6. Разработка грунта скреперами, бульдозерами.
Основными видами землеройно-транспортных машин являются скреперы и бульдозеры, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком. Скреперы — наиболее высокопроизводительные землеройно-транспортные машины. Эксплуатационные возможности позволяют использовать их при отрывке котлованов и планировке поверхностей. Применяют прицепные (с объемом ковша 3; 7 и 8 м), полуприцепные (с объемом ковша 4,5 м) и самоходные (с объемом ковша 8; 15 и 25 м) скреперы. Прицепные и полуприцепные скреперы применяют при транспортировании грунта на расстояние до 1000 м, а самоходные—до 3000 м.Скреперами ведут разработку, транспортирование и укладку грунтов 1 и 2 групп по трудности разработки (песчаные, супесчаные, лёссовые, суглинистые, глинистые и др., не имеющие валунов, с примесью гальки и щебня в объеме не более 10%). Более плотные грунты необходимо предварительно рыхлить.Полный цикл работы скрепера состоит из набора грунта, движения нагруженного скрепера, разгрузки ковша и движения порожнего скрепера. Скрепер снимает ковшом стружку грунта толщиной 0,12... 0,35 и шириной 1,65... 2,75 м (для скреперов с объемом ковша 3... 8 м). Наибольшая толщина отсыпаемого слоя 0,35... 0,5 м.
Способ набора грунта постоянной толщины тонкой прямой стружкой применяют на любых связных грунтах; клиновой— при разработке легких связных грунтов на горизонтальных участках; гребенчатой с переменным заглублением и выглублением ковша — при разработке сухих суглинистых и глинистых грунтов на горизонтальных участках; клевковой с переменным заглублением ковша скрепера.
Траектории движения: Эллиптическая схема -применяется в большинстве случаев при планировочных работах. Наибольший эффект имеет при возведении насыпей или разработке выемок на линейно-протяженном строительстве с высотой насыпи или глубиной выемок не более 2 м, когда не требуется устройства выездов или съездов.Спиральная схема —разновидность эллиптической, находит применение при возведении широких насыпей из двухсторонних резервов или широких выемок высотой или глубиной до 2,6 м. Так же как и эллиптическая, она не требует устройства съездов и выездов
Восьмерку
применяют при тех же условиях, что и
эллиптическую схему. Отличием является
то, что скрепер при своем движении по
«восьмерке» чередует правые и левые
повороты, что улучшает технико-эксплуатационные
показатели и почти вдвое сокращает
время на повороты, повышая тем самым
на 3... 5% производительность скрепера.
Зигзаг
-
используют при возведении насыпей
высотой до б м из резервов по длине
захвата 200 м и более. При этом уменьшаются
число поворотов и дальность возки
грунта и повышается производительность
скрепера по сравнению с эллиптической
схемой до 15%. Челночно-поперечную
схему применяют при возведении насыпей
высотой менее 1,5 м при работе из
двусторонних резервов. эту схему
движения скреперов применяют при
возведении насыпей до 5... 6 м, с заложением
откосов не круче 1/2 с транспортировкой
грунта из двусторонних резервов.При
вертикальной планировке площадей
рекомендуются эллиптическая, спиральная
и челночно-поперечная схемы движения
скреперов.
Бульдозерами разрабатывают грунт в неглубоких и протяженных выемках и резервах для перемещения его в насыпи на расстояние до 100 м (при использовании более мощных тракторов до 150м). Бульдозеры применяют также для окучивания грунтов, обратной засыпки траншей и пазух котлованов, зачистки дна котлованов, для разравнивания и планировки грунта. Разработку выемок бульдозером ведут ярусами, соответствующими толщине стружки, снимаемой за одну проходку. Разработку ведут от начала выемки к середине, при этом должна быть обеспечена эффективная работа бульдозера под уклон. Цикл работы бульдозера: резание и набор грунта путем снятия стружки под уклон; перемещение грунта с надвижкой его отвалом бульдозера; разгрузка грунта и возвратный холостой ход. Способы планировки площадок бульдозерами: траншейным и послойным.
При траншейном способе выемку разбивают на ярусы глубиной 0,4... 0,5 м. Разработку каждого яруса ведут траншеями на ширину отвала, оставляя между ними полосы нетронутого грунта шириной 0,4... 0,6 м. Эти валы срезают бульдозерами в последнюю очередь. Траншейный способ исключает значительные потери грунта при его транспортировании. При послойном способе выемку разрабатывают слоями на толщину снимаемой стружки за один проход бульдозера последовательно по всей ширине выемки или отдельным его частям. Этот способ используют при сложном очертании площадок и при небольшой глубине срезки.При перемещениях грунта на расстояние свыше 40 м применяют способ разработки с промежуточным валом, а также спаренную работу двух бульдозеров. Отсыпку грунта ведут послойно, начиная с более удаленной точки от места забора, путем постепенного подъема отвала.
7.. Особенности разработки грунта в зимних условиях. Предохранение грунта от промерзания. Оттаивание мерзлого грунта. Значительная часть территории Росси расположена в зонах с продолжительной и суровой зимой. Однако строительство ведется круглый год. 20% общего объема земляных работ приходится выполнять при мерзлом состоянии грунта. Для мерзлых грунтов увеличивается трудоемкость их разработки из-за повышенной механической прочности. Мерзлое состояние грунта усложняет технологию, не могут применяться экскаваторы, бульдозеры, скреперы, грейдеры, уменьшается производительность транспортных средств, быстрый износ деталей машин, особенно рабочих органов. Методы разработки грунтов: 1) предохранение грунта от промерзания с последующей разработкой обычными методами; 2) разработкой грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением; 3) непосредственная разработка мерзлого грунта; 4) оттаивание грунта и его разработка в мерзлом состоянии. Предохранение грунта от промерзания - осуществляют рыхлением поверхностных слоев, укрытием поверхностей различными утеплителями, пропиткой грунта солевыми растворами. Рыхление грунта вспахиванием и боронованием производят на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях. В результате верхний слой грунта приобретает рыхлую структуру с замкнутыми пустотами, заполненными воздухом, которая обладает достаточными теплоизоляционными свойствами. Вспашку ведут тракторными плугами и рыхлителями на глубину 20..35 см с последующим боронованием на глубину 15..20 см в одном направлении (или в перекрестных), что повышает термоизоляционный эффект на 18..30%. Укрытие поверхности грунта - термоизоляционными материалами, желательно из дешевых местных материалов: древесных листьев, сухого мха, торфяной мелочи, соломенных матов, шлака, стружек и опилок, укладываемых слоем 20..40 см по грунту. Применяют при небольших площадях. Оттаивание мерзлого грунта осуществляют тепловыми способами со значительной трудоемкостью и электроемкостью. Применяют вблизи действующих подземных коммуникаций и кабелей; при необходимости оттаивания мерзлого основания; при аварийных и ремонтных работах; в стесненных условиях (технич. перевооружение и реконструкция).
Рис1. Механический метод непосредственной разработки грунта а)ковш экскаватора с активными зубьями; б)схема разработки выемки экскаватором оборудованным обратной лопатой с захватно-клещевым устройством; в)землеройно-флезеровочная машина; 1-ковш; 2-зуб ковша; 3-ударник; 4-вибратор; 5-захватно-клещевое устройство; 6-отвал бульдозера; 7-гидроцилинр для подъёма и опускания рабочего органа; 8-рабочий орган; Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируют по направлению распространения теплоты в грунте и по применяемому виду теплоносителя. По направлению распространения теплоты 3 способа:
1) оттаивание грунта сверху вниз - неэффективен, т.к. источник теплоты расположен в зоне холодного воздуха, это вызывает большие потери теплоты. Но этот способ достаточно легкий, требует минимальных подготовительных работ. 2) оттаивание грунта снизу вверх - минимальный расход энергии, т.к. оттаивание происходит под зашитой ледяной земляной корки и теплопотери при этом практически исключаются. Недостаток: трудоемкие подготовительные операции, поэтому ограничен в применении. 3) оттаивание грунта по радиальному направлению - теплота распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревающих элементов, погруженных в грунт. Для этого способа также нужны трудоемкие подготовительные работы, средний по эффективности. Подвиду теплоносителя: 1) огневой способ - применяют для отрывки зимой небольших траншей.
Рис2. Оттаивание грунта огневым способом 1-камера сгорания; 2-вытяжная труба; 3-обсыпка тёплым грунтом;
Используют звеньевой агрегат, состоящий из ряда металлических корпусов в форме разрезанных по продольной оси усеченных конусов, из которых собирают сплошную галерею. Первый корпус представляет собой камеру сгорания, в которой сжигают твердое или жидкое топливо. Вытяжная труба последнего короба обеспечивает тягу, благодаря которой продукты сгорания проходят вдоль галереи и прогревают расположенный под ней грунт. Для уменьшения теплопотерь галерею обсыпают слоем талого грунта или шлака. Полосу оттаявшего грунта посыпают опилками, а дальнейшее оттаивание вглубь продолжается за счет аккумулированной в грунте теплоты.
2) способ электропрогрева - пропуск тока через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами являются горизонтальные или вертикальные электроды.
- при оттаивании грунта горизонтальными электродами по поверхности грунта укладывают электроды из полосовой или круглой стали, концы которых отгибают на 15..20 см для подключения к проводам. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15..20см, которые смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2.. 0,5% с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок.
Рис3. Оттаивание грунта способом электропрогрева
а-горизонтальными электродами; б-вертикальными электродами сверху вниз; в-то же, сверху вниз и снизу вверх; 1-трёхфазная электрическая сеть; 2-горизонтальные полосовые электроды; 3-слой опилок смоченный солёной водой; 4-слой толя или рубероида; 5-стержневой электрод;
Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, т.к. замерзший грунт не является проводником. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием теплоты начинает оттаивать следующий слой грунта, а затем нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания грунта до 0,7 м; расход электроэнергии на отогрев 1 м3 грунта колеблется от 150 до 300 МДж; температура в опилках не превышает 80..90 °С. - Оттаивание грунта вертикальными электродами осуществляют с применением стержней из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания до 0,7 м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20..25 см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта погружают на большую глубину. При оттаивании сверху вниз надо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. Режим прогрева при стержневых электродах такой же, как и при полосовых, причем при отключении электроэнергии электроды следует последовательно заглублять по мере прогрева грунта до 1,3.. 1,5 м. после отключения электроэнергии в течение 1..2 дн глубина продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе ниже, чем при способе горизонтальных электродов. Применяя прогрев снизу вверх, до начала прогрева необходимо бурить скважины, на глубину, превышающую на 15..20 см толщину мерзлого грунта. Расход энергии снижается до 50.. 150 МДж на 1 м3, а применять слой опилок не требуется. При заглублении стержневых электродов в подстилающий талый грунт и одновременном устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором, оттаивание происходят и сверху вниз, и снизу вверх. Подготовительных работ больше. Применяют в экстренных случаях, когда необходимо быстрое оттаивание грунта. 3) паровое оттаивание
Рис4. Оттаивание грунта паром;а-общая схема; б-паровая игла; 1-паропровод; 2-паровой вентиль; 3-колпак; 4-пробуренная скважина; 5-паровая игла; 6-наконечник;
Основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технические средства - паровые иглы, представляющие собой Ме трубку длиной до 2 м, 0 25..50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями 0 2..3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, = 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками снабженными сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06..0,07МПа. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизолирующего материала (опилок). Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1.. 1,5 м. расход пара на 1 м3 грунта составляет 50.. 100 кг. Этот метод требует расход теплоты примерно в 2 раза больше, чем метод глубинных электродов.
4) оттаивание электронагревателями
Рис5. Оттаивание грунта электронагревателями.
а-общая схема; б-схема электроиглы; 1-электрическая сеть; 2-электроигла; 3-нагревательный элемент(электроспираль); 4-стальная труба;
Это передача теплоты мерзлому грунту контактным способом. Применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной 1 м, 0 50..60 мм. Внутри трубы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот - мерзлому грунту. При оттаивании грунта электронагревателями теплота распространяется в радиальном направлении.