книги из ГПНТБ / Полосин-Никитин, С. М. Механизация дорожных работ учебник

Рис. 8.4. Разметка линии первого про хода машин и пробивка первой борозды при возведении земляного по­ лотна:

1 — к о л ы ш к и ; 2 — л и н и я п р о б и в к и ; В —

а — у г о л з а х в а т а о т в а л а в п л а н е пр и з а -

р е з а н и и

В выемках во избежание затопления дождевой и талой водой, необходимо устраивать водоотводные канавы (кюветы). Боковые канавы устраивают и у насыпей высотой до 1,2 м, чтобы собрать и отвести в сторону воду, стекающую с земляного полотна и приле­ гающей земли.

Земляное полотно перед его сооружением размечают в соответ­ ствии с требованиями проекта и СНиП. Если используют автогрей­ дер или прицепной грейдер (рис. 8.4), вначале закрепляют наме­ ченную линию первого зарезания, забивая колья через 20—50 м. Затем кольями закрепляют бровки наружные и кювет-резерва. Для того чтобы при работе дорожных машин колья не сбивались, за пределами резервов через 50— 100 м закрепляют высотные от­ метки насыпи и глубины резервов. Расстояние от оси насыпи до ли­ нии первого зарезания для автогрейдеров.

А = В : 2 + т Н + /: 2 sin а.

Так же делают при работе грейдер-элеваторов.

Для разработки грунта бульдозерами и скреперами в боковых резервах производят разметку на всех пикетах через 25— 50 м. При отсыпке высоких насыпей скреперами или автомобилями-самосва­ лами по оси и бровкам насыпи устанавливают колья или вехи че­ рез 50— 100 м, затем закрепляют подошву насыпи. На каждом раз­ меченном поперечнике устанавливают откосные лекала после от­ сыпки насыпи на 0,5— 1 м.

При устройстве выемок экскаватором размечают ширину и дли­ ну каждой проходки.

Вместо разметки кольями и вехами целесообразно применять оптико-электронные системы, обеспечивающие непрерывность гео­ дезического контроля. Эти системы включают источник излучения, задающий опорную линию или плоскость и приемник, устанавли­ ваемые на землеройных машинах [8,6; 8,5].

200

§ 36. ГРУНТЫ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИГОДНОСТЬ для ВОЗВЕДЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Грунтом называют горную породу, слагающую верхние гори­ зонты земной коры, затронутые физико-химическими процессами выветривания. Грунт состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газо­ образной. Жидкой фазой служит вода с растворами различных со­ лей, газообразной — смесь воздуха, некоторых газов и водяного пара. Характерная особенность твердой фазы в ее дисперсности—■ раздробленности. Твердая фаза состоит из мелких частиц, суммар­ ная поверхность которых в единице объема велика, вследствие че­ го большое значение имеют процессы, происходящие на границах между твердой и жидкой фазами. Жидкая фаза покрывает мине­ ральные частицы и разделяет их в зоне контакта. Пленки и про­ слойки воды на минеральных частицах находятся в зоне действия межмолекулярных сил притяжения со стороны поверхности мине­ ральных частиц. Эти силы изменяют структуру в тонких пленках,

иее свойства приближаются к свойствам твердых тел. Такая вода называется связанной. При увеличении содержания жидкой фазы в грунтах толщина пленок возрастает, влияние сил межмолекуляр­ ного взаимодействия уменьшается Вода, не испытывающая влия­ ния таких сил, называется свободной. Соотношение между жидкой

итвердой фазами определяет основные свойства грунта. Важное

значение имеет гранулометрический состав грунта — относитель­ ное содержание частиц (фракций) разной крупности по массе.

В результате взаимодействия частиц друг с другом и с водой грунты приобретают связность, что увеличивает усилия, необходи­ мые для их деформирования или разрушения. Ввиду этого мелкие частицы образуют достаточно прочные грунтовые агрегаты. Связ­ ность грунта главным образом зависит от гранулометрического со­ става и влажности. В песках, если они и влажные, связность недо­ статочна, поэтому их относят к несвязным грунтам, супеси — к ма­ лосвязным грунтам, глины и суглинки к связным. Влажностью называют отношение массы, содержащейся в грунте воды gB, к мас­ се сухого грунта g T, выраженное в процентах;

W = (£в: gr) Ю0%.

Грунты считаются сухими, если водой заполнено не более 7 з объема пор, и мокрыми при большем их заполнении. Объемная мас­ са грунта — отношение его массы при естественной влажности g v к

но пользуются при определении степени уплотнения грунта. Удель­ ная масса грунта (плотность) — отношение массы твердых частиц грунта к объему вытесненной ими воды.

Влажность оказывает большое влияние на связные грунты, ко­ торые могут находиться в твердом, пластичном или текучем состоя­

201

грунт находится в пластичном состоянии в определенном, харак­ терном для каждого грунта интервале влажностей. Верхний пре­ дел этого интервала ограничен пределом текучести, нижний — пре­ делом пластичности. Предел текучести определяют на стандартном приборе с балансирным конусом. Предел текучести соответствует такой влажности грунта, при которой балансирный конус под дав­ лением собственной массы за 5 с погружается на 10 см. Предел пластичности (граница раскатывания) соответствует такой влаж­ ности (в %'), при которой изготовленное из грунта и воды тесто, раскатанное в шнур толщиной 3 мм, начинает крошиться. Разность между пределами текучести и пластичности называется числом пластичности:

/ п = W-t— W„.

Предел пластичности в ряде случаев является критерием для разделения грунтов на виды. При влажности, большей предела те­ кучести, грунт представляет собой вязкую жидкость. Если влаж­ ность находится между пределами текучести и пластичности, грунт пастообразен. При влажности, меньшей предела пластичности, грунт находится в твердом состоянии. Если число пластичности 1 — 7, грунт называют супесью, при 7— 17 — суглинком, более 17 — глиной.

Песок мало изменяет свою устойчивость и пригоден в насыпях и в дополнительных слоях основания. Супесь, суглинок и тяжелые суглинки — устойчивые грунты, пригодные для всех земляных со­ оружений. Супесь мелкая и пылеватая, суглинок пылеватый мало­ пригодны для сооружения земляного полотна. Глина ограниченно годна, ее используют обычно для возведения высоких насыпей в сухих местах. Без ограничения допускаются камень, щебенистые и гравелистые грунты, непылеватые пески, водоустойчивые местные материалы и отходы промышленности — металлургические шлаки, хорошо обожженные горелые породы отвалов каменноугольных шахт. Не допускаются для возведения насыпей ил, мелкий песок с примесью торфа или ила, жирные глины с примесью ила, недрени­ рующие грунты, содержащие водорастворимые соли более 8%' при хлоридном и более 5% при сульфатном засолении, торф, жирные глины, меловые и тальковые грунты и трепелы при наличии грун­ товых вод на глубине не более 1 мм на поймах рек.

Как было отмечено, большое влияние на физико-механические свойства и возможность использования суглинков и глин оказыва­ ет влажность. При относительной влажности, равной или меньшей 0,4, грунты трудно разрабатываются, требуют рыхления, сильно пылят, не уплотняются. При W0, равном 0,5, грунты разрабатывают­ ся легче, без предварительного рыхления, слабо пылят, слабо уплот­ няются. При W0, равном 0,6, хорошо разрабатываются, не пылят очень хорошо уплотняются. При Wo, равном 0,7, легко режутся, но налипают на рабочие органы землеройных машин, уплотняются хуже. При дальнейшем увеличении влажности грунт нельзя при­

202

менять для сооружения насыпей. В связи с изменением влажности изменяется выработка машин.

Разнородные грунты отсыпают горизонтальными слоями. На­ клонных пластов, по которым может происходить сползание грун­ та, не должно быть в насыпи. При отсыпке дренирующего грунта на слой менее дренирующего, последнему должен быть придан вы­ пуклый профиль с уклонами 40 %'о. Откосы грунта с большей дрени­ рующей способностью не должны покрываться грунтами с меньши­ ми дренирующими свойствами. Недопустимы поочередная отсыпка разнородных по водопроницаемости грунтов, наличие в на­ сыпи линз, в которых может застаиваться вода. Грунты, резко сни­ жающие устойчивость при увлажнении, необходимо изолировать от влаги прослойками водонепроницаемых грунтов. Прослойку можно делать толщиной 15—20 см из грунта, обработанного из­ вестью. Такая прослойка предохраняет дорожную одежду от не­ равномерного пучения и переувлажнения земляного полотна. Тех­ нология устройства прослойки следующая: грунт любым способом

самоходными катками с гладкими вальцами. Применяют и комп­ лексный метод укрепления грунта — розливом по грунту, смешан­ ному с известью, жидкого битума-— 0,8— 1,2%' по массе. При вы­ нужденном использовании неблагоприятных грунтов, таких, как тяжелые глины, известковые и сланцевые глины, сильно пылеватые грунты, в неблагоприятных условиях увлажнения производят до­ сыпку поверхности откосов и верхней части спланированного полот­ на из непылеватых грунтов, песка, супеси, легких суглинков на !/з глубины промерзания.

Разработку выемок и возведение насыпей выполняют с попереч­ ным или продольным перемещением грунта, из боковых или сосре­ доточенных резервов. Отвозка грунта в отвал нежелательна во всех случаях. Излишний грунт следует использовать для уменьшения продольных уклонов дороги, уположения откосов, планировки мест­ ности с засыпкой понижений, оврагов.

Удаление растительного слоя-— снятие дерна, мохового слоя предшествует земляным работам. Снятие растительного слоя про­ изводят бульдозерами. При этом важно, чтобы они срезали только дерновый слой, не захватывая нижележащего грунта. Толщина дернового слоя колеблется от 7 до 20 см. Дерн перемещают буль­ дозером за пределы дорожной полосы и укладывают в валы с таким расчетом, чтобы не мешать работе землеройных машин, разраба­ тывающих боковые резервы. Призму дерна необходимо переме­ щать всегда по поверхности, с которой удален дерн, чтобы не тра­ тить силу тяги на дополнительное сопротивление движению за счет большого трения дерна о дерн. Дерн можно не срезать, если на­ сыпь высотой 1,5 и более м. На участках, где предполагается за­ ложить резервы, дерн удаляют. Снятый растительный слой укла­ дывают в валы для последующего укрепления откосов и восстанов-

203

i 25~10т

Рис. 8.5. Технология удаления растительного слоя бульдозером:

1— 7 — п р о х о д ы б у л ь д о з е р а

ления (рекультивации) нарушенных или малопродуктивных сельскохозяйственных земель.

Технология снятия растительного слоя зависит от местных ус­ ловий и его толщины. Если он не толще 5—7 см, бульдозеры дви­ гаются вдоль трассы, сгребая грунт в промежуточные валики, ко­ торые затем сдвигают в сторону от оси трассы проходами поперек полосы (рис. 8.5, а). При толщине порядка 20 см растительный слой снимают в две очереди. Вначале бульдозеры работают на первой

косыми проходами на второй-третьей передачах под углом к оси трассы снимают оставленные полосы.

Угол косины устанавливают опытным путем с таким расчетом, чтобы отвал заполнялся грунтом. Удобен бульдозер с поворачива­ ющимся отвалом (универсальный).

Рыхление грунта производят рыхлителями, плугами, рыхлительными зубьями, устанавливаемыми на отвале жестко или шарнир­ но. Шарнирными зубьями рыхлят при возвращении бульдозера в забой задним ходом. При резании грунта зубья откидываются и не мешают набору грунта на отвал. Не все машины требуют интен­ сивного рыхления грунта. В частности, от сильного рыхления ухуд­ шается набор грунта скрепером. В связи с этим различают рых­ ление полное — плугами для работы ножевых машин грейдерного типа и частичное — для разработки грунта скреперами. Частичное рыхление проводят навесными рыхлителями среднего и тяжелого типа на тракторах.

В боковых резервах рыхлитель начинает работу от внутренней границы, постепенно переходя к наружной. Пройдя всю захватку, рыхлитель поворачивают и переводят во второй боковой резерв. При

204

рыхлении только одного резерва его делят по ширине пополам и ра­ ботают круговыми рейсами, последовательно переходя от наруж­ ной кромки первой половины резерва на внешнюю второго резерва.

§ 37. ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСКАВАТОРОВ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Экскаваторы на дорожном строительстве применяют при произ­ водстве сосредоточенных работ и отсыпке насыпей из отдаленных резервов. В основном используют одноковшовые экскаваторы с пря­ мой лопатой, которыми грузят грунт на транспортные средства. Транспортными средствами служат автомобили-самосвалы, раз­ гружающиеся назад и на стороны (с боковой разгрузкой), землевозы, реже ленточные звеньевые транспортеры длиной 200— 300 м и более. Рентабельны землевозы, конкурирующие с автомобилямисамосвалами на коротких расстояниях возки (до 1— 3 км). Земле­ возы бывают на базе одно- и двухосных колесных тягачей. Они, как правило, разгружаются назад или вбок, обладают хорошей проходимостью и высокой маневренностью. Особенно высока манев­ ренность у землевозов с задней разгрузкой. При опрокидывающем­ ся кузове и уменьшенной базе колес землевозы способны развора­ чиваться по радиусу, меньшему ходовой базы.

Одноковшовые экскаваторы — самоходные землеройные машины циклического действия, цикл которых включает рабочий ход — копание (заполнение ковша грунтом), транспортный ход — подъем и перемещение ковша в сторону, выгрузка в отвал или транспорт­ ные средства и обратный ход. Экскаваторами разрабатывают мес­ торождения каменных материалов, а также выполняют погрузоч­ ные работы (прямой лопатой или грейферным ковшом). В соответ­ ствии с ГОСТ 9663— 61 одноковшовые строительные экскаваторы выпускаются с ковшом 0,15; 0,25; 0,50; 0,65; 1,0; 1,50; 2,5 м3.

Длительность цикла одноковшовых экскаваторов, оборудован­ ных прямой лопатой, достигает следующих величин:

Экскаватор с прямой лопатой во время работы стоит на подо­ шве забоя и разрабатывает грунт выше уровня стоянки. Траекто­ рии зубьев ковша, определяющие очертание забоя, образуются сло­ жением двух движений рукоятки: вращательного относительно оси напорного вала и поступательного.

Для разработки выемки большого сечения продольными про­ ходками вначале отрывают на всю длины выемки траншею / (рис. 8.6). Первая траншея мельче последующей, так как грунт нужно грузить в транспортные средства, находящиеся выше уровня стоян-

205

Рис. 8.6. Последовательность разработки выемки продольными заходами:

(/ — V/// — о ч е р е д н о с т ь р а з р а б о т к и т р а н ш е й )

ки экскаватора. Затем рядом с траншеей / отрывают более глубо­ кую II, причем транспортный путь прокладывают по дну траншеи /. Выемка получается последовательными проходками экскавато­ ра до принятой глубины сечения. В отдельных случаях первый транспортный путь прокладывают по пионерной траншее, которую устраивают для сглаживания неровностей рельефа, мешающих дви­ жению транспортных средств, а также для сокращения числа про­ ходок, если глубина выемки не кратна возможной высоте забоя. Пионерную траншею делают минимальной, по габариту автомоби­ ля. Грунт из нее обычно укладывается в отвал вдоль бровки и по­ гружается в транспортные средства во время последующих прохо­ док экскаватора. В отвале грунт размещают, как правило, парал­ лельно движению экскаватора на площадке, находящейся на уровне стоянки, выше ее или, что лучше, ниже уровня стоянки (выгруз­ ка под откос).

Подбирают экскаваторы также по условиям выработки. Выра­ ботка бывает конструктивно-расчетная, которая определяется в процессе конструирования нового экскаватора, и техническая, ха­ рактеризующая максимальные возможности машины. По ней мож­ но судить о степени приближения к возможной эксплуатационной выработке и о резервах экскаваторов и машинного парка.

Техническая часовая выработка

разрыхления грунта; t^-— длительность цикла, с.

Под эксплуатационной понимают такую выработку экскавато­ ра, которая может быть достигнута в условиях правильной эксплу­ атации и использования парка машин при обслуживании машини­ стами высокой квалификации. Эту выработку принимают в основу при определении экономических показателей для оценки эффектив­ ности новых машин и выборе варианта механизации земляных ра­ бот. Нормы эксплуатационной часовой выработки определяют по сборнику ЕНиР. Для экскаваторов, по которым отсутствуют нор­ мы, среднечасовую выработку определяют по технической выра­ ботке Я т за 1 ч непрерывной работы. При этом Я Э= Я Т, к ъ к2 (кг— переходный коэффициент от технической выработки экскаватора

206

за 1 ч чистой работы к эксплуатационной часовой, соответствующей уровню производственных норм, к2 — коэффициент перехода от эксплуатационной часовой производительности экскаватора к вы­ работке на 1 ч смены с учетом внутрисменных перерывов по мете­ орологическим, организационным и другим причинам, не находя­ щим отражения в производственных нормах).

Для нового экскаватора «1 = П Э1ПТ;

К2= [ Т — (to + tM)]/Т,

простои; tM-— простои по метеорологическим причинам.

Для одноковшовых серийно изготовляемых экскаваторов К\ при­ нимают: для машин с ковшом более 1,6 м3 по выработке 0,85, по времени 1,11, для экскаваторов меньше 1,6 м3 соответственно 0,75 и 1,54. К простоям по организационным причинам относят отсутствие фронта работ, несвоевременность обеспечения топливом, маслом, устранение мелких неисправностей, переход из одной рабочей зо­ ны в другую. Для превышения выработки экскаватора нужно уве­ личивать число циклов в минуту я т . ц путем сокращения среднего угла поворота и совмещения отдельных операций. Поворот обыч­ но занимает от 50 до 85%' общего времени цикла. На выработку влияет коэффициент наполнения ковша увеличение которого до­ стигается правильным соотношением емкости ковша и высоты за­ боя, увеличением толщины стружки в связных грунтах, наличием достаточного усилия на зубйях ковша, получаемого работой в сред­ них и тяжелых грунтах прямой лопатой на неполном вылете руко­ яти (примерно до 7з). Толщину стружки регулируют напорным ме­ ханизмом. Скорости подъема и напора находятся в тесной зависи­ мости. Скорость напорного движения должна быть максимальной в начале резания и уменьшаться по достижении ковшом высоты, равной высоте напорного вала, что обеспечивает постоянное усилие на подъемных канатах с использованием максимальной мощности двигателя. Экскаваторы с прямой лопатой снабжают сменными ковшами нормальной емкости, указываемой в основной характери­ стике, повышенной емкости и скальными. На выработку также вли­ яет взаимное расположение в забое экскаватора, автомобиля или землевоза, соответствие емкости ковша кузову транспортных средств (м3) :

4 а-с > ( 4 + 1 0) 9 » .

Разгрузка ковша может быть ускорена, если ее производить на ходу, не прерывая поворота. Экскаватор должен работать не менее двух смен в сутки, а если условия позволяют, то и три смены. На выработку экскаватора влияет автоматизация процессов, увеличе­ ние коэффициента тс2, достигаемое сокращением времени на пере­ движку экскаватора из забоя в забой и на ремонт (ремонт жела­ тельно производить в третью смену или выходные дни), устранение задержек транспортных средств, хорошее содержание экскавато-

207

д

Рис. 8.7. Экскаваторный забой:

ра, забоя и землевозных путей, освещение места работы в туманное и темное время суток.

Э к с к а в а т о р н ы й з а б о й и ег о п р о е к т и р о в а н и е (рис. 8.7). Под забоем экскаватора подразумевают его рабочую зону: площадку, на которой размещается экскаватор, часть поверхности массива, с которой производится выемка грунта или полезного иско­ паемого, площадку для установки транспортных средств. Когда разработка ведется в отвал, к забою относят также площадку, на которую выгружают из ковша грунт или полезное ископаемое. Раз­ меры и форма забоя зависят от рабочего оборудования экскавато­ ра, его размеров, вида транспортных средств (если разработку ве­ дут с погрузкой на эти средства), от назначения проводимых работ. Если земляные работы ведут .для устройства или образования зем­ ляного сооружения (котлована, траншеи, выемки), размеры забоя зависят также от размеров земляного сооружения. Забой должен быть запроектирован так, чтобы создавались условия для наилуч­ шего использования экскаватора, высокой производительности тру­ да и снижения стоимости работ (см. стр......).

Для эффективной работы экскаватора величина усилия на ре­ жущей кромке (зубьях) ковша должна быть не менее сопротивле­ ния грунта копанию Рк= В к к , где В — ширина ковша, h — толщина срезаемой стружки, к — удельное сопротивление резанию грунта, кгс/см2 (для жирной глины— 1,6, для тяжелой — 2,5, для копания взорванных скальных пород — 3,5).

Повышение усилия Р к на зубьях ковша позволяет увеличить толщину стружки h и тем самым сократить путь ковша при взятии грунта и время его загрузки. При работе с не полностью выдвину­

208

той рукоятью на 2/з увеличивается усилие резания на 30—40%' по сравнению с наибольшим вылетом, что позволяет увеличить толщи­ ну стружки и уменьшить путь резания грунта. Чем плотнее грунт, тем больше должна быть высота копания. Минимальная глубина забоя для наполнения ковша грунтом за одно копание зависит от грунта (Н 0 — высота напорного вала экскаватора):

Для ускорения подъема и опускания ковша предельная высота подъема ковша не должна быть более 1,2 Н 0. Минимальная высота забоя в связных грунтах определяется высотой резания. В песча­ ных, гравелистых грунтах и значительно разрыхленной взрывом скале высота забоя практически не ограничена.

В целях снижения энергоемкости копания и значительного уве­ личения выработки экскаватора применяют ковши без зубьев с полукруглой режущей кромкой (ЦНИИС, проф. Д. И. Федоров). Уширенные боковые стороны ковша позволяют хорошо отрабаты­ вать откосы, что также снижает трудовые затраты на земляные ра­ боты. Ковши надежны при работе в пластичных грунтах.

Экскаватор с прямой лопатой разрабатывает грунт впереди себя и выше уровня стоянки ковша снизу вверх, а затем по мере разра­ ботки на величину принятого хода рукояти вперед. Основные виды проходок и забоев при работе прямой лопатой: боковая и лобовая или тупиковая (рис. 8.8, а я б ). Боковые проходки широко применя­ ют при разработке выемок и карьеров с погрузкой грунта в транс­ портные средства, лобовые — для первой проходки в выемках и карьерах, при коротких выемках на крутых склонах местности, для разработки скальных выемок, а также котлованов под фундаменты зданий, если размеры котлована не позволяют применять лобовые забои.

При боковых забоях (см. рис. 8.8, б) экскаватор выгружает грунт в транспортные средства, стоящие сбоку, или реже в отвал, расположенный параллельно ходу экскаватора. Боковые забои мо­ гут быть одно- и двухъярусными в зависимости от уровней распо­ ложения транспортных средств. Боковой забой по сравнению с ло­ бовым более выгоден: значительно меньше угол поворота экскава­ тора, удобнее подача и загрузка транспортных средств, возможно сквозное движение автомобилей, благодаря чему увеличивается выработка экскаватора, но уменьшается объем грунта, вынимаемый с одной стоянки, и возрастает число передвижек. У лобового забоя много отрицательного: автомобили-самосвалы приходится подавать задним ходом. Установка транспортных средств сзади экскаватора значительно увеличивает угол поворота и удлиняет цикл, уменьшает выработку экскаватора. Однако с одной стоянки разрабатывается больший объем грунта и число передвижек уменьшается. Улучше­ ние схемы разработки лобовым забоем достигается в расширенном забое (см. рис. 8.8, а).

Размеры забоя определяются рабочими размерами экскаватора.

209