Вопрос 31 Гидромеханическая разработка грунта

  Гидромеханическим называют такой способ производства земляных работ, при котором грунт разрабатывают, транспортируют и укладывают в тело сооружения или в отвал с помощью воды.

При гидромеханической разработке грунтов достигаются высокий уровень производительности труда, непрерывность подачи грунта, в том числе и в труднодоступные участки, возможность разработки обводненных и подземных выемок без осушительных и водопонижающих работ. Применение этого способа требует прокладки трубопроводов и электросетей, устройства обвалований, эстакад,  строительства  подстанций   и

других сооружений. Поэтому гидромеханический способ разработки грунтов экономически оправдан при наличии значительных объемов земляных работ, легкоразмываемых грунтов, достаточных ресурсов воды и электроэнергии.

При планировке размывают грунт на участках выемок и укладывают его в насыпь. Но чаще всего гидромеханическим способом намывают большие площадки (территории) грунтом из карьеров, расположенных на суше или на дне реки (водоема). При разработке грунта на суше применяют гидромониторные установки, а при подводной разработке — земснаряды.

            Гидромониторная установка состоит из гидромониторов, присоединенных к магистральному трубопроводу, по которому из насосной станции подают воду. Гидромонитор представляет собой стальной ствол, колена которого позволяют поворачивать его в вертикальной и горизонтальной плоскостях под большим углом в направлении нужной точки забоя. На конец ствола каждого гид-

ромонитора навинчивается насадок, формирующий выбрасываемую с большой кинетической энергией струю, которая превращает грунт в гидросмесь — пульпу, направляемую самотеком по лоткам или канавам в насыпь. При расположении насыпи выше уровня забоя, а также для увеличения дальности подачи пульпы ее перекачивают по пульпопроводу землесосной установкой.

 

 

Удельный расход воды на 1 м3 грунта в зависимости от высоты забоя для мелкозернистых песков — 3...6 м3, крупнозернистых песков — 7...9 м3, суглинков и глин — 7... 14 м3. При разработке песчано-гравелисто-галечных смесей требуется до 22 м3 воды.

Расход воды и скорость струи регулируют сменными насадками диаметром от 50 до 200 мм, у выхода из которых рабочее давление для разных типов гидромониторов составляет от 0,2 до 15 МПа.

            При встречном забое гидромонитор устанавливают на подошве забоя и ведут размыв в направлении, обратном стоку пульпы. Процессы разработки песков и глин существенно различаются. Несвязный грунт смывают струей со всей ширины откоса, крутизна которого равна углу естественного откоса. В связных грунтах рабочий откос забоя близок к вертикали. В этом случае забой сначала подрезают снизу до его обрушения, затем смывают обрушенный грунт.

Подрезка забоя — наиболее трудоемкая операция; на 1 м3 породы расходуется до 50 м3 воды. Высокая производительность гидромонитора обеспечивается за счет периодических обвалов грунта.

            Производительность   гидромониторов увеличивается также при нагнетании воды в скважины по трубам под давлением до 0,7 МПа. Насыщенный водою грунт легче размывается гидромонитором. Этот метод особенно эффективен при разработке пористых лессовых грунтов. При этом высота забоя может быть увеличена до 20 м. Тяжелые грунты рекомендуется предварительно     рыхлить    бульдозерами.

Наибольшую разрушающую силу струя имеет на расстоянии 3...4 м от насадка. Поэтому рационально применять гидромониторы ближнего боя при высоте забоя не менее 3 м.

С увеличением расстояния размывающая способность струи уменьшается. Из условия компактности струи, обладающей еще достаточной разрушающей силой, определяют максимальное расстояние  гидромонитора  от забоя

Недостаток разработки грунта встречным забоем заключается в образовании недомывов, для зачистки которых дополнительно требуется бульдозер.

            При попутном забое гидромонитор устанавливают на верхней бровке забоя. Направление струи гидромониторов совпадает с направлением движения пульпы. Струей воды сначала размывают осевую канаву для отвода пульпы, затем — забой в непосредственной близости от гидромонитора и откоса канавы. Ширина разрабатываемого элемента забоя  10...15 м.

            Достоинством разработки грунта попутным забоем является то, что гидромониторы находятся в сухом месте; струя гидромонитора используется для улучшения отвода пульпы к приемным устройствам. Недостаток этого способа — значительное снижение производительности ввиду затруднительной подрезки грунта и обрушения забоя. Поэтому большее распространение получил первый способ работы — встречным забоем, который особенно эффективен при разработке плотных и связ-

ных грунтов. Попутным забоем обычно разрабатывают рыхлые суглинистые и песчаные грунты.

В последних моделях гидромониторов применяется дистанционное управление; в сочетании с гусеничным ходом это позволяет производить работы в непосредственной близости от забоя, чем достигается интенсивное разрушение грунта. - Транспортировать пульпу можно самдтеком, когда величина уклонов стоков, зависящая от вида грунта и крупности его частиц, обеспечивает движение ее с частицами грунта во взвешенном состоянии.

            При транспортировании под напором пульпу, собираемую в колодце (зумпфе), перекачивают грунтовым насосом (землесосом) или гидроэлеватором в насыпь. Грунтовой насос представляет собой центробежный насос для перекачки воды с твердыми частицами. Гидроэлеватор — это водоструйный насос, в корпусе которого в результате большой скорости движения воды создается разрежение. Под его влиянием гидросмесь всасывается в насос, смешивается со струей воды и подается по напорному трубопроводу к месту укладки грунта.

Скорость движения пульпы в пульпопроводе во избежание заиливания труб должна быть выше критической (критическая скорость потока соответствует началу осаждения твердых частиц на дно).

Земснарядами площадки намывают в результате подачи пульпы со дна водоемов по напорным трубопроводам в насыпи.

Земснаряд представляет собой баржу, оборудованную грунтозаборным устройством для свободного всасывания или всасывания с попутным рыхлением (фрезами, гидрорыхлителями и пр.), грунтовым насосом, плавучим пульпопроводом на понтонах, соединенным с береговым пульпопроводом, папильонажными сваями и лебедками с якорями для фиксации рабочего положения.

            Разработку грунта начинают с погружения до заданной отметки всасывающего устройства. В процессе его заглубления земснаряд периодически отводят назад и в сторону для

расширения воронки. Для дальнейшей разработки выемки земснаряд папильо-нируют, т. е. перемещают его в забое свайно-канатным способом с помощью трбсов по дуге окружности, канатным способом — манипуляцией лебедками с периодической перекладкой якорей или свайно-бесканатным способом — поворотом грунтозаборного устройства вокруг вертикальной оси с подачей земснаряда вперед отталкиванием от напорной сваи.

На планировочных работах обычно применяют земснаряды производительностью до 150 м3/ч, подающие пульпу на расстояние до 3,5 км.

Для разработки 1 м3 песчаных грунтов расходуется 7... 11 м3 воды, песча-но-гравийных и суглинистых — от 14 до 22 м3.

Укладка грунта в насыпь основана на выпадении взвешенных его частиц из пульпы при снижении скорости потока до 0,3...0,03 см/с после выпуска пульпы в отстойные бассейны, устраиваемые на месте будущей насыпи.

            Насыпи, на которых предполагается строить какие-либо сооружения, намывают слоями толщиной 0,5...2,5 м песчаными или песчано-гравелистыми грунтами. Перед началом намыва по контуру будущей насыпи бульдозером устраивают обвалование из местного грунта, причем если намываемого слоя менее 2 м, заблаговременно до намыва возводят фундаменты; по намываемой поверхности прокладывают водопроводные и канализационные сети.

Если рельеф территории неровный, намыв начинают с самых низких отметок, где насыпь будет иметь максимальную высоту. При высоте насыпи более 5,5 м намыв ведут в два яруса.

Непрерывное ведение работ обеспечивается намывом грунта участками-картами. Во время перекладки труб и устройства второго яруса обвалования на одной карте намывают грунт на смежной и т. д. Для удаления осветленной воды из карт устраивают водоотводные колодцы, по трубам которых вода стекает за пределы насыпи.

В пересеченных местностях, когда использование мобильных транспортных

средств осложняется трудностями устройства дорог, целесообразно применять комбинированный способ разработки грунта, предусматривающий гидравлическое транспортирование грунта, разрабатываемого экскаватором. Грунт погружают в передвижной бункер конвейера, с которого он поступает в приемный бункер передвижного землесоса. Здесь грунт размывается и удаляется самотёком по лоткам или перекачивается по напорному пульповоду в насыпь.