6.6. Проектирование и расчет экскаваторных забоев

При проектировании экскаваторных забоев необходимо решить следующие задачи:

• определить формы и размеры всех элементов экскаваторного забоя и всех экскаваторных проходок;

• разбить поперечное сечение разрабатываемой выемки или котлована на экскаваторные проходки, установить количество их и размеры;

• установить пути движения транспорта и места их стоянки под погрузкой;

- определить места расположения отвалов и их размеры. Запроектированный экскаваторный забой должен удовлетворять

следующим требованиям:

- минимальное количество проходок;

• высота забоя достаточная для заполнения ковша за одно черпание. Нормальная высота забоя приведена в ЕНиР (1, §2-1-8);

• минимальный угол поворота стрелы.

Определение размеров проходок

1. Разработка первичной торцевой проходки с двухсторонними отвалами при движении по оси проходки (по прямой) (рис. 6.4, а).

На основе первого и третьего условий можно составить два уравнения:

34

35

(6.11)

(6.12) неизвестными в уравнениях являются В и Н_от.

2. При глубоких котлованах (Н >3 м) и несвязных грунтах ширина первой проходки при движении по оси получается малой. Для увеличения ее перемещение экскаватора принимается по зигзагу. Возможная ширина проходки по верху при этом может достигать (l,5-2)R_p - при двухсторонних отвалах и (1,2-1,3)R - при одностороннем. Все размеры проходок и отвалов уточняются на основе вышеуказанных трех условий.

3. Разработка первичной торцевой проходки с односторонним отвалом (рис. 6.4). Для увеличения возможной ширины проходки ось рабочего хода экскаватора смещается в сторону отвала (но не дальше подошвы откоса забоя).

По аналогии с предыдущим составим два уравнения:

(6.13) (6.14)

где R_b — радиус резания.

Аналогично находится параметры забоя и отвалов при разработке вторичной торцевой проходкой в односторонний отвал (рис. 6.4.г) из уравнений:

(6.15)

(6.16)

4. При благоприятных гидрогеологических условиях (сухая подошва забоя) рекомендуется разрабатывать выемку поперечно-челночным и продольно-челночным способами с установкой самосвалов на дно котлована (рис. 6.5). Благодаря уменьшению угла поворота и высоты подъема и опускания ковша, длительность цикла экскавации сокращается на 15-20 %.

6.7. Разработка котлованов экскаваторами, оборудованными прямой лопатой

При устройстве котлованов число проходок и их параметры устанавливают расчетом с обеспечением наименьших затрат времени на выполнение рабочего цикла экскавации.

Высота забоя должна быть не более максимальной высоты резания и не меньше размера, обеспечивающего наполнение ковша (6.22).

Таблица 6.22

Наименьшая высота забоя, обеспечивающая заполнение ковша экскаватора, м

Рабочее	Группа	Вместимость ковша экскаватора, м
оборудова-	грунта
ние экска-		0,25	0,5	0,75	1,0	1,5	2,0	3,0
ватора
Прямая		1,5	1,5	2,5	3,0	3,0	2,5	2,5
попата	III	2,5	2,5	4,5	4,5	4,5	4,0	4,0
	IV	3,0	3,5	5,5	6,0	6,0	6,0	6,0
Обратная	1,11	1,2	1,5	1,8	2,2
попата	III	1,8	2,0	2,0	3,0

Узкие котлованы шириной по верху до 1,5R (наибольшего радиуса резания) разрабатывают лобовой проходкой с односторонней погрузкой грунта в транспортные средства, при ширине от 1,5 до 1,8 - с двусторонней подачей транспортных средств. Наибольшая ширина лобовой проходки при перемещении экскаватора по прямой составит (м):

(6.17)

где R_on - оптимальный радиус резания, принимаемый равным от 0,8 до 0,9 наибольшего радиуса резания; 1_п - длина рабочей передвижки экскаватора, принимаемая равной 0,75 длины рукояти экскаватора. Ширина проходки по низу (м):

(6.18)

где r_ct- радиус резания на уровне стоянки экскаватора.

Котлованы шириной от 2,0 до 2,5 R целесообразно разрабатывать уширенной лобовой проходкой с перемещением экскаватора по зигзагу с двусторонней или односторонней погрузкой, а при ширине до 3,5 R -

36

37

поперечно-лобовой проходкой с двусторонней погрузкой грунта в транспортные средства.

Ширина зигзагообразной лобовой проходки по верху составляет (м):

В =2B+2R=2+2R , (6.19)

3 ст'

где В₃ — ширина зигзагообразной лобовой проходки, м.

Котлованы шириной более 3,5 R после первой лобовой проходки продолжают далее разрабатывать одной или несколькими боковыми проходками; при этом максимальная ширина каждой боковой проходки равна (м):

(6.20)

В₆=В+В₃=В₁₊0,7К_ст!

где В₆ - ширина боковой проходки, м.

При разработке забоя шириной от 1,2 до 1,3 R экскаватор устанавливают ближе к одному из откосов выемки таким образам, чтобы между его противовесом и откосом выемки во всех положениях поворотной платформы оставалось расстояние в 1 м, а автосамосвалы для погрузки грунта подают параллельно оси перемещения экскаватора вдоль другого откоса.

Если ширина забоя составляет от 1,8 до 1,9 R, то экскаватор с прямой лопатой устанавливают на оси забоя, а транспортные средства подают поочередно вдоль обоих откосов выемки. Для уменьшения угла поворота платформы разработку грунта необходимо производить в той части забоя, где установлен автосамосвал.

Разработку глубоких котлованов (забой выше максимальной высоты резания экскаватора) осуществляют уступами (ярусами). В начале разрабатывается пионерная траншея лобовым забоем с погрузкой грунта в автосамосвалы, находящиеся на верхней бровке котлована. В этом случае максимальное превышение уровня стоянки транспортных средств над уровнем стоянки экскаватора (м):

(6.21)

h= h_B-h_T-h₃,

где h_o — наибольшая высота выгрузки, м (рис. 6.6.); Ь_т~ высота транспортных средств (табл. 6.23); h₍ — запас по высоте на возможную нагрузку грунта выше бортов транспортных средств, равный 0,8 м.

Рис. 6.5. Экскаваторные забои драглайнов: а, в - разработка первично- торцевой проходкой с двухсторонним

отвалом;б - разработка первичной торцевой проходкой с односторонним отвалом; г - установка самосвалов на дно котлована

В дальнейшем разработку котлована производят боковым забоем продольными проходками с подачей транспортных средств сначала по дну пионерной траншеи (рис. 6.6), а затем по дну котлована. При этом ширина первой боковой проходки равна (м):

Таблица 6.23 Эксплуатационные показатели автосамосвалов

Показатели	Марка самосвала
	ГАЗ-93А	зил- 205, зил- 585	МАЗ-205, МАЗ-503	ЯАЗ- 222, КрАЗ- 222	МАЗ -525	МАЗ-530 БелАЗ-530
Высота транспорт­ного средства, м Ширина транспорт­ного средства, м	1,80 2,10	1,89 2,29	1,99 2,64	2,33 2,70	2,50 2,80	2,57 2,85

(6.22)

где В = В - гаН, а ширина каждой последующей проходки, (м):

38

(6.23)

где В" — ширина каждой последующей проходки; 1_П - длина рабочей передвижки экскаватора.

Для установки экскаватора в забой, въезда и выезда автомобильного транспорта устраиваются траншеи с уклоном 0,1... 0,15, ширину которой принимают от 3,0 до 3,5 при одностороннем движении и от 7, до 7,5 м ппи пвустоооннем.

Разработка котлованов и траншей экскаваторами, оборудованными обратной лопатой и драглайном

Наименьшую высоту забоя для обратной лопаты принимают согласно ЕНиРЕ 2-1, а для экскаваторов с оборудованием драглайн минимальная глубина забоя должна составлять от 0,15 до 0,2 длины стрелы.

Применение боковой проходки позволяет отсыпать грунт от траншеи на большее расстояние, но при этом ширина проходки по верху выемки не превышает наибольшего радиуса копания, а глубина 0,75 -наибольшей глубины копания. Лобовая разработка забоя дает возможность разрабатывать траншею большей глубины и ширины.

Максимальная ширина лобовой проходки по верху (рис. 6.7) при односторонней выгрузке грунта составляет, (м):

(6.24)

где R_max - наибольший радиус резания, м; 1_п - длина рабочей передвижки экскаватора, м; r_t— наибольший радиус выгрузки грунта в транспортные средства, м; Ь_к — ширина транспортных средств (табл. 6.23) или отвала грунта, м.

При двусторонней выгрузке грунта (м):

(6.25)

где R - наибольший радиус резания; Ь_к - ширина транспортных средств (табл. 6.23).

Ширина проходки по низу, м:

(6.26) где m — коэффициент откоса; Н - высота забоя, м.

Разработку драглайном широких и глубоких котлованов, как и при работе с прямой лопатой, выполняют уступами (ярусами) и ширина первой проходки определяется по предыдущим формулам, а каждый последующий (м):

(6.27)

где r_h - радиус резания по дну котлована при наибольшей его глубине, м

(рис. 6.8).

(6.28)

(6.29)

где Н - глубина котлована, м; Ь_щ - высота до оси пяты стрелы, м; b -расстояние от оси пяты стрелы до оси вращения экскаватора, м.

Размеры забоев для драглайна определяется так же, как и для обратной лопаты, только величина рабочей передвижки принимается равной 1/5 длины стрелы экскаватора.

Схемы движения экскаватора, размеры отвалов, а также способы выгрузки грунта в отвал или на транспортные средства определяется в зависимости от габаритов разрабатываемой выемки (рис. 6.9,а).

40

Если сумма наибольшего радиуса резания

экскаватора, то его следует ставить по оси траншеи, при этом место для размещения отвала грунта с одной стороны траншеи будет достаточно.

Если сумма то экскаватор необходимо

сместить от оси траншеи в сторону отвала грунта на

(6.30)

41

где а ~ расстояние от края траншеи до края отвала; Ь - ширина отвала.

В этом случае экскаватор будет передвигаться зигзагом с выгрузкой грунта в двухсторонний отвал.

Размеры отвала определяем из условия:

(6.31)

где fo - площадь поперечного сечения отвала; F_Tp"" то же, траншеи; F^ - то же, траншеи; К_лр ~ коэффициент первоначального разрыхления грунта.

Высота и ширина отвала по низу при угле естественного откоса = 45 равны:

(6.32)

(6.33)

Если h + 0,5 м окажется больше максимальной высоты выгрузки экскаватора Н_т, то размер отвала необходимо определить по схеме (рис. 6.9,6)

Тогда ширина отвала по верху равна, (м):

B' = (F₀-h₀m)/h₀, (6.34)

где Ь₀ - высота отвала, принимается равной Н_т - 0,5 м; m - коэффициент откоса, принимаемый для насыпного грунта равным 1. Ширина отвала по низу (м)

6.8. Уплотнение грунтов

Уплотнять грунты укаткой можно при помощи катков на пневмошинах, решетчатых и кулачковых, а также транспортных и землеройно-транспортных машин.

Катками с гладкими вальцами укатывают грунты главным образом на завершающей стадии уплотнения верхнего слоя насыпи, который может служить основанием дорожной одежды, а также насыпного основания под полы промышленных объектов.

При уплотнении слоя рыхлого грунта, отсыпанного драглайном, необходимо провести его подкатку легким катком на пневмошинах без загрузки балластом или при пониженном давлении на шинах. Предварительная подкатка грунта не требуется, если насыпь отсыпается автосамосвалами, тракторными тележками или скреперами.

42

43

Кулачковые катки рекомендуется применять для уплотнения глины, суглинков и глинистых грунтов с примесью щебня и гравия, а также комковатых грунтов. Применять кулачковые катки для уплотнения песков, сланцевых глин и сильно увлажненных глинистых грунтов не рекомендуется. Не следует применять кулачковые катки для до уплотнения уже сравнительно плотных грунтов, особенно при недостаточной их влажности.

Для работы прицепных катков необходимо подготавливать участок отсыпанного слоя длиной 100-200 м. Увеличение фронта укатки повышает производительность работы катков и снижает стоимость уплотнения грунта. Затраты времени и денежных средств на уплотнение грунта зависят от протяженности фронта работ. Однако надо иметь в виду, что при увеличении длины участка, подготавливаемого под укатку, в сухую и жаркую погоду грунт интенсивно теряет влажность.

На больших площадях при выполнении работ по вертикальной планировке территории застройки используют схему движения катков по замкнутому кругу. На насыпях, где невозможны разворот катка и устройство съездов (въездов), применяют челночную схему движения. В этом случае трактор в конце участка отцепляют от катка и прицепляют к нему с другой стороны.

Для предотвращения обрушения грунта в откосной части насыпи и сползания катка под откос первые два прохода делают на расстоянии не менее 1,5 м от бровки откоса, а затем, смещая каждый последующий проход катка в сторону бровки откоса примерно на 0,5 м, укатывают края насыпи. После уплотнения откосной части насыпи укатку следует продолжать круговыми проходами от краев к середине насыпи.

Насыпи из резервов возводят бульдозерами попеременно на двух смежных захватах. На одной захватке отсыпают слой грунта и разравнивают, а на другой уплотняют грунтоуплотняющими машинами. При отсыпке насыпей несколькими бульдозерами их работу следует организовать на небольшом фронте так, чтобы уплотнение грунта вести одной грунтоушготняющей машиной.

При использовании самоходных катков для уплотнения связного грунта в зоне, прилегающей к отдельно стоящим фундаментам или другим подземным конструкциям, рекомендуются самоходные катки с гладкими вальцами, оборудованные кулачковыми бандажами, а для уплотнения несвязных грунтов - виброкатки. Уплотнение грунта следует производить параллельными проходами, сначала вдоль пролетов сооружения, а затем в поперечном направлении.

При уплотнении самоходным катком грунта обратной засыпки в стесненных условиях уплотняемый грунт разравнивают малогабаритным

бульдозерам, а в особо стесненных местах - вручную. Грунт вначале уплотняют трамбовками по обеим сторонам фундамента, а затем ходками катка, челночным способом - полосами, перекрываемыми по 0,1 м.

Уплотнение грунтов транспортными средствами возможно при соблюдении следующих требований: 1) обязательное послойное разравнивание грунта и его планировка под проектную отметку; при выполнении этих работ должны быть обеспечены нормальная работа машин, занятых на разравнивании и планировке грунта, и бесперебойно-безопасное движение автотранспорта с грунтом; 2) ширина полосы на которой производят отсыпку грунта, должна обеспечивать его равномерную укатку транспортными средствами; 3) длина полосы, на которой производят отсыпку грунта, должна обеспечивать заданное число проходов транспортных средств по грунту.

Послойная отсыпка грунта, возможны при кольцевой езде машин или с разворотом их на насыпи. С этой целью делят на две равные полосы насыпь.

Ширину уплотняемых полос насыпи определяют из расчета, чтобы след задних колес автомашины ложился рядом со следом задних колес ранее прошедшей автомашины. При таком условии сплошная укладка слоя полосы насыпи возможно при ее ширине, например, для самосвалов МАЗ-205 и ЗИЛ-585 соответственно 4,1 и 3,4 м. Эти значения ширины полос должны быть увеличены по условиям техники безопасности со стороны откоса насыпи на 0,5 м и с противоположной стороны на 0,25 м. Таким образом, минимальную ширину насыпи из расчета двух полос надлежит принимать, при движении автосамосвалов МАЗ-205 и ЗИЛ-585, соответственно 4,1 и 3,4 м. Эти значения ширины полос должны быть увеличены по условиям техники безопасности со стороны откоса насыпи на 0,5 м и с противоположной стороны на 0,25 м. Таким образом, минимальную ширину насыпи из расчета двух полос надлежит принимать, при движении автосамосвалов МАЗ-205 и ЗИЛ-585, соответственно 10 и 9,5м.

Верхний слой насыпи уплотняют грунтоугототняющей машиной. Въезды на насыпь для автосамосвалов устанавливают с уклоном 1:5, съезды - с уклоном не круче 1:2,5. Ширина въездов и съездов должна быть не менее 3,5 м.

Эксплуатационную производительность грунтоуплотняющих машин можно определить по формуле

(6.35)

где в - ширина уплотняемого слоя, м; е - величина перекрытия предыдущего слоя(обычно 0,15-0,20 м); h - толщина уплотняемого слоя,

44

м; 1 - длина уплотняемого слоя, м; v - средняя скорость уплотняющей машины (0,5 - 1,0) мин; п - число проходов по одному слою.

Тип уплотняемой машины и количество их определяется по сменному потоку укладываемого в насыпь грунта. Так же определяется необходимость специальных грунтоуплотняющих машин или возможность использования работающих на площадке бульдозеров в качестве тягачей прицепных катков.

Такими же методами определяется потребность в машинах для производства подготовительных и вспомогательных работ (рыхление, разравнивание грунта), отделочных земляных работ (окончательная планировка площадки и откосов).