп­ределить удельное сопротивление копа­нию в поверхностной (наиболее промерз­шей) части мерзлого слоя Kf™-

/Сл. = /СлМейпр+1), (Ш.63) >,где k_cx— коэффициент, зависящий от нсхемы копания мерзлого слоя в забое |(рис. III.21, в); при переходе от / к IV|схеме изменяется от 1 до 0,5; е — коэф-Ьфициент, зависящий от влажности грун-ров (для грунтов влажностью до = 3... |.. 22 % е = 0,09ау).

Для глинистых и суглинистых грун-ов удельное сопротивление копанию иерзлого слоя Kfu, МПа, одноковшовы-экскаваторами типа прямая и обрат-ая лопата может быть вычислено так-по известному значению относитель-плотности грунта С, определенной

ударником ДорНИИ:

Кр* = 0,008С&сх. (Ш.64)

Для неоднородных забоев (сложенных из грунтов с различными прочностными свойствами) целесообразно определить средневзвешенное значение удельного сопротивления копанию:

К? = КгЛ + Kft(1 - %)• (Ш.65)

В этом случае неоднородный забой ха­рактеризуется средневзвешенной груп­пой грунта, согласно которой принима­ются соответствующие нормы выработки и производительность экскаватора.

При разработке грунтов I...VI групп обратными и прямыми лопатами вели­чины Kf (Kfm) составляют:

Группа грунта Г II III

Кр(К_р) 0,03...0,13 0,13...0,22 0,22..03

Группа грунта IV V VI

K_F(K_F) O.3...0,41 0,41...0,45 >0,45

Мерзлые грунты в силу своей повы­шенной механической прочности и со­противления копанию (разрушению) ус­ложняют производство земляных работ в зимних условиях и ограничивают воз­можность применения землеройных и землеройно-транспортных машин.

Для установления области возможного использования экскаваторов и другого оборудования (статических и динамиче­ских рыхлителей и т. п.) на мерзлых грунтах, особенно в очень прочных, не­обходимо выявить их технические воз­можности для непосредственной разра­ботки мерзлого грунта.

Допустимая для разработки одноков­шовыми экскаваторами глубина мерзлого слоя может быть ориентировочно опре­делена из эмпирического выражения

Ад = a_xElk^, (III.66)

где а_х— коэффициент, зависящий от группы грунта в немерзлом состоянии. Для грунтов I_III групп, разрабаты­ваемых прямой или обратной лопатой, коэффициент а_хизменяется от 0,5 до 0,3; Е — вместимость ковша, м³.

При работе драглайнов разработка мерзлого слоя может производиться только по II...IVсхемам, т. е. поперек или под углом к мерзлому слою. Вели­чина Лд определяется по формуле (II 1.66), но значения коэффициента а_х

принимаются в 2 раза меньше по сравне­нию с прямыми и обратными лопатами.

Допустимая глубина разработки мерз­лого грунта Лд при работе траншейных роторных экскаваторов определяется в зависимости от номинального удельного усилия копания /Cf, модели экскаватора и конструкции рабочего органа. Ротор­ные экскаваторы со значениями ICf2> ;> 1...1.4 МПа могут вполне эффективно разрабатывать мерзлые грунты с глу­биной промерзания 1,5...2 м. Несколько меньше возможности разработки мерз­лых грунтов имеют цепные многоковшо­вые экскаваторы.

Возможности применения землеройно-транспортных машин на мерзлых грун­тах в значительной степени определяют­ся конструктивным исполнением их ра­бочего органа и обеспечением устойчи­вой работы машины.

Глубина рыхления мерзлого грунта п_лнавесными статическими рыхлителя­ми определяется, в первую очередь, мощ­ностью двигателя трактора, а также кон­структивным исполнением рыхлителя. При использовании тракторов, мощность двигателей которых 150...250 кВт, h_R — = 0,45... 1 м. Применение сверхмощных тракторов (мощность двигателя 400... ...450 кВт) позволяет увеличить глубину рыхления грунтов до 1,5 м.

Без предварительного рыхления раз­работка мерзлых грунтов скреперами и бульдозерами крайне ограничена; глу­бина рыхления — 0,05...0,15 м.

Глубина рыхления мерзлых грунтов динамическими рыхлителями (клин- и шар-молотом, дизель-молотом и др.) &_д = 0,4...0,6 м, а навесными гидромо­лотами — до 2 м (разработка ведется послойно).

При глубине промерзания грунта ftnp ^ йд производительность землерой­ного оборудования понижается. При

/*пр > hiпредварительное разрушение (оттаивание) мерзлого слоя может про­изводиться не на всю величину h_np, a только на /i_p = h_np— h\.

Для эффективной разработки грунтов в зимнее время и подготовки мерзлого слоя глубиной /i_p к экскавации приме­няют следующие основные способы: пре­дохранение грунта от промерзания; меха­ническое разрушение (статическими и

динамическими рыхлителями, блочный способ); взрывное рыхление; оттаи­вание.

§ 2. Предохранение грунтов от промерзания

Грунты, подлежащие разработке в зимнее время, предохраняют от промер­зания различными способами: вспахи­ванием, в том числе с последующим боро­нованием и снегозадержанием; глубоким рыхлением; утеплением теплоизо­ляционными материалами; покрытием быстротвердеющей пеной (пенопластом); введением в грунт химических реагентов (хлористого кальция, хлористого нат­рия и т. п.) и др.

Мероприятия по предохранению грун­тов от промерзания осуществляют позд­ней осенью, перед наступлением замороз­ков, а по предохранению оснований тран­шей и котлованов — немедленно после выемки из них грунта.

Вспахивание и снегозадержание при­меняют в средней полосе СССР для утеп­ления участков грунта, подлежащих разработке в первой трети зимы. Для вспашки верхнего слоя земли исполь­зуют плуги и статические рыхлители.

Одним из эффективных способов пре­дохранения грунтов от промерзания яв­ляется их предварительное глубокое (до 1,5 м) рыхление. Образующаяся при рых­лении гребенчатая поверхность задер­живает снег, который, в свою очередь, также защищает грунт от промерзания.

Глубина промерзания разрыхленного слоя, даже в суровую зиму, значительно меньше глубины промерзания грунта в естественном состоянии (h% 0,5h_np). Порядок разрыхления участков должен быть увязан с последующей его разра­боткой. Глубокое рыхление рекоменду­ется применять для малосвязных (супеси) и гравелистых грунтов на участках, раз­рабатываемых в последнюю треть зимы.

Предварительно грунт рыхлят (позд­ней осенью) экскаватором, оборудован­ным прямой лопатой, а затем раскиды­вают зачерпнутый грунт (рис. II 1.22, а). Сначала лобовой проходкой при работе в отвал роется траншея глубиной 1,3... ...1,5м. Последующей проходкой (боко­вой) эта траншея засыпается грунтом вновь образуемой траншеи и т. д. Таким



Рис. III.22. Предохранение грунта от промерзания и оттаивание мерзлого грунта: it— предохранение грунта методом перелопачивания; б — то же, методом окучивания (/, // — проходки); Е'< — установка для оттаивания грунта жидким топливом; г — схема расположения паровых игл; а — водяная Ьягла; е — электрическая игла; ж — горизонтальные электроды; з — вертикальные электроды для прогрева 1грунта способом снизу-вверх; / — начальная проходка; 2 — оси проходок; 3 — дополнительная проходка; I — топливный бак; 5 — секции короба; 6 — шланг для подачи топлива; 7 — форсунка; 8 — головная сек-■ЯЯ короба; 9 — утеплитель; 10, 11 — наружная и внутренняя стальные трубы; 12 — электронагревательная нхромовая спираль; IS — электроды; 14 — верхний слой утепления; 15 — слой опилок; 16 — мерзлый грунт; 17 — снежный покров; 18 — незамерзший грунт; В и В — ширина котлована и выемки
образом по верху будущего котлована создается слой разрыхленного грунта толщиной 0,3...0,4 м, который задержи­вает на поверхности снег, предохраняю­щий грунт от промерзания. Дополнитель­ная проходка за пределами котлована засыпается. Зимой мерзлая корка разрых­ленного грунта легко разрабатывается экскаватором.

При ширине будущей выемки не более 12 м можно применить окучивание (рис. 111.22, б).

Небольшие поверхности грунта защи­щают от промерзания утеплением тепло­изоляционными материалами (опилками, соломой, сеном, камышитом, шлаком, листьями и т. д.). Площадь утепленного грунта, подлежащего разработке в раз­ные месяцы зимы, должна иметь соот­ветственно разную толщину слоя утеп­ляющих материалов, определяемую по соответствующим формулам.

Все более широкое применение в каче­стве теплоизоляционного материала находит быстротвердеющая пена, наноси­мая на поверхность грунта с наступ­лением устойчивой отрицательной тем­пературы воздуха. Быстротвердеющая пена (пенопласт) обладает высокой по­ристостью и в замерзшем виде хорошо предохраняет грунт от промерзания. Слой пены толщиной 30...50 см отдаляет начало замерзания грунта на полтора-два месяца. Толщину пенопласта можно принимать из расчета 10... 15 см на 1000 градусо-дней отрицательной температу­ры. Пену приготовляют и наносят с по­мощью пеногенерирующих установок.

Химический способ предохранения грунта применяется в условиях средней и южной полосы страны, где температу­ра на поверхности грунта под слоем сне­га не опускается ниже —15 °С. Осенью соль (технический хлористый натрий или хлористый калий) укладывают на очищенную поверхность грунта или вно­сят в грунт на глубину 10...25 см ин­фильтрацией соляного раствора с поверх­ности, а также инъецированием его в грунт (при наличии тяжелых глинистых грунтов). Требуемое количество водного раствора солей и их концентрацию оп­ределяют расчетом.

Агрессивное воздействие солей на стро­ительные конструкции и повышенная электропроводимость пропитанных со-

лями грунтов, усиливающая влияние -блуждающих токов на подземные соору­жения, ограничивают применение хи­мического способа предохранения грун­тов от промерзания (и оттаивания).

§ 3. Оттаивание мерзлых грунтов

Оттаивание мерзлых грунтов приме­няют при отрыве небольших котлованов, участков траншей, вводов, вблизи под­земных сооружений, трубопроводов и кабелей, в труднодоступных местах и стесненных условиях, во время ведения аварийных и ремонтных работ.

Теплота, получаемая от источника, может распространяться:

по поверхности грунта от нагревателя, размещенного на ней (поверхностное от­таивание);

в радиальном направлении от нагрева­теля, размещенного в шпуре в мерзлом слое грунта (радиальное оттаивание);

к поверхности грунта от нагревателя, размещенного ниже слоя мерзлого грун­та (глубинное оттаивание);

в нескольких направлениях от нагре­вателей, расположенных в любой зоне мерзлого грунта или на поверхности (комбинированное оттаивание).

Оттаивание грунта твердым и жидким топливом. Наиболее простым, но мало­эффективным способом является отогрев грунта сжиганием под металлическим ко­робом торфа, каменного угля, щепы и т. п.

Режим процесса оттаивания мерзлого грунта состоит из воздействия тепла на грунт в течение 7...8 ч и периода акку­муляции тепла (16... 18 ч). Для оттаива­ния 1 м³ грунта расходуется 120... ...140кг торфа, 30...60 кг угля, 0,15м⁸ дров.

Более экономичным при разработке траншей является оттаивание грунта жидким топливом с помощью соответ­ствующих установок (рис. II 1.22, б). Топ­ливо (соляровое масло) поступает по шлангу самотеком из бака к форсунке, установленной впереди головного ко­роба. У сопла форсунки топливо распы­ляется и факелом сжигается. Участок длиной 8 м и шириной 1 м установка оттаивает за 6.. .8 ч на глубину 20.. .30 см. Затем установка перемещается на со­седний участок, а на поверхность прогре­того грунта насыпают опилки слоем

до 30 см. За счет аккумуляции тепла через 10... 12 ч грунт оттаивает на глу­бину 0,7...0,8 м. Расход топлива — 4... ...5 кг на 1 м³ грунта.

Если к установке пристроить венти­лятор, то образуется факел длиной 7... ...8 м; производительность такой установ­ки составляет 40 м оттаявшего грунта за смену при расходе топлива 17 кг/ч. Оттаивание грунта паровыми, водя­ными и электрическими иглами. Источ­ником тепла служат стационарные или передвижные установки. В предвари­тельно пробуренные шпуры (скважины) на глубину, не доходящую до талого го­ризонта на 10... 12 см, устанавливают иглы.

Паровые иглы располагают в шахмат­ном порядке (рис. II 1.22, г) на расстоя­нии друг от друга, равном толщине ото­греваемого слоя, и выдерживают их под паром от 2...3 ч (песчаные грунты) до 4...6 ч (глинистые грунты). После этого делают перерыв на 1...2 ч, а затем вновь пускают пар. Отогретый участок покры­вают утепляющим материалом (опилки, листья и т. п.).

В водяные циркуляционные иглы (рис. III.22, д) горячая вода поступает по тру­бопроводам. После прохождения группы игл теплоноситель — вода — возвраща­ется в котельную установку для следую­щего подогрева. При этом способе рас­ход тепла больше, чем при паропро-греве.

Электрические иглы (рис. III.22, е) при разработке небольших котлованов ста­вят в центре каждого котлована, при разработке узких траншей — по оси на расстоянии 1 м друг от друга, при раз­работке широких траншей — в шахмат­ном порядке на расстоянии, равном глу­бине промерзания, при разработке боль-гших котлованов — в шахматном поряд-!ке на расстоянии 1... 1,5 м. Электриче-I ские иглы включают в сеть переменного |тока напряжением 220 В последователь-|но группами.

Оттаивание грунта электродами и на-|гревателями. Оттаивание мерзлых грун-|тов может производиться с помощью убинных электродов (рис. III.22, з), зготовляемых из круглой арматурной тали диаметром 16...20 мм или труб диа-гром 25...50 мм, заостренных с одного онца. Электроды вставляют в пробурен-

ные скважины или забивают отбойными пневматическими или электрическими молотками. Расстояние между рядами электродов Ъ = 0,86а, где а — 0,4... ...0,8м — расстояние между электродами в ряду.

Электроды вставляются или забивают­ся на глубину 5... 10 см ниже мерзлого слоя. Электрический ток, пройдя по та­лому грунту под мерзлым слоем (мерз­лый грунт плохо пропускает ток), выде­ляет тепло, которое аккумулируется и оттаивает вышележащие слои мерзлого грунта.

Трубчатые электронагреватели

(ТЭНы) и коаксиальные нагреватели обыч­но используются при радиальном оттаи­вании. ТЭНы изготовляются из стальных бесшовных трубок диаметром 8...12 мм, внутри которых находится спираль из нихромовой проволоки диаметром 0,6 мм и длиной 20 м. Пространство между труб­кой и спиралью заполняется прессован­ным периклазом, обладающим хорошей теплопроводностью. ТЭНы отличаются несложностью конструкции и быстротой оттаивания грунта, но при их исполь­зовании необходимо укрывать поверх­ность.

Коаксиальные нагреватели состоят из двух труб, помещенных соосно одна в другую и заваренных с одного конца. Зазор между трубами заполняется квар­цевым или речным просушенным песком и заливается жидким стеклом. Напря­жение подводится к трубам через контактные пластины. Коаксиальные на­греватели конструктивно просты, без­опасны и несложны в эксплуатации, но скорость и радиус оттаивания ими грун­та меньше, чем ТЭНами.

Оттаивание следует чередовать с тер­мосным выдерживанием. В частности, продолжительность первого периода про­грева составляет 6... 12 ч, термосное вы­держивание — 3...6 ч. Такой цикл (про­грев и термос) в зависимости от глубины промерзания и физико-механических свойств грунта повторяют 2—3 раза.

При производстве работ по оттаива­нию мерзлых грунтов рационально ме­жду нагревателями оставлять некоторые зоны непрогретого грунта с толщиной стенок, позволяющей их разработку не­посредственно экскаваторами. Это дает возможность сократить энергоемкость

оятаивания на 40...50 %. При ручной разработке необходимо, чтобы грунт от­таял полностью.

§ 4. Рыхление и разработка мерзлых грунтов

Для рыхления мерзлого грунта меха­ническим способом используются:

при разработке котлованов — машины ударного действия (динамические рых­лители), навесные (статические) рыхли­тели и землеройно-фрезерные машины, баровые машины для нарезки мерзлых грунтов на блоки;

при разработке траншей — машины ударного действия, дисковые экска­ваторы и фрезерные машины, баро­вые машины, роторные и цепные экскаваторы со специальным рабочим оборудованием, а при небольших объе­мах — сменное рабочее оборудование на гидравлических экскаваторах (пневмо-молоты и гидромолоты);

при планировке площадки — навесные (статические) рыхлители, машины удар­ного действия, а при малых объемах ра­бот — сменное рабочее оборудование на гидравлических экскаваторах (пневмо-молоты и гидромолоты).

Разработка мерзлых грунтов машина­ми ударного действия. При разработке, котлована комплект машин может со­стоять из рыхлителя МНС-2 (машины непрерывного скола) и гидравлического экскаватора Э-3015А, оборудованного обратной лопатой с ковшом вместимос­тью 0,5 м³. Рабочие органы рыхлителя в виде двух клиньев при ударах по ним падающих грузов, двигающихся по на­правляющим, заглубляются в мерзлый грунт на глубину до 1,1 м, скалывая его. Ширина разрабатываемой полосы — от 1,5 до 3 м.

Имея задел разрыхленного грунта не менее чем на половину смены, включает-

ся в работу экскаватор, двигаясь вслед за машиной МНС-2 с постоянным интер­валом, что исключает смерзание раз­рыхленного грунта.

Грунт можно рыхлить дизель-молотом С-222 с клином, закрепленным на экска­ваторе Э-652Б, с последующей разработ­кой грунта экскаватором, оборудован­ным прямой или обратной лопатой (рис. II 1.23, а).

При сравнительно небольших по объ­ему котлованах и траншеях грунт рых­лят с помощью навесного оборудования одноковшовым экскаватором в виде мо­лотов свободного падения. Молот может иметь форму шара, действующего по принципу дробления, или клина, скалы­вающего грунт. Производительность экс­каватора, работающего с клин- или шар-молотом, не превышает 60 м³ мерзлого грунта за смену. Недостатком рыхления грунтов этим способом является чрез­мерный расход стальных канатов и повы­шенные нгжелательные динамические на­грузки на узлы экскаватора.

В последние годы динамические рых­лители вытесняются гидромолотами (ГПМ-120, СП-71, СП-62 и др.), навеши­ваемыми в качестве сменного рабочего оборудования на гидравлические экска­ваторы. Гидромолотами можно рых­лить не только мерзлые, но и скальные грунты, асфальтобетонные покрытия и т. п. Мерзлый грунт разрабатывается слоями толщиной 40...60 см при про­изводительности от 5...6 до 20...25 м³/ч (в зависимости от типа гидромолота).

Разработка мерзлых грунтов статиче­скими рыхлителями. В последние годы стали применять сменное навесное обо­рудование ЭРМГ-1 и ЭРМГ-2 (экскава­торные рыхлители мерзлого грунта од­ностороннего и двухстороннего дей­ствия). Это гидравлические механизмы захватно-клещевого типа статического действия, которые впервые в практике

выполнения земляных работ позволили совместить операции по рыхлению мерз­лого грунта с обычной экскавацией.

Отсутствие ударно-динамических воздействий на грунт позволило исполь­зовать гидравлические экскаваторы ЭО-4121 с навесным оборудованием ЭРМГ-1 и ЭРМГ-2 в самых разнообраз­ных условиях, практически охватывая всю номенклатуру земляных работ, спе­цифичных для строительства в стеснен­ных условиях, вблизи действующих под­земных коммуникаций, наземных строе­ний и предметов (деревья, столбы и т. п.). Опыт эксплуатации экскаваторов ЭО-4121 со сменным навесным оборудо­ванием ЭРМГ-1 и ЭРМГ-2 показал их высокую эффективность не только при разработке мерзлых грунтов, но и на выполнении специальных работ: раз­рушении монолитных бетонных соору­жений и асфальтобетонных дорожных по­крытий, снятии и укладке дорожных плит, разборке конструкций старых зданий при сносе, выполнении погру-зочно-разгрузочных работ с длинномер­ными и другими грузами (бревна, трубы и т. д.) без применения дополнительных грузоподъемных средств.


Рис. III.23. Схемы рыхления и разработки мерзлого грунта:

а — разработка экскаватором с предварительным рыхление» мерзлого слоя дизель-молотом; б — то же, с рез­кой на полосы многоковшовым экскаватором, оборудованным режущими цепями — барами; в — подготовка мерзлого грунта к разработке навесным тракторным рыхлителем; г — схема механического рыхления грунтов навесным рыхлителем; д — мелкоблочный способ разработки прямой лопатой; е — то же, обратной лопатой для траншей; ж — то же, для котлована; з — крупноблочный способ разработки е использованием кранов; и —' то же, с помощью тракторов; / — экскаватор Э-652Б; 2 — дизель-молот; 3 — мерзлый грунт; 4 — недобран­ный грунт; 5 — шаги передвижки; 6 — места стоянок экскаватора; 7 — многоковшовый экскаватор; 8 — та­лый грунт; 9 — участок, подготовленный к экскавации; 10 — подготавливаемый участок (нарезка щелей); 11 — ненарезанные щели в мерзлом грунте; 12 —■ начало рыхления; 13 — навесной тракторный рыхлитель; J4 — диагональные проходки; IS— продольные проходки; 16 — неразрушенный грунт после первой проход­ки рыхлителя (ft₉ — эффективная, ft_g — максимальная глубина рыхления); 17 — строительный кран; 18 —

клещевой (фрикционный) захват; 19 — трактор
В настоящее время на строительстве объектов используются мощные навесные тракторные рыхлители не только отечественного (на базе трактора ДЭТ-250М), но и зарубежного производ­ства (фипмы «Катерпиллар», «Комацу» и др.) После освоения выпуска на Че­боксарском заводе промышленных трак­торов с двигателем мощностью 370 кВт (Т-500) и более, оснащенных навесными статическими рыхлителями, этот способ рыхления мерзлых и трещиноватых скальных грунтов будет одним из пре­обладающих в строительстве.

Расстояние между проходками (ряда­ми) статического рыхлителя с_х(рис. III. 23, г) определяют в зависимости от размеров максимальных мерзлых кус­ков не более /_д:

С! = /_д + Ь,

где Ъ — ширина нижней части прорези, которая зависит от ширины наконечника рыхлителя b_tи степени трещиноватости пород. Для мерзлых грунтов Ь = (1,5... ...2) V Глубину заглубления зуба рыхлителя

Н₃принимают в зависимости от свойств грунта и мощности бульдозера (до 0,8... ...1,2 м); при Л_Пр < Лд рыхление «роив-водят одним слоем, а при Нщ, > h_a— послойно.

Глубина эффективного рыхления мерз­лого грунта при параллельных проходках рыхлителя

/г_эф = kyh₃— 0,5 (q — b) tg a,

где k_x= 0,75...0,9 — коэффициент, учи­тывающий форму поперечного сечения прорези; h₃— заглубление зуба рыхли­теля, м; а — угол расширения прорези (обычно 45...60°).

При перекрестных (под углом 60...90") проходках рыхлителя с расстоянием меж­ду смежными проходками с₂ = (1,2... 1,5) с_х глубина эффективного рыхления А^> — = h₃. Перекрестные проходки выпол­няются в тех случаях, когда размеры кусков при параллельных проходках превышают /_д или не обеспечивается тре­буемая глубина эффективного рыхления.

Разработка мерзлых грунтов блоками заключается в том, что монолитность мерзлого грунта нарушается с помощью нарезки его на блоки (полосы) землерой­ными машинами ДФМ-ГПИ-50, ЭТ-352, БЭТУ, ЭР-4, ЭТН-251 или тракторами (Т-100, Т-130, «Беларусь» и др.), обо­рудованными дисковыми пилами или барами (рис. III.23, б).

Мелкоблочный метод разработки мерз­лых грунтов целесообразен при устрой­стве небольших котлованов и траншей (вводов), при работе в стесненных усло­виях с погрузкой грунта в автотранспорт или укладкой в отвал. Для погрузки мерзлых блоков и разработки талого грунта применяют экскаваторы, обору­дованные прямой лопатой с ковшом вместимостью 0,65 м³ и более (рис. III. 23, д).

При глубине промерзания до 1,3 м траншеи и котлованы можно разрабаты­вать обратными лопатами с ковшом вме­стимостью 0,65 м³ и выше при условии нарезания полос через 0,4...0,5 м баровой машиной. При ширине траншеи до 2 м достаточно сделать только продольные прорези вдоль траншеи; при большей ширине выполняют и поперечные про­рези под углом 30°, нарезая при этом блоки в виде ромбов. При рытье котло­ванов полная площадь разрабатывается

несколькими торцовыми проходками (рис. 111.23, е, ж).

Крупноблочный метод рекомендуется для разработки небольших котлованов в мерзлых грунтах, а также вблизи зда­ний, когда недопустимо сотрясение грун­та, неизбежное при ударном и вибро­ударном рыхлении мерзлого грун­та.

При этом методе блоки массой 4... 10 т отрываются и сдвигаются от талого ос­нования бульдозерами (рис. II 1.23, и), затем погружаются кранами в самосвалы со снятым задним бортом (рис. III.23, з). Отрыв блоков от талого грунта облег­чается внецентренностью их строповки клещевыми захватами. Подъем блоков можно производить через несколько смен после нарезания щелей, поскольку раз­рыв между блоками не смерзается.

Выемку разбивают на две захватки: на первой нарезают щели однобаровой машиной, на второй убирают краном блоки и подчищают бульдозером осно­вание.

Взрывной способ рыхления мерзлых грунтов наиболее эффективен при глу­бине промерзания свыше 0,8 м. Рыхле­ние обычно ведется с использованием шпуровых и щелевых зарядов и, реже,— скважинных (при п_пр> 2 м), котловых и мелкокамерных зарядов.

Разрабатываемую выемку делят на захватки: на первой разрыхленный грунт разрабатывают экскаватором; на второй, где грунт также разрыхлен, работы согласно условиям безопасности не производят; на третьей ведут буровые и взрывные работы.

Технология рыхления мерзлых грун­тов с применением шпуровых и щелевых зарядов описана в разд. IV, гл. 2, § 4.

При обратной засыпке котлованов и траншей в зимнее время пазухи между стенками котлована и возведенными в нем фундаментами надо засыпать грун­том, содержащим мерзлых комьев не более 15 % общего объема засыпки; за­сыпать пазухи внутри зданий мерзлым грунтом запрещается.

При прокладке трубопроводов тран-' шею на 0,5 м выше трубы засыпают |немерзлым (талым) грунтом. Верхнюю I часть траншеи можно засыпать мерзлым грунтом, не содержащим комьев разме­нами более 5... 10 см. Для засыпки тран-

шей в пределах проездов с твердым по­крытием применять мерзлый грунт нельзя.

Глава 7

КОМПЛЕКСНАЯ МЕХАНИЗАЦИЯ

И ПОТОЧНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

§ 1. Общие принципы формирования комплектов машин

Комплексная механизация земляных работ предусматривает выполнение ос­новных и вспомогательных процессов с помощью комплектов машин, увязанных между собой по технологическому на­значению, производительности и экс­плуатационным параметрам и обеспечи­вающих заданные темпы и сроки выпол­нения работ. Отдельные машины ком­плекта работают как единая система, выполняя операции в последовательном порядке непрерывным потоком.

В комплекте имеются одна или не­сколько ведущих машин, осуществляю­щих основной процесс — разработку грунта, и вспомогательные машины для предварительного разрыхления, транс­портирования, разравнивания и уплот­нения грунта, профилирования поверх­ностей и т. п. В отдельных случаях со­вокупность основных и вспомогательных процессов может быть механизирована одной машиной, например скрепером, производящим выемку, транспортиро­вание, укладку и частичное уплотнение грунта. Ведущая машина определяет производительность комплекта и, в из­вестной мере, его состав и организацию работ. Основные параметры принятых машин — вместимость ковша, грузо­подъемность самосвала и др.— увязы­вают так, чтобы наиболее полно исполь­зовать все машины, и прежде всего ве­дущую.

Состав комплекта машин зависит от вида земляного сооружения, объема ра­бот, характеристики грунта, заданных сроков, а также условий производства работ, к которым относятся: распределе­ние земляных масс на участках разра­ботки, дальность перемещения грунта, рельеф местности, время года и пр.

При подборе машин комплекта исходят из эффективности их использования на определенном виде работ. Например, для разработки котлованов и траншей прежде всего учитывают основные техни­ческие параметры машины, обеспечиваю­щие заданную ширину и глубину выемки, способы выгрузки грунта и требуемую производительность, соответствующую объему работ.

При экскаваторных работах следует отдавать предпочтение гидравлическим экскаваторам со сменным рабочим обору­дованием в виде различных ковшей, за­хватов, рыхлений и т. д., а также экскава­торам-планировщикам, которыми помимо разработки грунта можно зачищать и планировать дно котлованов и траншей,

устраивать откосы, кюветы и террасы. Во влажных грунтах хорошо себя за­рекомендовали сменные ковши конст­рукции КИСИ с^цепным днищем, на ко­торое не налипает грунт вследствие по­движности цепей.

Предпочтение следует также отдавать машинам с автоматическим управлением рабочими процессами, например экскава­торам со следящими системами, которые обеспечивают устойчивую работу приво­да и обработку поверхности дна траншеи с допуском ±25 мм (многоковшовые экс­каваторы), автогрейдеры с аппаратами «Профиль-1» или «Профиль-П», стабили­зирующие угол наклона отвала. На буль­дозерах, оборудованных системами «Ав­топлан» и на скреперах с системами «Ста-



Рис. III.24. Поточное производство земляных работ:

а — схема производства работ по возведению дамбы тремя экскаваторами в комплекте с самосвалами; б — по­точное производство работ по возведению плотины; в — график зависимостей приведенных затрат от глубины выемки при производстве работ разными машинами; / — самосвал; 2 — экскаватор; 3 — оси проходки экска­ваторов; 4 — вешки; 5 — бульдозер; 6 — поливочная машина; 7 — каток в прицепе с трактором
билоплан» при работе двигателя на опти­мальном режиме регулируются толщина и профиль срезаемой стружки.

Для обеспечения непрерывности ра­боты машин в комплекте и наиболее эф­фективного использования ведущих ма­шин производительность вспомогатель­ных звеньев должна быть равна или не­сколько выше (на 10... 15 %) эксплуата­ционной производительности ведущего звена. Например, при скреперной раз­работке

U_pN_p> U_TN_T> ВД, < П_б#_б < U_KN_K,

(111.67)

где П_р, П_т, П_с, П_б, П_к — производитель­ность рыхлителя, трактора-толкача, скре­пера, бульдозера и катка, м³/смену; N_p, yV_T, N_c, N₆, N_K— соответственно ко­личество машин.

В зависимости от конкретных условий число ведущих и вспомогательных машин бывает разным, некоторые звенья могут отсутствовать; кроме того, ведущие ма­шины могут быть расположены в начале, середине или в конце механизированного потока.

При условии минимизации продолжи­тельности строительства земляные рабо­ты следует выполнять с предельно эко­номически обоснованным насыщением объекта машинами (рис. II 1.24, а, б), работающими в две-три смены. Для этого количественное соотношение между ос­новными и вспомогательными машинами (экскаваторами и самосвалами, скрепе­рами и тракторами-толкачами и др.), исходя из необходимости наилучшего их использования, рассчитывают матема­тическими методами, в частности по тео­рии массового обслуживания. Эти методы позволяют подобрать для комплекта оп­тимальный состав машин, каждой из ко­торых будет обеспечена полная загрузка. Так, при объемах работ в десятки тысяч кубометров и удалении насыпи на 3 км целесообразен комплект из трех экскава-,' торов с 20 самосвалами. Подсчитано так-j-же, что при скреперных работах ком-»плект из трех-четырех звеньев по четыре |самоходных скрепера с трактором-толка-ом в каждом или колонна из 16...20

реперов с тремя толкачами обеспечи-г заданный ритм и достижение наилуч-

их технико-экономических показа-

лей.

Выбор метода производства работ, а также окончательный выбор комплекта машин производят на основании сравне­ния технико-экономических показателей вариантов: приведенных удельных затрат Пу.з на 1 м³ земляных работ, трудоемко­сти разработки 1 м³ грунта д_еи продол­жительности работ Т.

Приведенные удельные затраты на 1 м³ земляных работ, руб.,



где С_о— общая себестоимость разработ­ки грунта, руб.:



здесь 1,08 и 1,5 — коэффициенты наклад­ных расходов к прямым затратам и зара­ботной плате; С_м._ч. — себестоимость 1 маш.-чг-й машины (i= 1,2,.... /г), руб.:

С_ы._ч=-^- + -^ + С_я>(111.70)

где Сед — единовременные расходы на до­ставку, монтаж и демонтаж машины, руб.; С_г — годовые затраты, включаю­щие амортизацию и капитальный ремонт машин, руб.; Т_ои Т_г— число часов ра­боты машины на объекте и в году; С_э— текущие эксплуатационные расходы, ис­численные на 1 ч и включающие зара­ботную плату машинистов, стоимость энергоматериалов, техническое обслужи­вание и текущий ремонт, руб.;

С_д — дополнительные затраты, свя­занные с организацией работ (устройст­вом и содержанием временных дорог, во-допонижением и др.), руб.; 3 — заработ­ная плата рабочих, выполняющих руч­ные процессы, руб.; Е_н—нормативный коэффициент экономической эффектив­ности капитальных вложений; K_t— ба­лансовая стоимость /-й машины, участ­вующей в механизированном процессе, руб.; V— объем грунта, м³.

Трудоемкость разработки 1 м³ грунта, чел.-ч,

q_e = Q/V, (111.71)

где Q— затраты труда на обслуживание машин, вспомогательные и подготови-

тельные работы, чел.-ч:

Q= £ т«ехТо. +

+ £ Д(. + <7р_Уч + <7п,в; (Ш.72)

здесь /л_мех. — число рабочих, управляю­щих 1-й машиной; <7_м,д,. — единовремен­ные затраты труда по доставке на пло­щадку, монтаж и демонтаж i-й машины, чел.-ч; q_py4— общие затраты труда на, ручные операции, чел.-ч; q_n,_B— общие затраты труда на подготовительные и вспомогательные работы, чел.-ч.

Продолжительность выполнения рабо­ты принимают по графику строительного процесса.

По технико-экономическим показате­лям можно получить граничные выгодные условия применения того или иного комплекта машин. Например, в зависи­мости приведенных затрат от глубины разрабатываемой выемки (рис. II 1.24, в) до 4,5 м экономически целесообразно применение полуприцепных самоходных скреперов Д-357Г, глубже — экскавато­ров Э-1252 в комплекте с самосвалами КрАЗ-222.

§ 2. Организация поточного производства работ

Земляные сооружения возводят на основании рабочих чертежей и в соот­ветствии с .ППР, составной частью кото­рого являются технологические карты, где указаны способы, последовательность и графики выполнения процессов, раз­бивка на участки и захватки, размещение машин и пути движения транспорта, тре­буемые материально-технические ресур­сы, а также мероприятия по технике без­опасности.

Работы по устройству земляных соору­жений выполняют поточным методом. Например, при производстве земляных работ по строительству производствен­ного здания самостоятельными потоками осуществляют отдельными комплектами машин планировку площадки, отрывку общего котлована и отдельных котлова­нов для фундаментов колонн, рытье траншей для прокладки подземных ком­муникаций.

До планировки площадок в зонах бу­дущих насыпей прокладывают инженер-

ные сети и возводят фундаменты здания. Если это невозможно, участки оставляют временно незасыпанными. В зонах буду­щих выемок котлованы и траншеи уст­раивают по окончании планировки пло­щадок.

Число захваток должно соответство­вать числу одновременно выполняемых процессов, а размеры их определяться требуемым фронтом работ,для ведущих машин. При возведении линейных сооружений, например насыпей (рис. III.24, б), процессы одновременно выполняются на четырех захватках (участках): на первой грунт отсыпают, на второй послойно разравнивают, на третьей увлажняют, на четвертой по­слойно уплотняют.

Длину захватки, м, определяют по формуле

L₃ = klUjV, (111.73)

где k— модуль цикличности, принимае­мый равным одной смене (продолжитель­ность отсыпки грунта на одной захватке); / — длина земляного сооружения, м; П_э — производительность экскаватора по разработке грунта, м³/смену; V— объем земляного сооружения, м³.

Аналогично можно рассчитать и длину захваток траншей, каналов и др.

При разработке выемки скреперами в зимних условиях площадь захватки F, м², рассчитывают так, чтобы в забое глубина замерзшего слоя не превышала 5...10 см:

Fs^k(m_c)tbLlV_r, (III.74)

где 2П_С — суммарная производитель­ность комплекта скреперов, м³/смену; t— время, сут, в течение которого раз­рабатываемый грунт успеет промерзнуть на глубину 5... 10 см; b, L— ширина и длина полосы резания, м; V_r— объем грунта в плотном теле, перевозимый за один цикл, м³.

В зависимости от размеров захватки, принятой для ведущих машин, опреде­ляют объемы работ для остальных про­цессов и составы звеньев машин для вы­полнения каждого из них. Если произво­дительность вспомогательной машины очень высока и ее полностью нельзя ис­пользовать, вспомогательную машину надо заменить универсальной, выполня­ющей несколько процессов. Например,

при планировке площадок нецелесообраз­но применять рыхлитель, поскольку его производительность составляет 4700... ...9300 м³/смену и обеспечить его достаточ­ным фронтом работ в условиях обычной строительной площадки невозможно. В этом случае, пользуясь бульдозером с прицепным оборудованием (рыхлителем и катками) как универсальной машиной, можно поочередно разрыхлять грунт в зоне выемки, разравнивать и уплотнять его на участке насыпи, сохраняя при этом размеры захваток соответствующи­ми сменной производительности звена ведущих машин.

Непрерывность процессов разравнива­ния и уплотнения грунта можно обеспе­чить применением колесного трактора с уширенными пневмоколесами и бульдо­зерным оборудованием (рис. III.25, а).

Большегрузные самоходные скреперы, производя земляные работы, могут уп­лотнять грунт без снижения производи­тельности на отсыпке при условии соблю­дения определенной технологии произ­водства работ (рис. III.25, б).

При значительном фронте работ, когда в пределах отдельных захваток процессы протекают быстро, их выполняют сразу на нескольких захватках.



Рис. III.25. Организация процесса производства земляных работ:

а — совмещение процессов разравнивания и уплотнения грунта бульдозером; б — то же, отсыпки и уплотнения грунта скреперами; в — циклограмма устройства котлована экскаватором, оборудованным прямой лопатой; г — то же, экскаватором, оборудованным обратной лопатой или драглайном; / — участок отсыпки; 2 — скрепер; 3 — бульдозер; 4 — карты Ътсыпки; 5 — карты уплотнения; 6 — направления движения скреперов к насыпи;

7 — то же, к забою; 8 — разбивка котлована; 9 — экскавация грунта; 10 — транспортирование грунта; // _

рытье траншей; / ... IV— последовательность отсыпки и уплотнения грунта скреперами
При производстве земляных работ пре­дусматривают максимальное совмещение процессов, выполняемых машинами и бригадами рабочих. Начало выполнения отдельных процессов зависит от способов и условий производства работ с учетом требований техники безопасности. Так, одновременно с разработкой выемки экс­каватором по условиям безопасности по­следующие процессы можно выполнять вне радиуса действия экскаватора.

Примером влияния способа и условий принятой технологии может служить рытье траншеи (для фундаментов) в кот­ловане. При разработке котлована экска­ватором, оборудованным прямой лопа­той, к копанию траншеи приступают лишь после окончания работы экскава­тора и прекращения движения транс­портных средств по дну котлована (рис. II 1.25, е). В случае разработки котлована экскаватором с обратной лопатой или драглайном и подачи транспортных средств поверху рыть траншеи для фун­даментов можно сразу же после проходки экскаватора, вне радиуса его действия (рис. II 1.25, г).

§ 3 Контроль качества и приемка земляных работ

Контроль качества земляных работ за­ключается в систематическом наблюде­нии и проверке соответствия выполняе­мых работ проектной документации, тре­бованиям СНиПов, инструкций и руко­водств по специальным видам работ. Для этого организуют повседневный опера­ционный контроль качества работ, кото­рый осуществляется производителем ра­бот и мастером с привлечением предста­вителей лаборатории грунтов и геодези­ческой службы.

Основным документом при осуществле­нии операционного контроля являются схемы операционного контроля, включаю­щие: эскиз земляного сооружения с вы­ноской допускаемых отклонений и ос­новных требований к качеству; перечень подлежащих контролю операций с ука­занием лиц, осуществляющих контроль, состава контроля (что именно проверяет­ся), способа контроля (как и чем прове­ряется), времени контроля (когда и как часто); указания о привлечении к провер-

ке данной операции строительной лабора­тории, геодезической службы и т. п.

В процессе возведения насыпей, в том числе и при планировке площадей, пред­варительно изучают строительные свой­ства грунтов, предназначенных для уст­ройства этих сооружений. Контролиру­ют толщину и степень уплотнения от­сыпаемых слоев, влажность грунта, ритм работы машин по укатке. Плотность грунта проверяют лабораторным иссле­дованием отбираемых проб. Прогрессив­ным является радиоизотопный метод измерения плотности и влажности, ко­торый основан на поглощении грунтом радиоактивных изотопов в зависимости от его физико-механических свойств.

Особенно важно тщательно наблюдать за качеством грунтов и их уплотнением в зимних условиях. Количество мерзлого грунта не должно превышать установ­ленных пределов.

При устройстве временных сооруже­ний (котлованов, траншей) проверяют горизонтальную привязку, правильность разбивки осей, вертикальные отметки. Случайные переборы грунта, т. е. снятие его ниже проектных отметок, заполняют грунтом, однородным вынутому, с после­дующим уплотнением его, а в особо от­ветственных случаях — тощим бетоном.

При намыве площадей ведется конт­роль пульпы и сбросной воды, а также грунта, укладываемого в сооружение.

На законченные части земляных соору­жений, в том числе на скрытые работы, составляют акты, которые вместе с ис­полнительными чертежами, результата­ми лабораторных" испытаний грунтов, журналами работ и другими документа­ми предъявляют во время технической сдачи-приемки объекта.

Приемка насыпей и выемок заключае­тся в проверке в натуре положения зем­ляного сооружения, его геометрических размеров, отметок дна, устройства водо­отвода, степени уплотнения грунтов.

При приемке работ по планировке площадок и территорий следует удосто­вериться в том, что отметки и уклоны со­ответствуют проектным, нет переувлаж­ненных участков и местных просадок грунта.

Принимая котлованы и траншеи, про­веряют соответствие проекту их разме­ров, отметок, качества грунта в основа-

нии, правильность устройства крепле­ний. После освидетельствования выпол­ненных работ разрешается устраивать фундаменты, укладывать трубы и т. д.

§ 4. Охрана труда при производстве земляных работ

Земляные работы разрешается выпол­нять только по утвержденному проекту производства работ.

В зоне расположения действующих подземных коммуникаций земляные ра­боты производят по письменному разре­шению соответствующих организаций и в присутствии их представителя. В не­посредственной близости к электрокабе­лям, газопроводам, напорным водово­дам запрещается применение ударных инструментов (ломов, кирок, клиньев). Грунт разрабатывают только лопатами.

В случае обнаружения подземных со­оружений, не предусмотренных проек­том, работы приостанавливаются до по­лучения дополнительных указаний.

Для спуска рабочих в котлованы и ши­рокие траншеи пользуются стремянками шириной не менее 0,75 м с перилами, а в узкие траншеи — приставными лестни­цами.

В пределах призмы обрушения вдоль

верхней бровки котлованов и траншей нельзя размещать материалы, устанав­ливать строительные машины и допус­кать их движения.

Экскаваторы во время работы должны стоять на спланированной поверхности. Погрузка автомашин производится так, чтобы ковш подавался со стороны заднего или бокового борта. Проносить ковш над кабиной запрещается. Образующие­ся при разработке грунта «козырьки» сразу же срезаются.

При работе бульдозеров запрещается: перемещать грунт на подъем более 15° и под уклон более 30°, выдвигать отвал за бровку откоса выемки при сталкива­нии грунта. При совместной работе с экскаватором не допускается нахожде­ние бульдозера в радиусе действия стре­лы.

При разработке грунта гидромонито­рами вблизи населенных пунктов терри­торию ограждают и устанавливают пре­дупредительные надписи, а в ночное вре­мя освещают.

Земляные работы с разработкой вые­мок во влажных грунтах, с устройством водопонижений, оттаиванием грунтов, рыхлением ударным способом и в других особых случаях выполняют при соблю­дении указаний ППР и специальных правил по технике безопасности.