3.3 Разработка грунта экскаваторами и выбор комплектов машин для разработки грунта в котловане (траншее)

Одноковшовые экскаваторы комплектуются следующими видами сменного рабочего оборудования: прямой лопатой, обратной лопатой, драглайном, грейфером, стругом, рыхлителем, копром, краном.

Экскаваторы непрерывного действия (многоковшовые) имеют высокую производительность, применяются при больших объемах работ в легких грунтах без каменистых включений.

Экскаваторы цикличного действия (одноковшовые) являются универсальными землеройными машинами, имеют сменное оборудование в виде прямой и обратной лопаты, драглайна и грейфера. Разрабатывают грунты 6 категорий с погрузкой в автосамосвалы при разработке котлованов либо частично в отвал при разработке траншей.

Небольшие котлованы глубиной до 2-2,5 м, траншеи разрабатываются экскаватором с обратной лопатой. Для крупных котлованов глубиной более 2,5 м рекомендуется экскаватор с прямой лопатой, драглайн. При разработке глубоких вертикальных выемок используется грейфер.

Если уровень грунтовых вод выше отметки дна котлована, применяется экскаватор с обратной лопатой, драглайн, но можно работать и прямой лопатой при искусственном понижении уровня грунтовых вод.

В твердых грунтах используются ковши с зубьями, в мягких – со сплошной режущей кромкой, дающих наибольшую наполняемость.

Гидравлические экскаваторы с емкостью ковша 0,4-1,4 м³ имеют полный комплект сменного оборудования; с помощью экскаваторов-планировщиков можно вести разработку больших и малых выемок, добор грунта и планировку откосов, обратную засыпку грунта в стесненных условиях работ.

Грунты, промерзшие на глубину более 0,25 м, и скальные требуют предварительной подготовки перед разработкой и применение экскаваторов с емкостью ковша не менее 0,5 м³.

Тип экскаватора, его модель и вид рабочего оборудования выбирают исходя из грунтовых, климатических условий, объемов и сроков производства работ, параметров земляных сооружений, дальности транспортирования грунта, размера фронта работ и ряда других факторов (таблица 4). При этом, если в определенных условиях производства работ возможно применение прямой, обратной лопаты и драглайна, то следует учитывать, что, при равной вместимости ковшей и погрузке грунта в транспорт, наибольшая производительность будет у прямой лопаты, а наименьшая – драглайна.

Ориентировочная вместимость ковша экскаватора, оборудованного прямой лопатой, выбирается в зависимости от объема работы, сосредоточенного в одном месте (таблица 5), и минимальной допустимой высоты забоя (таблица 6). Если глубина котлована меньше минимальной допустимой высоты забоя, то производительность экскаватора будет низкой и следует применить экскаватор с меньшей вместимостью ковша или применить бульдозер (скрепер) для разработки котлована.

Разработку грунта прямой лопатой целесообразно проводить при наполнении ковша экскаватора с "шапкой". Наименьшая высота забоя, обеспечивающая такое наполнение ковша, приведена в таблице 7.

Ориентировочная вместимость ковша экскаватора, оборудованного обратной лопатой, драглайном или грейфером, принимается в зависимости от объемов работ, сосредоточенных в одном месте (таблица 8).

Рациональная высота (глубина) экскаваторного забоя зависит от вида сменного оборудования экскаватора, вместимости ковша и группы разрабатываемого грунта. Определение этого параметра забоя выполняют на основании указаний, приведенных в соответствующих параграфах сборника норм на механизированные и ручные земляные работы, высота (глубина) забоев приводится в указаниях по применению норм или в таблицах норм времени и расценок [2, 6].

Таблица 4 – Область применения сменного оборудования одноковшовых экскаваторов по виду и условиям работы

Сменное оборудов- ание	Вместимость ковша (м3) при разработке группы грунта		Вид работ	Условия работы
	I...II	IV... VI
1	2	3	4	5
Прямая лопата	0,5...2	0,5...5	Разработка котлованов, резервов, траншей с погрузкой грунта в транспорт и (в незначительном количестве) с укладкой в отвал	При уровне грунто­вых вод ниже по­дошвы разработки. При уровне грунто­вых вод выше раз­работки подошвы применяют водо­отлив или водопонижение
Обратная лопата	0,4...0,65	0,5...1,6	Рытье траншей, небольших кот­лованов с погрузкой грунта в транспорт и укладкой в отвал	Независимо от уровня грунтовых вод. При потоке воды, препятствую­щей производству работ, устраивают водопонижение или водоотлив
Драглайн	0,5...2	0,5...2,5	Разработка котлованов, траншей и каналов при работе по возведению насыпей из резервуаров, при добыче песка и гравия из- под воды с укладкой фунта в отвал и погрузкой в транспорт, выторфовывание	То же
Грейфер	0,35...1,5		Разработка глубоких котлованов с вертикальными стенками, по­грузочно-разгрузочные работы, подача грунта в котлован при обратной засыпке, добыча песка, гравия из-под воды	То же

Таблица 5 – Ориентировочная вместимость ковша экскаватора, оборудованного прямой лопатой, в зависимости от объемов работ, сосредоточенных в одном месте

Вместимость ковша, м3	Минимальный объем работ (тыс.м3) в грунтах категории
	I-III	IV-VI
0,25	5	-
0,5	10	5
1	25	15
1,5	45	25
2	75	45
3	150	75

Таблица 6 - Вместимость ковша прямой лопаты в зависимости от минимальной высоты забоя

Вместимость ковша, м3	Минимальная высота забоя (м) в грунтах категории
	I	II-III	IV
0,25	1	1,5
0,5	1,5	2	2,5
1	2	3	3,5
2	3	4	4,5

Таблица 7 – Наименьшая высота забоя, обеспечивающая наполнение ковша экскаватора с «шапкой»

Группа грунта	Вместимость ковша, м3
	0,25	0,4...0,5	0,65...0,8	1 ...1,25	1,6...2,5
I, П	1,5	1,5	2,5	3	3
III	2,5	2,5	4,5	4,5	4,5
IV	3	3,5	5,5	6	6

Таблица 8 – Ориентировочная вместимость ковша экскаватора (обратная лопата, драглайн, грейфер) в зависимости от объемов работ, сосредоточенных в одном месте

Вместимость ковша, м3	Объем работ (тыс.м3)
0,5	10 ... 15
1,0	15 ... 20
2 и более	50 и более

Если проектная глубина выемки больше высоты (глубины) забоя, указанной в сборнике норм, то рассматривается решение об увеличении высоты (глубины) забоя до возможных технологических значений этого параметра (таблицы 9-13).

Таблица 9 – Возможная высота копания экскаваторами с механическим приводом, оборудованными прямой лопатой

Вместимость ковша, м3	Высота копания, м
	кинематическая	технологическая
0,65	7,8	4,4
1,0	8,2	5,2
1,25	8,6	5,3
2,5	10,0	7,2

Таблица 10 – Возможная технологическая высота копания экскаваторами с гидравлическим приводом, оборудованными прямой лопатой

Вместимость	Технологическая высота копания, м
	Допустимый угол откоса, град.
	Допустимая крутизна откоса, (1:m)
	40	50	60	70	80
	1:1,19	1:0,83	1:0,57	1:0,36	1:0,18
0,65...1,0	1,6	2,5	3,6	4,6	5,7
1,25...1,6	2,6	4,0	5,0	5,8	7,5
2,0...3,2	3,3	4,8	5,6	7,0	8,4

Таблица 11 – Возможная технологическая глубина копания грунтов экскаваторами, оборудованными обратной лопатой, м

Схема работы экскаваторов, вместимость ковша, м3	Допустимый угол откоса, град.
	Крутизна откоса, (1:m)
	38	45	53	63	80
	1:1,28	1:1,00	1:0,75	1:0,51	1:0,18
при лобовой проходке и передвижке 1 м 0,4...0,5 0,65...1,0 1,25...2,5	2,9 3,9 4,8	3,3 4,3 5,8	3,7 4,8 6,8	4,0 5,5 6,1	4,4 5,8 7,8
при боковой проходке и передвижке 1 м 0,4...0,5 0,65...1,0 1,25...2,5	2,3 3,2 4,7	2,7 3,6 5,8	3,0 3,8 6,2	3,4 4,1 6,8	3,6 4,5 7,2

Таблица 12 – Относительная глубина разработки выемок экскаваторами при длине передвижки 1м

Вместимость ковша, м3	Оборудование	Обозна-чение глубины	Все виды грунтов при креплении стенок вы­емки	Глина	Суглинок	Песок
			Допустимый угол откоса по СниП, град
			80	63	63	58
0,4... 0,5	Обратная лопата: неудлиненная удлиненная Драглайн со стрелой, м: 7,5 10	Н Н1 Н2 Н3	1 1,2 1,3 1,55	0,85 1 1,3 1,55	0,75 0,9 1,3 1,55	0,57 0,8 1,3 1,55
0,65…1,0	Обратная лопата: неудлиненная удлиненная Драглайн со стрелой, м: 10 13	Н Н1 Н2 Н3	1 1,17 1,28 1,75	0,95 1 1,28 1,75	0,76 0,9 1,2 1,75	0,6 0,7 1,28 1,75
1,0... 1,6	Обратная лопата: неудлиненная удлиненная Драглайн со стрелой, м: 12,5 15	Н Н1 Н2 Н3	1 1,2 1,32 1,7	0,8 1 1,32 1,7	0,77 0,9 1,32 1,7	0,58 0,9 1,32 1,7

Если проектная глубина выемки больше возможной технологической высоты (глубины) разработки грунта (таблицы 9-13), то разработка выемки выполняется поярусно.

Разработка котлованов экскаваторами, оборудованными обратной лопатой или драглайном, производится, как правило, на всю их глубину без деления на ярусы.

Если выбор ковша комплекта машин выполняется на основе технико-экономического сравнения, например двух вариантов комплексной механизации, то необходимо выбрать две марки экскаватора, отличающихся видом оборудования, емкостью ковша или тем и другим вместе (приложение, таблица 1). Из этих экскаваторов необходимо выбрать один, имеющий наибольшую экономическую эффективность.

Таблица 13 – Глубина копания выемок при лобовой разработке грунта экскаваторами, оборудованными драглайном

Вместимость ковша, м3	Длина стрелы, м	Угол наклона стрелы, град	Наибольшая глубина копания, м
0,4	10,5	30 45	7,6 6,1
0,5	10,5	30 45	7,8 6,1
	10	30	7,3
0,65		45	5,6
	13	30 45	10 7,8
1,0	12,5	30 45	9,9 7,4
	15	30	12
		45	9,5
1,25	12,5	30 45	9.5 7.5
	17,5	30 45	13 10,2
2,5	25	30 45	20,2 16,6

Для этого определяют стоимость разработки 1 м³ грунта в котловане для каждого типа экскаваторов

(19)

где 1,08 – коэффициент, учитывающий накладные расходы;

С_маш-см – стоимость машино-смены экскаватора (приложение 1), тенге/смен;

П_см.выр – сменная выработка экскаватора, учитывающая разработку грунта навымет и с погрузкой в транспортные средства, м³/смен;

(20)

где V_к – объем грунта котлована, м³;

n_{маш-смен} – суммарное число машино-смен экскаватора при работе навымет и с погрузкой в транспортные средства.

Определяют удельные капитальные вложения на разработку 1 м³ грунта для каждого типа экскаваторов

(21)

где С_оп – инвентарно-расчетная стоимость экскаватора (приложение 1), тенге;

t_год – нормативное число смен работы экскаватора в году. Ориентировочно может быть принято равным 350 смен для машин с объемом ковша до 0,65 м³ включительно и 300 — для ковшей более 0,65 м³.

Определяют приведенные затраты на разработку 1 м³ грунта

П=С+ЕК, (22)

где Е – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный 0,15.