2.4 Способи виконання земляних робіт

Земляні роботи залежно від будівельних властивостей ґрунту виконують в основному гідромеханічним, вибуховим або механічним способами.

Гідромеханічний спосіб полягає у розробці ґрунту за допомогою напірного струменя гідромоніторних установок або всмоктуванні ґрунту з дна водоймищ плавучими землесосними снарядами.

Вибуховий спосіб заснований на використанні сили вибухової хвилі, що виникає внаслідок розкладання різних вибухових речовин, закладених у спеціальні шпури, свердловини чи шурфи. Такий спосіб є одним з ефективних засобів механізації трудомістких та тяжких робіт.

Механічний спосіб полягає у розробленні ґрунту копанням за допомогою землерийних (одноківшевих та багатоківшевих екскаваторів) та землерийно-транспортних (бульдозерів, скреперів, грейдерів, грейдерів-елеваторів) машин. У будівельному виробництві цим способом виконують 80…85% земляних робіт, у тому числі із застосуванням одноківшевих екскаваторів – 39%, бульдозерів – 29%, скреперів – 15%, багатоківшевих екскаваторів – 6%, навантажувачів – 6%, інших машин – 5%.

Одноківшеві екскаватори – універсальні землерийні машини, за допомогою яких копають котловани, траншеї, канали, влаштовують насипи та інші земляні споруди. Основні види екскаваторів з різними видами робочого обладнання представлені на рисунку 2.1.

Екскаватори обладнують різним змінним устаткуванням: прямою лопатою – для розроблення ґрунту вище рівня стоянки екскаватора (рис. 2.1 а), зворотною лопатою – для розробки нижче рівня стоянки екскаватора (переважно для копання котлованів і траншей) (рис. 2.1 б); драглайном – для розробки нижче рівня стоянки екскаватора у разі копання глибоких котлованів, широких траншей, зведення насипів (рис. 2.1 в); грейфером – під час копання невеликих, але досить глибоких котлованів, а також виконання вантажно-розвантажувальних робіт, телескопічним обладнанням для планувальних робіт (екскаватори-планувальники) (рис. 2.1 г).

Одноківшеві екскаватори бувають з механічним (канатним) чи гідравлічним приводом. Гідравлічні мають перевагу над механічними.

У гідротехнічному будівництві в основному застосовують прямі та зворотні лопати з місткістю ковша 0,4…1,25 м³, а також драглайни та грейфери місткістю 0,4…1,25 м³.

а б

в г

Рисунок 2.1 – Схеми екскаваторів з різними видами робочого обладнання:

а – пряма лопата; б – зворотна лопата; в – драглайн; г – грейфер; R_к – радіус копання;

R_в – радіус вивантаження; +Н – висота копання; -Н – глибина копання;

Н_в – висота вивантаження

2.5 Виконання робіт землерийно-транспортними машинами

До землерийно-транспортних машин відносять механізми, робочий орган яких під час розробки переміщується одночасно з машиною (скрепер, бульдозер, грейдер).

2.5.1 Розробка ґрунту скрепером

Скрепери – найбільш продуктивні землерийно-транспортні машини. Скрепери бувають причіпні (місткість ковша 2,25…15 м³) та самохідні (4,4…25 і більше). Напівпричепні скрепери найбільш ефективно застосовувати під час транспортування ґрунту на відстань до 1000 м, а самохідні – до 3000 м.

Скрепер може виконувати наступні операції: пошарову розробку грунту з одночасним наповненням ковша, транспортування набраного грунту, укладання шарами заданої товщини. Схема розробки грунту скреперами може бути послідовна, через смугу та ребристо-шахова (рис. 2.2).

Скрепери найбільш ефективні під час розробки однорідних м’яких ґрунтів середньої вологості.

Робочий цикл скрепера складається з набору ґрунту, переміщення завантаженого скрепера, його розвантаження і повернення у забій.

Рисунок 2.2 – Схеми розробки ґрунту скреперами:

а – послідовна проходка; б – проходка через смугу; в – ребристо-шахова; 1–28 проходки

Скрепер знімає ковшем стружку ґрунту товщиною 0,12 – 0,32 м та шириною 1,65 – 2,75 м (при місткості ковша 2,25 – 9 м³). Товщина шару, що відсипається, – 0,22 – 0,55 м. Для забезпечення рівномірної товщини ґрунту при відсипанні ківш розвантажують тільки під час руху скрепера.

Набирання ґрунту виконують під час прямолінійного руху скрепера. Для збільшення товщини стружки, скорочення часу та шляху наповнення ковша застосовують трактори-штовхачі, кількість яких залежить від типу скреперів, місткості ковша і дальності транспортування (один штовхач на 2…6 скрепери).

Скрепери набирають грунт (в залежності від його виду) різними способами. Спосіб набирання ґрунту постійної товщини тонкою прямою стружкою (рис. 2.3 а) застосовують при будь-яких зв’язних ґрунтах; клиноватим профілем (рис. 2.3 б), тобто при перемінній товщині стружки, під час розробки будь-яких зв’язних ґрунтів на горизонтальних ділянках; гребінчастим профілем (рис. 2.3 в) з перемінним заглибленням і виглибленням ковша – під час розробки сухих глинистих ґрунтів на горизонтальних ділянках.

а б

в

Рисунок 2.3 – Способи зрізання стружки скреперами:

а – тонкою стружкою постійної товщини, б – клиноватим профілем,

в – гребінчастим профілем

Схеми руху скрепера наведені на рис. 2.4.

Рисунок 2.4 – Схеми руху скреперів:

набирання ґрунту; розвантаження ґрунту;

а – за еліпсом; б – вісімкою; в – зигзагом; г – за спираллю; д – човниково-поперечна схема; е – човниково-повздовжня схема; прямокутниками показані ділянки завантаження; заштрихованими прямокутниками – ділянки розвантаження

Скрепери копають, транспортують м’які та сипкі ґрунти, відсипають окремими шарами. Скрепери широко застосовують для виїмки та транспортування мерзлих, напівскельних та тріщинуватих скельних ґрунтів після попереднього розпушування навісними статичними розпушувачами.

Процес розробки ґрунту і влаштування земляних споруд повинен бути комплексно механізований, тобто він повинен виконуватися комплектом механізмів, пов’язаних між собою за продуктивністю або іншими параметрами, які забезпечують максимальний виробіток при мінімальних затратах. До комплекту входять один або декілька ведучих механізмів. Чисельність допоміжних механізмів та транспорту в комплекті визначає продуктивність ведучого механізму, а кількість комплектів – обсяг і термін робіт. Продуктивність допоміжних машин повинна бути дещо більше продуктивності ведучої машини.

Приклад. Ведуча машина – екскаватор або скрепер, а допоміжні – автосамоскиди, бульдозери, котки, розпушувачі тощо. Комплект машин обирають за допомогою порівняння техніко-економічних показників декількох варіантів схем комплексної механізації.