Подготовительные и вспомогательные процессы

Должны обеспечивать качественное и безопасное производство работ и включают: разбивку земляных сооружений, водоотлив и понижение уровня грунтовых вод, временное крепление стенок выемок, искусственное закрепление грунтов.

Разбивка земляных сооружений. Состоит в установлении и закреплении их положения на местности.

Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод. При устройстве выемок, расположенных ниже уровня грунтовых вод, необходимо: осушать водонасыщенный грунт; предотвращать попадание грунтовой воды в выемки.

Открытый водоотлив предусматривает откачку воды непосредственно из выемки. Водосборные канавы устраивают шириной по дну 0,3 … 0,6 и глубиной 1 … 2 м с уклоном 0,01 … 0,02 в сторону приямков. Недостаток метода – потоки грунтовой воды разжижают грунт и выносят из него на поверхность мелкие частицы (суффозия грунта), в результате несущая способность в основаниях может снизится.

Грунтовый водоотлив обеспечивает снижение УГВ ниже дна будущей выемки. УГВ понижается благодаря непрерывной откачки воды водопонизительными установками из систем колодцев и скважин, расположенных вокруг выемки. Основные способы – иглофильтровой, вакуумный и электроосмотический. Иглофильтровой способ – иглофильтровая установка, водосборный коллектор и насос. Вакуумный способ водопонижения – используют вакуумные водопонизительные установки для понижения УГВ в мелкозернистых грунтах с коэффициентом фильтрации 0,02 … 1 м/сут, в которых применять иглофильтровые установки нецелесообразно. Явление электроосмоса используют для расширения области применения иглофильтровых установок в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут. В этом случае наряду с иглофильтрами в грунт погружают стальные стержни. Иглофильтры подключают к отрицательному (катод), а стержни – к положительному полюсу постоянного тока (анод). Под действием электрического тока вода освобождается и перемещается в сторону иглофильтров. Коэффициент фильтрации грунта увеличивается в 5 … 25 раз.

Временное крепление стенок. Временная крепь может быть выполнена в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками, щитов с распорными и других конструкций.

Искусственное закрепление грунтов. В зависимости от физико-механических свойств грунта, его состояния, требуемой степени закрепления применяют замораживание, цементацию, битумизацию, химический, термический, электрический, электрохимический и другие способы искусственного закрепления грунтов.

Разработка грунта механическим методом

Основан на применении для разработки, перемещения и укладки грунта машин и механизмов. Ведущим процессом является разработка грунта – на грунт действует усилие резания (скалывания) рабочего органа различных машин. В результате определённые порции грунта отделяются от массива и могут быть перемещены и уложены в насыпь. Если машина только разрабатывает грунт, то она носит название землеройной. Если машина разрабатывает и перемещает грунт, то она носит название землеройно-транспортной.

Разработка грунта землеройными машинами. К землеройным машинам относят одноковшовые экскаваторы цикличного и непрерывного действия. Наибольшее применение имеют одноковшовые экскаваторы (45% всего объёма землеройных работ). Используются экскаваторы с ковшом вместимостью 0,15 … 2 м3, реже до 4 м3. Цикл операций: резание грунта и заполнение ковша, подъём 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.

Основные рабочие параметры одноковшовых экскаваторов: максимальная высота копания, глубина копания, наибольший и наименьший радиус копания, радиус выгрузки, высота выгрузки. Зону, в которой действует экскаватор называют забоем. Средняя величина угла поворота экскаватора от места заполнения до места выгрузки должна быть минимальной, т.к. на поворот стрелы расходуется до 70% рабочего времени цикла экскаватора.

Экскаватор с прямой лопатой используется для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, преимущественно с погрузкой в транспорт. Процесс выемки грунта осуществляется лобовыми и боковыми забоями.

Экскаватор с обратной лопатой используется при разработке грунтов, которые находятся ниже уровня стоянки экскаватора лобовым или боковым забоем. Отрывку котлована шириной 12 … 14 м осуществляют лобовой проходкой при перемещении экскаватора по зигзагу, а при большой ширине – поперечно-торцевой.

Экскаватор-драглайн применяют для разработки грунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора: для рытья глубоких котлованов, широких траншей, рытья грунта из под воды и т.д. Их применяют для отделочных земляных работ при планировке площадей и зачистке откосов. Преимуществами драглайна являются большие радиусы действия (до 10 м) и глубина копания (до 12 м). Разработку грунта осуществляют лобовыми и боковыми проходками аналогично экскаватору «обратная лопата». Драглайн обычно передвигается между очередными стоянками на 1/5 длины стрелы.

Экскаватор-грейфер применяют для рытья колодцев, узких глубоких котлованов, траншей, особенно в условиях разработки грунтов ниже уровня грунтовых вод.

Многоковшовые экскаваторы непрерывного действия. Рабочим органом является ковшовая цепь или ковшовый ротор. Цепь – траншеи глубиной до 3,0 м с вертикальными стенками, роторные – глубиной до 2,5 м с откосами.

Разработка грунта землеройно-транспортными машинами. Основные виды – скреперы и бульдозеры, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.

Скреперы – применяют прицепные (с объёмом ковша 3,7,8 м3), полуприцепные (с объёмом ковша 4,5 м3) и самоходные (с объёмом ковша 8,15,25 м3). Прицепные и полуприцепные скреперы наиболее эффективно применять при транспортировке грунта на расстояние до 1000 м, а самоходные до 3000м. Скреперами ведут разработку, транспортирование и укладку грунтов I и II групп по трудности разработки (песчаные, супесчаные и др.). Применяют следующие траектории движения скреперов: Эллиптическую, спиральную, «восьмёркой», зигзагообразную, челночно-поперечную и челночно-продольную.

Бульдозерами разрабатывают грунт в неглубоких и протяжённых выемках для перемещения его в насыпи на расстояние до 100 м, для обратной засыпки, зачистки, разравнивания и планировки грунта. Разработку выемок ведут ярусами. Планировка площадок выполняется двумя способами: траншейным и послойным. При перемещении грунта на расстояние свыше 40 м применяют способ разработки с промежуточным валом, а также спаренную работу двух бульдозеров.

Укладка и уплотнение грунта. Выполняют при планировочных работах, возведении насыпей, обратных засыпках. Наибольшее распространение получило уплотнение грунта катками статического действия: гладкими, кулачковыми, пневмошинными. Обычно необходимое число проходов по одному месту 6 … 8. Толщина слоёв 0,2 … 0,4 м в рыхло состоянии. Уплотнение грунта ведут в той же последовательности, что и его отсыпку. Грунт уплотняют путём последовательных круговых проходок катка по всей площади насыпи, причём каждая проходка должна перекрывать предыдущую на 0,2 … 0,3 м. Закончив укатку свей площади за один раз, приступают ко второй проходке.

Вытрамбование грунта - новый метод устройства выемок под фундаменты. Осуществляют посредством приложения на грунт ударной нагрузки путём сбрасывания с высоты 3 … 8 м тяжёлой трамбовки в одно и то же место до образования котлована небольшой глубины. В результате под котлованом и вокруг него образуется уплотнённая зона. В плане трамбовки могут иметь форму квадрата, прямоугольника, шестиугольника или круга шириной понизу 0,4 … 1,4 м, а поверху 0,7 … 2,0 м. Высота трамбовки составляет 1 … 3,5 м с конусностью боковых стенок от 1:20 до 1:5. Масса трамбовки находится в пределах 2 … 10 т.