2.Разработка грунта механическим способом

Основным способом выполнения земляных работ является механическая переработка грунта. Грунт разрабатывается, перемещается, укладывается, разравнивается, уплотняется с помощью землеройных и землеройно –транспортныхмашин и механизмов.

Производство земляных работ в общем случае состоит из трех процессов: разработка выемки, транспортирование грунта, отсыпка насыпи.Разработку грунта при устройстве выемок различного назначения выполняют в основном механическим, гидромеханическим, взрывным и комбинированным способами. Механический метод основан на применении для разработки, перемещения и укладки грунта, он является основным. Этим способом разрабатывается более 80% грунтов.

Если машина только разрабатывает грунт, она называется землеройной, а если разрабатывает и перемещает грунт, то она называется землеройно – транспортной. К землеройным машинам относят одноковшовые экскаваторы, которые выполняют 45% всего объема земляных работ и канавокопатели.

Землеройно-транспортные машины – скреперы и бульдозерыпредназначены для разработки грунта в выемке, транспортирования его и отсыпки в насыпи.

Землеройно-планировочные машины – прицепные и самоходные грейдеры и бульдозеры предназначены для разработки и планирования грунта.

Наиболее распространенными видами рабочего оборудования экскаватора являются прямая, обратная лопаты, драглайн и грейфер. Процесс разработки грунта экскаватором состоит из нескольких операций:

• резание грунта и заполнение ковша,

• подъем ковша с грунтом,

• поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки,

• выгрузка грунта из ковша,

• обратный поворот экскаватора

• опускание ковша и подача его в исходное положение

Каждый тип экскаватора имеет свои параметры, от которых зависят предельные размеры выемок. К ним относятся:

• максимальная высота копания +H (для экскаватора прямая лопата, знак + показывает, что копание грунта выше стоянки)

• глубина копания (резания) –H

• наибольший и наименьший радиусы копания на уровне стоянки экскаватора R_max,R_min

• радиус выгрузки R_в

• высота выгрузкиH_в.

Рабочая площадка экскаватора называется забоем.Забой – рабочая зона экскаватора, в которую входят:

• площадка на которой находится экскаватор,

• часть массива грунта, разрабатываемого с одной стоянки,

• площадка установки транспорта под погрузку или для размещения отвала.

По окончании разработки грунта в данном забое экскаватор перемещается на новую позицию. Экскаватор и транспортные средства д.б. расположены в забое таким образом, чтобы среднее значение угла поворота экскаватора от места заполнения ковша до места выгрузки было минимальным, т.к. поворот стрелы осуществляется дважды, с грузом и без него.

В зависимости от условий строительной площадки выбор экскаватора начинают с определения вместимости ковша, а также рабочих параметров.

Экскаватор с прямой лопатой используют для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, с погрузкой на транспорт. Разработку грунта производят лобовым и боковым забоями. Лобовой забой применяют при разработке экскаватором грунта впереди себя и отгрузке его на транспортные средства, которые подаются к экскаватору по дну забоя или сбоку по естественной поверхности земли. В зависимости от ширины проходки лобовые забои подразделяются на узкие (ширина проходки менее 1,5 размера оптимального радиуса резания R_o = 0,9 R_max), нормальные (ширина 1,5 – 1,9 R_o) и уширенные (ширина 2 – 2,5 R_o). При узких забоях самосвалы подают под загрузку с одной стороны сзади экскаватора, а при нормальных, с обеих сторон от него попеременно, что исключает простои экскаватора при смене самосвалов.

Ширину лобовой прямолинейной проходки можно определить по формуле:

R =2R₀²–l_n² ,

гдеR₀ – оптимальный радиус резания экскаватора,

l_n – длина рабочей передвижкиэкскаватора разность между мах. и мин. радиусами резания.

В некоторых случаях разработку грунта ведут уширенным лобовым забоем с перемещением экскаватора по зигзагу. В этом случае сокращаются холостые проходки экскаватора и облегчаются условия для маневрирования и установки самосвалов.

Ширину лобовой зигзагообразной проходки можно определить по формуле:В=2R₀² – l_n² + 2R_с

R_с – радиус резания на уровне стоянки экскаватора.

Способ лобового забоя используется ограниченно, т.к. увеличивается время рабочего цикла и снижается производительность экскаватора из-за того, что затруднительна установка самосвала для перемещения и установки под загрузку.

Более эффективным является разработка грунта способом бокового забоя, когда экскаватор черпает грунт с одной стороны перемещения и частично впереди себя. По этой схеме транспорт подается под загрузку сбоку выработки, чем достигается значительное уменьшение угла поворота стрелы экскаватора при погружении грунта в самосвалы. Самосвалы перемещаются параллельно оси перемещения экскаватора.

Ширина боковой проходки:

В=2R₀² – l_n² + 0,7R_с.

Выемки, глубина которых превышает максимальную высоту забоя, разрабатывают в несколько ярусов.

Экскаватор с обратной лопатой применяют при разработкегрунта ниже уровня стоянки экскаватора, в основном при отрывке котлована глубиной до 6 метров и траншей при глубине 7,6 метра. Затраты времени на один цикл на 10 – 15% больше, чем у прямой лопаты. Поярусная разработка выемок с применение этого экскаватора не практикуется. Разработку грунта ведут лобовым или боковым забоями. Ширина проходки зависит от наибольшегорадиуса:

В= (1,2- 1,5)R₀ - при погрузке в транспорт

и В= (0,5- 0,8)R₀-при укладке в отвал.

Отрывку котлованов шириной 12-14 м. ведут лобовой проходкой при перемещении экскаватора по зигзагу, а при большей ширине – поперечно – торцевой.

Экскаватор «драглайн» применяется для разработки грунтов, расположенных ниже стоянки экскаватора: для рытья глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработки грунтов из-под воды и др. Их применяют также для отделочных земляных работ при планировке площадей и зачистке откосов. Преимуществами драглайна являются большие радиусы действия (до 10 метров) и глубина копания (до 12 метров).

Разработку грунта драглайном осуществляют лобовыми и боковыми проходками аналогично экскаватору обратная лопата.

Экскаватор грейфер применяют для рытья колодцев, узких глубоких котлованов и траншей и др. сооружений, в тех случаях, когда разработка грунта ведется ниже уровня грунтовых вод.

Одноковшовыми экскаваторами отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньше проектной (недобор грунта) слоем 5…10см, чтобы избежать повреждения основания. Для исключения ручной работы, применяют скребковый нож, насаженный на ковш экскаватора, это приспособление позволяет вести зачистку дна с точностью до +/- 2см.

В промышленном и гражданском строительстве для разработки траншей наибольшее распространение получили многоковшовые экскаваторы непрерывного действия. Рабочим органом в многоковшовом траншейном экскаваторе является ковшовая цепь или ковшовый ротор. Экскаваторы с ковшовой цепью ведут разработку траншей глубиной до 3 метров, в основном с вертикальными стенками, а роторные (колесо) – глубиной до 2,5 м, с откосами, в этом случае на ковш ротора устанавливают откосники. Ковши наполняют грунтом при движении их вверх по наклонной или криволинейной поверхности разрабатываемой выемки. Опорожняются ковши в момент достижения ими наивысшей точки траектории, где они опрокидываются. Высыпающийся из них грунт попадает на ленточный конвейер, доставляющий его на погрузку в транспортные средства или в отвал.