2371

Рис. 5.3. Схемы движения скреперов при разработке выемок:

а– односторонняя эллиптическая; б – двусторонняя эллиптическая;

в– «восьмерка»; 1 – набор грунта; 2 – разгрузка грунта

5.6.Производствоработэкскаваторами

При разработке выемок применение находят преимущественно механические и гидравлические одноковшовые экскаваторы с ковшами вместимостью от 0,5 до 1,25 м на гусеничном и пневмоколесном ходу, имеющие сменное рабочее оборудование прямой и обратной лопаты, драглайна и др.

В зависимости от объема и темпа производства земляных работ, а также пространства, в котором размещается экскаватор и разрабатывается грунт, называемого забоем, рекомендуется выбирать экскаваторы с соответствующей вместимостью ковша:

месячный объем работ, тыс. м3… до 20; 20...60; 70...100; более 100;

вместимость ковша, м3................ 0,5...0,65; 1... 1,25; 1,6...2,5; 2,5...3,5.

Рабочее оборудование экскаваторов выбирается в соответствии с характером работ на летном поле аэродрома.

Экскаваторы, оборудованные прямой лопатой, целесообразно использовать при высоких забоях, обеспечивающих полную загрузку ковша за одно резание, – движение ковша снизу вверх. В рыхлых горных породах (песчаных, гравийных и др.) высоту забоя не ограничивают, т. к. образование

51

козырьков исключается, а в связанных грунтах II и III групп оптимальную высоту забоя принимают равной 0,7...0,8 Нр (где Нр – наибольшая высота резания, зависящая от вместимости ковша).

Разработку глубоких выемок и грунтовых карьеров экскаватором с прямой лопатой выполняют выше уровня стоянки экскаватора (нередко ярусами) лобовыми или боковыми проходками (рис. 5.4), размеры которых определяют технологическими параметрами экскаватора, транспортными средствами, а также свойствами и состоянием грунта.

Ширину проходок (забоев) рекомендуется принимать с таким расчетом, чтобы экскаватор мог работать при средней величине углов поворотов стрелы не более 70°, т. к. при этом достигается наибольшая производительность экскаватора (при увеличении угла поворота увеличивается соответственно продолжительность рабочего цикла, а при уменьшении увеличивается число передвижек экскаватора в забое). Ширину проходки определяют наибольшим радиусом копания на уровне стоянки R, который зависит от вместимости ковша (размерной группы экскаватора). В зависимости от схемы движения экскаваторов при разработке лобовых проходок ширину проходки принимают от 1,5 до 3,5 R. Обычно считают, что ширина боковой проходки не должна превышать 1,5 R.

Экскаватор, оборудованный обратной лопатой, рекомендуется применять при разработке неглубоких выемок и рытье траншей ниже уровня стоянки лобовыми или боковыми проходками с погрузкой в транспортные средства или отвал.

При разработке грунта с погрузкой в транспорт ширину проходки принимают 1,2...1,5 Rmax, а при отсыпке в отвал – 0,5...0,8 Rmax (где Rmax – максимальный радиус копания).

При наличии больших неровностей поверхность проходки при разработке грунта обратной лопатой (в пределах ширины пути передвижения экскаватора) предварительно разравнивают бульдозером или автогрейдером.

Экскаватор-драглайн предназначен для разработки грунта всех групп (в том числе мокрых и обводненных) ниже уровня стоянки экскаватора боковыми или лобовыми проходками с погрузкой в транспортные средства или отвал. Автотранспорт в зависимости от условий работы может перемещаться по верху разработки или по подошве забоя.

Если состояние грунта и размеры подошвы проходки драглайна позволяют подавать автомобили-самосвалы по дну проходки, применяют поперечно-челночный или продольно-челночный способ погрузки (рис. 5.5). При поперечно-челночном способе углы поворота экскаватора не превышают 15°, сокращается время на разгрузку ковша и реверсирование поворотного движения после разгрузки.

52

Рис. 5.4. Схемы проходок экскаваторов, оборудованных прямой лопатой: а – лобовая (торцовая) проходка; б – то же, с двусторонним расположением транспорта;в – уширенная лобовая проходка с движением экскаватора «зигзаг»; г – поперечно-торцовая проходка; д – боковая проходка; е – разработка котлована по ярусам; 1 – экскаватор; 2 – автомобиль-самосвал; 3 – направление движения транспорта; I-IV – ярусы разработки; R – радиус копания;

L – длина передвижки

При продольно-челночном способе грунт набирают перед задней стенкой кузова автомобиля-самосвала и, подняв ковш, разгружают его над кузовом. В этом случае поворотные движения экскаватора практически не совершаются. Ковш из забоя выводят немедленно после его заполнения. Практика показывает, что с увеличением главного параметра – вместимости ковша – экономические показатели работы экскаваторов улучшаются.

53

Рис. 5.5. Схемы разработки забоя драглайном: а – поперечно-челночная; б, в – продольно-челночная; 1 – опускание ковша и набор грунта; 2 – разгрузка ковша; 3 – окончание набора и подъем ковша; 4 – автомобиль-самосвал

При экскаваторном способе разработки выемок наиболее широко применяются автомобили-самосвалы, эксплуатация которых экономически целесообразна при транспортировании грунта на расстояние свыше 1 км.

Землевозные тележки (полуприцепы к тракторам и тягачам) эффективно используются с гусеничными тягачами при дальности перемещения грунта до 1 км, а с пневмоколесными тягачами – при дальности до 3...5 км.

Количество транспортных средств и схема их подачи к экскаватору назначаются из условия обеспечения бесперебойной работы экскаватора с учетом принятых способа и схемы разработки грунта, расположения уровня погрузочного пути относительно подошвы забоя (рис. 5.5 и 5.6).

Рис. 5.6. Схемы разработки лобовой проходки при различных схемах движения автомобилей-самосвалов: а –при кольцевом движении; б – при тупиковом движении;в – то же, с заездом в ниши

54

5.7. Технология и организация возведения насыпей

Технологический процесс возведения насыпей включает: разработку грунта в выемках (карьере), перемещение его в насыпь, послойное разравнивание грунта, послойное уплотнение и планировку, содержание землевозных дорог в исправном состоянии. Толщина технологических слоев устанавливается по данным пробного уплотнения (при влажности грунта близкой к оптимальной) в зависимости от вида используемых грунтов и типа уплотняющих машин.

При определении объемов грунта для насыпей, получаемого из выемок, следует учитывать изменение этого объема при искусственном уплотнении грунта в насыпи, характеризуемое коэффициентом относительного уплотнения, равным отношению требуемой плотности грунта в насыпи к естественной плотности грунта в выемке.

Насыпь рекомендуется отсыпать с пониженного участка слоями, параллельными проектной поверхности и одинаковой толщины, назначаемой в соответствии с принятыми грунтоуплотняющими машинами.

Ширину захватки на участке насыпи принимают не менее 10…14 м из условия удобства завоза и распределения грунта и обеспечения возможности разворота машин. Если грунт завозят скреперами, то ширина захватки должна быть кратной ширине полосы укладки грунта скрепером.

Каждый слой грунта, отсыпанный в насыпь, должен быть спланирован и уплотнен до окончания смены (из условия сохранения влажности).

Насыпи возводят в зависимости от способа транспортирования грунта методами «от себя» и «на себя» (рис. 5.7). По методу «от себя» отсыпку каждого нового слоя насыпи начинают в начале захватки, расположенной ближе к выемке. При отсыпке грунта на последующих захватках землеройные и (или) транспортные машины, подвозящие грунт, проходят по предыдущим, уже отсыпанным захваткам и предварительно уплотняют грунт. При отсыпке слоя грунта скрепером по этому методу не следует высыпать грунт кучей в одном месте. Разгрузку осуществляют с одновременным разравниванием грунта ковшом скрепера, и это улучшает условия движения скрепера с повышенной скоростью уплотнения грунта его колесами (достигается до 0,9 максимальной плотности по стандартному уплотнению).

При транспортировании грунта для отсыпки насыпи по схеме «от себя» автомобилями-самосвалами и саморазгружающимися прицепными транспортными тележками грунт разгружают на одной половине ширины захватки. При этом движение транспортных средств происходит по разровненному и уплотненному слою грунта на другой половине захватки, и около места выгрузки они переезжают на отсыпаемую часть захватки.

55

Рис. 5.7. Схемы отсыпки и послойного разравнивания грунта на захватке:

а– отсыпка скреперами «от себя»; б – отсыпка скреперами «на себя»;

в– отсыпка автомобилями-самосвалами «на себя»; г – разравнивание грунта бульдозером; 1…8 – последовательность отсыпки полос; I…V – полосы;

№ 1…9 – последовательность проходов бульдозера; А – перекрытие следа предыдущего прохода; В – ширина захватки

Наиболее предпочтителен при отсыпке насыпи автомобилямисамосвалами и землевозными тележками метод «на себя». При этом методе отсыпку насыпи начинают с наиболее удаленной от выемки захватки. Транспортные средства перемещаются по уже уплотненным захваткам и не принимают участия в предварительном уплотнении грунта, поэтому производительность их выше, чем при работе по методу «от себя».

При отсыпке слоя грунта скрепером на захватке по методу «на себя» машинисту скрепера трудно определить место начала разгрузки с тем, чтобы закончить ее в начале разгрузки предыдущего скрепера. Поэтому после

56

отсыпки слоя грунта на захватке возникает необходимость перемещения грунта бульдозером в продольном направлении для выравнивания продольного профиля.

Послойное разравнивание отсыпанного грунта в насыпи на захватке выполняют бульдозером в продольном направлении с перекрытием предыдущего следа на 0,5…0,8 м по челночной схеме (возврат к началу захватки холостым ходом с опущенным отвалом).

Грубую и окончательную планировку грунта выполняют бульдозером за один-два прохода по одному следу. После планировки грунта поверхность слоя не должна иметь замкнутых впадин для обеспечения стокаводы.

Высокие качества и производительность уплотнения грунта достигаются при правильном назначении способа уплотнения (укатка, трамбование или виброуплотнение), типа грунтоуплотняющих машин и их параметров (статического или динамического действия), соблюдения заданной толщины отсыпаемого слоя и оптимальной влажности грунта, количества проходов (ударов) машины по грунту (определяют пробным укатыванием на месте производства работ).

При выборе способа уплотнения и типа грунтоуплотняющих машин следует учитывать свойства уплотняемого грунта (гранулометрический состав, степень однородности, влажность), его требуемую плотность и сроки выполнения работ.

Уплотнять грунты укаткой можно при помощи пневмоколесных катков, кулачковых, решетчатых и с гладкими вальцами, применяя кольцевую или челночную схему движения. Кольцевую схему применяют при использовании прицепных катков и на длинных захватках, когда компенсируется время, затрачиваемое на развороты. Для самоходных катков можно применять обе схемы движения. Рекомендуемая длина участка уплотнения: не менее 200…250 м – для прицепных и полуприцепных катков, 25…50 м – для самоходных. Расстояние между бровкой откоса и внешним (по ходу) колесом катка должно быть не менее 0,5 м. При уплотнении насыпи первые проходы делают на расстоянии 2 м от ее бровки; при последующих проходах приближаются к краю насыпи, перекрывая каждый след на 1/3…1/4 ширины катка (не менее 15…20 см); после этого переходят на полосу, расположенную далее 2 м (от бровки), постепенно смещаясь к середине захватки, выдерживая указанные перекрытия.

Пневмоколесными катками могут быть уплотнены грунты всех типов, толщина уплотняемого слоя 15…40 см.

Кулачковые катки рекомендуется применять для уплотнения связных грунтов, особенно комковатых и мерзлых. Не следует применять их для уплотнения песков и сильно увлажненных глинистых грунтов. Толщина уплотняемого слоя составляет 0,25…0,3 м, при этом поверхностный слой

57

разрыхляется на глубину 4…6 см, поэтому необходимо дополнительное уплотнение гладким катком.

Катками с гладкими вальцами укатывают грунты главным образом на завершающей стадии уплотнения верхнего слоя насыпи.

Уплотнение грунтов трамбованием рекомендуется для связных и несвязных грунтов, в том числе и крупнообломочных, а также комковатых глин с пониженной влажностью при толщине уплотняемого слоя до 1…1,5 м. После уплотнения подвесными трамбующими плитами или трамбовочными машинами верхний слой грунта (не более 15 см), разрыхленный трамбованием, уплотняют другими грунтоуплотняющими средствами. Грунтоуплотняющие машины вибрационного действия (виброкатки, подвесные, прицепные и самопередвигающиеся виброплиты и др.) применяют для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов (содержащих глинистые фракции не более 6 %).

6. ПРОИЗВОДСТВО ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ

6.1. Производство земляных работ в зоне вечной мерзлоты

Конструктивно-технологические решения

Вечномерзлыми грунтами называют грунты, содержащие замерзшую воду и имеющие температуру ниже 0 °С в течение длительного времени непрерывно. Вечная мерзлота существует там, где среднегодовые температуры воздуха отрицательны, обычно ниже минус 3 °С. В России вечномерзлые грунты занимают 10,7 млн км2, или свыше 60 % территории (Крайний Север, большая часть Сибири и Дальнего Востока).

Вечномерзлые грунты залегают на некоторой глубине. Верхний слой грунта, который летом оттаивает, а зимой вновь замерзает, называют деятельным. Если этот слой соединяется с вечной мерзлотой, последнюю называют сливающейся. Мощность вечномерзлой толщи колеблется от 500 м у берегов Северного Ледовитого океана до нескольких метров у южной границы 1 ДКЗ, где вечномерзлые грунты встречаются в виде отдельных островов и линз среди сплошного талого грунта.

По температуре вечномерзлых грунтов на глубине нулевых амплитуд (10–12 м) их подразделяют на:

-низкотемпературные грунты (НТВМГ) – прочно спаянные льдом или сыпучемерзлые, практически несжимаемые грунты с температурой ниже границ замерзания грунтов;

-высокотемпературные грунты (ВТВМГ) – грунты с большим содержанием незамерзшей воды, имеющие температуру ниже 0° С, но выше

58

температуры замерзания грунтов. Такие грунты обладают вязкими свойствами и способны сжиматься под нагрузкой.

Зона вечной мерзлоты (1 ДКЗ) разделена на три характерные подзоны

(ВСН 84-89):

-I1 – северная подзона НТВМГ сплошного распространения и мощностью от 500 до 100 м; температура вечномерзлых грунтов на глубине 10 – 12 м составляет от –12 до –3 °С; мощность деятельного слоя от 0,4 до 2 м (преимущественно до 1 м) с высокой влажностью грунтов, превышающей предел текучести Wт; подзона включает тундровые и лесотундровые районы России;

-I2 – центральная подзона НТВМГ сплошного распространения и мощностью от 400 до 100 м; температура грунтов составляет от –7 до –1,5 °С; мощность деятельного слоя от 0,6 до 3 м при относительной влажности грунтов (0,7…0,9) Wт; подзона охватывает таежные районы с гористым и грядово-сопочным рельефом;

-I3 – южная подзона ВТВМГ островного залегания мощностью от 100 до 25 м и менее; температура грунтов составляет от –1,5 до 0 °С; мощность деятельного слоя превышает 3 м при влажности грунтов до 0,9 Wт; подзона включает таежные, лесостепные, степные районы и побережья Баренцева и Охотского морей.

Методы и сроки производства земляных работ при строительстве аэродромов на вечномерзлых грунтах определяют принципом использования грунтов деятельного слоя в качестве естественных оснований аэродромных одежд ВПП, РД и МС:

-первый – сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии в течение всего периода эксплуатации аэродрома;

-второй – допущение оттаивания грунтов в основании насыпи с учетом предельно допускаемых деформаций аэродромных покрытий.

Расчетное состояние грунтов основания (мерзлое или талое) обеспечивается высотой насыпи (рис. 6.1), определяемой теплотехническим расчетом.

Первый принцип (см. рис. 6.1) находит применение в I1 подзоне на участках, относящихся ко 2-му и 3-му типам местности, и в I2 подзоне – на участках 3-го типа местности. Принцип особенно эффективен на тундровых и лесотундровых участках, при сливающейся мерзлоте, высокой льдистости грунтов и неглубоком залегании подземных льдов.

Второй принцип (см. рис. 6.1 и 6.2) находит применение во всех до- рожно-климатических подзонах на участках, где в основании залегают более устойчивые грунты, деформации которых при сезонном оттаивании на расчетную глубину не превышают допустимых. Обычно этот принцип применяют в I1 и I2 подзонах на участках, относящихся к 1-му и 2-му типам местности, и в I3 подзоне – на участках 2-го и 3-го типов местности.

59

Рис. 6.1. Поперечные профили ИВПП и РД: а – двухскатный поперечный профиль ИВПП при первом принципе проектирования; б – то же, при втором; 1 – аэродромные покрытия на ВПП и РД; 2 – отмостки по краям покрытий; 3 – термоизолирующие насыпи; 4 – естественные основания насыпей; 5 – мохорастительный покров; 6 – верхняя граница вечномерзлых грунтов (ВГВМГ) в естественных условиях; 7 – ВГВМГ после строительства; h1 h2 – высоты термоизолирующей насыпи соответственно при первом и втором принципах проектирования, определяемые теплотехническим расчетом; Нк – величина оттаивания аэродромных конструкций; Ндс – мощность деятельного слоя в районе строительства

60