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

речные проходы (рис. 8.21, а ). В первом и во втором случае сре­ заемый грунт сбрасывается под откос.

Работа универсального бульдозера по возведению земляного полотна в полувыемке-полунасыпи показана на рис. 8.21, б. До на­ чала работ размечают земляное полотно с постановкой колышков, фиксирующих ось и границы насыпи, границы разработки выемки И нагорной канавы. Сначала разрабатывают нагорную канаву, на­ резают уступы или вспахивают основание насыпи. Бульдозер раз­ рабатывает косогор продольными проходами с установкой отвала под углом захвата 67°, начиная с верхней части косогора, постепен­ но передвигаясь вниз, в сторону полунасыпи. После продольных проходов образовавшийся вал грунта перемещают в насыпь буль­ дозером дополнительными косыми проходамиЗемляное полотно выполняют бульдозером до проектных отметок.

Бульдозеры, скреперы, экскаваторы с транспортными средства­ ми эффективно применяются при продольном перемещении грунта из выемки в насыпь. Рациональные границы их применения не ос­ таются постоянными, а изменяются в зависимости от группы грун­ та, рельефа местности, способов производства работ и района строительства. Рациональной дальностью перемещения грунта бу­ дет такая, при которой стоимость 1 м3 земли будет меньше или рав­ на стоимости разработки конкурирующей машиной.

При разработке выемок при продольном перемещении грунта в насыпь конкурирующими машинами могут быть бульдозеры, скре­ перы и экскаваторы с транспортом грунта автомобилями-самосва­ лами. При сравнении выгодности применения бульдозера или скре­ пера это условие может быть выражено так:

времени на разработку перемещения грунта на 100 м3 скрепером

бульдозером и скрепером: Стт — стоимость трактора-толкача; Сзп — стоимость содержания землевозной дороги.

§ 41. ВОЗВЕДЕНИЕ НАСЫПИ АВТОГРЕЙДЕРАМИ

Автогрейдеры и прицепные грейдеры в основном предназначены для профилирования дорожного полотна, т. е. вырезки грунта из боковых канав или резервов с перемещением к середине насыпи и разравнивания грунта в насыпи с образованием выпуклого попе­ речного профиля. С помощью автогрейдеров можно не только про-

231

Выработку грейдера и автогрейдера на возведении насыпи под­ считывают по формуле (м3/ч):

/7 Э= (КМЖ/тСв): [2L (n3: v 3) + (пп : ип) + (л 0 : v0) +

одного разворота в конце участка; /0 — средняя длина перемещения грунта, м;/3 — сечение в плотном теле стружки при зарезании 0,11 м2; кпп — коэффициент перекрытия проходов при перемещений,

ширине отвала 3,66 м; ка.3— коэффициент перекрытия проходов при зарезании 1,7. Сечение стружки грунта, которую может вырезать автогрейдер

/ = S<pG - . к ,

где %— коэффициент, учитывающий колесную формулу автогрей­ дера (1—0,75); ф — коэффициент сцепления (0,6— 0,9); 'G — масса автогрейдера, кг; к — удельное сопротивление грунта копанию (ре­ занию и перемещению грунта перед отвалом.

При насыпи выше 0,75 м количество проходов увеличивается на 20%'. Для правильного использования автогрейдера на земляных работах отвал устанавливают в соответствии с рациональными уг­ лами захвата у, резания и наклона р (рис. 8.22):

232

Paffom зихЗатка

Рис. 8.23. Технологическая схема возведения насыпи автогрейдером (веду­ щ ая м а ш и н а ):

I и 111 — п р о х о д ы п о з а р е з а н и ю ; I I и I V — п р о х о д ы п о п е р е м е щ е н и ю в ы р е з а н н о г о г р у н т а в н а с ы п ь

Выработка автогрейдера при работе с кирковщиком, м3/ч

П э — к в6/г1'р. х1000,

где b, h — ширина и глубина рыхления кирковщиком, м; ир.х — скорость движения автогрейдера, км/ч.

При помощи грейдеров и автогрейдеров можно возводить на­ сыпь, до 0,75 м, если ее высота не будет меняться на - протяжении участка, обрабатываемого за один прием. Автогрейдеры бывают легкие 7—9, средние 10— 12 и 13— 15 т, тяжелые 17— 19 и 21—23 т.

Резание и перемещение грунтов производят средними и тяжелы­ ми автогрейдерами или грейдерами, нередко с предварительным рыхлением грунта сельскохозяйственными плугами или кирковщи­ ком на автогрейдере. После отсыпки насыпи откосы и обочины отделывают бульдозером, автогрейдером. Отделывать обочины и от­ косы под шнур до устройства основания не следует, так как в про­ цессе доставки и укладки материалов неизбежны повреждения, ко­ торые устраняют после сооружения основания. При больших объ­ емах работ целесообразно разделить функции: резание производить тяжелым автогрейдером, все остальные процессы — средним. Дли­ на захватки зависит от выработки автогрейдеров (грейдеров) и с учетом количества работающих машин может быть от 500 до 1500 м в смену. Технология возведения насыпи из боковых резервов при­ ведена на рис. 8.23.

§ 42. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Дальнейший рост производительности труда, эффективности и использования дорожных машин, облегчение труда машинистов возможны только при автоматизации управления рабочими процес­

233

сами. В табл. 12 указаны дорожные машины, которые выпускаются автоматизированными и с ручным управлением, а на схемах — расположение аппаратуры и приборов автоматизации. В первую очередь, автоматизация коснулась наиболее утомительных опера­ ций: управления положением рабочего органа при планировочных и отделочных работах, когда нужно точно выдерживать задавае­ мые отметки, поперечный и продольный уклоны, ровность поверх­ ности. На автоматизированных автогрейдерах, бульдозерах, скре­ перах, планировщиках, профилировщиках, укладчиках и других машинах, как правило, автоматизируют управление положением ра­ бочего органа и только в отдельных случаях предусматривают так­ же автоматическое выглубление отвала при перегрузке двигателя, управление рабочей скоростью или вождением по курсу. Осталь­ ное пока осуществляет машинист. Он может в любой момент пол­ ностью переключиться на режим ручного управления. Дорожные автоматизированные машины изготавливают на базе комплексных унифицированных приборов и средств управления, которые работа­ ют надежно при перепадах температуры воздуха от плюс 40 до минус 50°.

Примером автоматизированных машин могут служить бульдо­ зеры Д-687А и Д-493Б, которые оборудованы системой «Автоплан-1» и являются модификацией серийных бульдозеров тех же марок. Автоматическая стабилизация углового положения отвала позволя­ ет выдерживать заданный угол поверхности в продольном направ­ лении, тем самым улучшая планирующие свойства бульдозера. С выключенной автоматической системой бульдозер можно исполь­ зовать на обычных работах, выполняемых машиной. Стремление повысить эффективность землеройных машин приводит, помимо ав­ томатизации, к устройству рабочих органов активного действия на кусторезах, автогрейдерах, бульдозерах. Примером может служить бульдозер с поворотно-взрывным устройством. От обычного буль­ дозера он отличается наличие камеры сгорания, которая является составной частью металлоконструкции отвала и размещается вни­ зу, с тыльной стороны отвальной поверхности. На базовом тракто­ ре дополнительно установлены компрессор, топливная и регулиру­ ющая аппаратура, обеспечивающая подачу топлива и сжатого воз­ духа в камеру сгорания, а также воспламенение горючей смеси с определенной повторяемостью. Эффект достигается за счет повтор­ ных взрывов смеси сжатого воздуха и топлива, воздействующих непосредственно на грунт и осуществляющих его рыхление и пере­ мещение в сторону от создаваемой при этом выемке.

Автоматизация скреперов возможна при установке системы «Стабилоплан-1», автоматически стабилизирующей положение ков­ ша на планировке грунта. Система разработана для скреперов с гидравлическим управлением и позволяет автоматически выдержи­ вать заданный уклон продольного профиля планируемой поверхно­ сти; она состоит из унифицированных приборов, блоков и пульта управления, датчика углового перемещения, реверсивного гидрозо­ лотника и электрической схемы.

234

E L

235

В унифицированном согласующем устройстве комплекта аппа­ ратуры, вместо щупового или маятникового датчиков, может быть подключен фотоэлектрический приемник для управления дорож­ ными машинами по лучу лазерного излучателя (рис. 8.24).

Дальнейшим развитием систем автоматического управления ма­ шинами является метод управления с высокой точностью инфра­ красным модулированным лучом ПУЛ. Машины, управляемые ин­ фракрасным модулированным лучом, при этом не требуют предва­ рительной геодезической или иной разметки профиля сооружения, отпадает необходимость в кольях и нивелирной проволоке. Особен­ но эффективны ПУЛ на отделке и планировке. ПУЛ включает пе­ редающий пункт: излучатель модулированного света, в состав ко­ торого входят прожектор с постоянной установкой объектива на 500 мм и преобразователь потребляемой мощности 30 Вт напряже­ нием источника тока 6 В (для ПУЛ-3); приемный пункт — фотопри­ емник с полем зрения 6°, диаметром объектива 40 мм: усилитель с коэффициентом усиления не менее 1,2— 106, напряжением питания анодных цепей 300 В постоянного тока и напряжением питания ламп накаливания 13 В; пульт управления потребляемой мощности 40 Вт, напряжением источника постоянного тока 300, 13 и 6,3 В и соединительные кабели.

Приемную станцию устанавливают на машине (рис. 8.25), на­ правляющую— на земляном полотне. Приемная станция принимает информацию, передаваемую по лучу направляющей станции, и вы­ рабатывает команду гидравлической системе управления верти­ кальным перемещением рабочего органа машины, чтобы удержать установленный на нем фотоприемник в плоскости раздела модули­ рованного луча.

Система управления ПУЛ довольно сложная, поэтому получает распространение лазерная система — лазер.

Лазер — своеобразная радиостанция [8.19], но электромагнит­ ные колебания в нем рождаются атомами, которые испускают не радиоволны, а остронаправленные пучки волны с постоянной час­ тотой. Для управления дорожными машинами используются газо-

236

Рис. 8.24. Унифицированная система автоматизации дорожных машин с возмож­ ностью использования лазерного излучателя:

Ц и ф р ы с о ш т р и х о м и м е ю т т е ж е з н а ч е н и я , н о о т л и ч а ю т с я д р у г о т д р у г а т и п о м у с т а н о в о ч ­ н о г о п р и с п о с о б л е н и я и р а з м е щ а ю щ е й с п о с о б н о с т ь ю п р е о б р а з о в а т е л я

вые лазеры, работающие на смеси гелия и неона. Лазерный луч па­ дает на приемник, установленный на машине, который через реле осуществляет воздействие на механизмы управления. Советские ученые являются творцами квантовой энергетики. Созданные ими

.лазеры прочно вошли в науку и промышленность.

Лазерный луч. в отличие от ПУЛ хорошо виден в любую погоду, в тумане и запыленном воздухе. Его можно использовать при стро­ ительстве мостов в качестве осевой линии, а при высотном строи­ тельстве— для проверки вертикальности сооружения. Во время

237

Рис. 8.25. Система управления ПУЛ:

а —1к о м п о н о в о ч н а я с х е м а П У Л н а а в т о г р е й д е р е ; б — б л о к - с х е м а а в т о м а т и ч е с к о г о у п р а в л е н и я р а б о ч и м о р г а н о м а в т о г р е й д е р а ;

1 — п р о ж е к т о р ; 2 — п р е о б р а з о в а т е л ь ; 3, 7 — а к к у м у л я т о р ; 4 — ф о т о п р и е м н и к ; 5 — у с и . л и т е л ь ; 6 — п у л ь т у п р а в л е н и я ; 8 — г е н е р а т о р б а з о в о й м а ш и н ы ; 9 — ги д р о ц и л и н д р ы р а ­ б о ч е г о о р г а н а ; 10 — э л е к т р о м а г н и т н ы й .се р в о зо л о т н и к

строительства телевизионной башни в Москве лазерный луч благо­ даря своей исключительной точности служил «отвесом», по которо­ му проверяли вертикальность полукилометровой громады.

§ 43. УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ МАШИНАМИ

Под воздействием механических нагрузок происходит сближе­ ние частиц грунта, вытеснение воздуха и влаги, уменьшение его по­ ристости. Благодаря этому увеличиваются объемная масса грунта,, его плотность и несущая способность.

По принципу действия машины для уплотнения можно разде­ лить на вибрационные, статические, трамбующие и комбинирован­ ные. К машинам вибрационного действия относятся вибрационные

цепные, крановые и ручные, многосекционные уплотнители на гу­ сеничном и колесном ходу. К машинам статического действия от­ носятся прицепные, полуприцепные и самоходные катки. Рабочим органом этих машин служат пневматические шины или металличе­

238

ские (гладкие) кулачковые, решетчатые и другие вальцы. К маши­ нам ударного действия относятся трамбовочные на гусеничном и колесном ходу со свободно падающим рабочим органом или рабо­ чим органом принудительного действия (активного действия), а также ручные трамбовки — пневматические, электрические и взрыв­ ные. Имеются машины с комбинированными методами уплотнения: укаткой и трамбованием (катки с падающими грузами), виброудар­ ные и другие.

Степень плотности грунта, которая должна быть достигнута в результате машинного уплотнения,'— это такая плотность, при кото­ рой прекращаются дальнейшие осадки земляного полотна от нагру­ зок и увлажнения. Степень плотности будет тем выше, чем меньше объем воздуха в грунте (но не менее 4—6%'), а влажность в пре­ делах оптимальной. Плотность — масса единицы объема, т. е. отно­ шение покоящейся массы к ее объему р = т у. Максимальную плотность определяют прибором Союздорнии.

Необходимую плотность устанавливают по СНиПу. Требуемая плотность грунтов (оптимальная плотность) находится в зависимос­ ти от величины их максимальной плотности, определяемой мето­ дом стандартного уплотнения

^опт = Л'оп^тах >

где коп — коэффициент оптимальной плотности; бШах — объемная масса скелета грунта, соответствующая максимальной плотности

/соп=0,95— 1,00

Оптимальная влажность и максимальная объемная масса скелета грунта:

Уплотнение катками — наиболее простой и достаточно произво­ дительный способ, стоимость уплотнения которыми значительно ни­ же, чем другими машинами. Ввиду этого он является наиболее рас­ пространенным способом уплотнения грунта. К числу его недостат­ ков надо отнести невозможность в ряде случаев уплотнить грунты слоями большой толщины, а также необходимость в достаточном фронте работ.

Ширина участков должна допускать повороты катков вместе с тягачом.

Катки с гладкими барабанами и на пневматических шинах при­ годны для уплотнения связных и несвязных грунтов, кулачковые могут в основном уплотнять только связные грунты. Эффект уплот­ нения в большой степени зависит от правильного выбора парамет­ ров катков. Их нужно выбирать применительно к свойствам тех грунтов, для уплотнения которых тот или иной тип катка предна­ значен.

239

Толщину слоя уплотнения (в см) катками с гладкими вальцами можно определить по формуле

h0= W : W0 / 3 GKr0 : В вС i см,

где W и Wo — действительная и оптимальная влажность грунта, %; GK— масса катка, кг; г0— радиус вальца, см; С\ — величина полной деформации грунта, кг/см3; В в — ширина вальца, см.

Коэффициент W : W0, учитывающий уменьшение оптимальной толщины слоя грунта, имеет смысл при

C\ = E\\DT, Е\ — статический модуль полной деформации грун­ та, кгс/см2 (для связного грунта — 150—200, для несвязного — 100—■ 150); DT — диаметр штампа, см. ___

Более простые формулы [8.17] Л0 = 0,3 W : W0 ]E qr® для связных

грунтов и Ло = 0,4 W : W0 V Яго для несвязных грунтов.

Еще раз следует отметить, что уплотнение, особенно связных грунтов, в условиях, когда W >W 0, вообще нецелесообразно ввиду абсолютной неэффективности этого процесса.

Рациональные режимы работы катков с гладкими вальцами требуют подкатки — предварительного уплотнения грунтов более легкими катками и оптимальных скоростей движения катков. При уплотнении рыхлых грунтов легкими катками прорабатывается сравнительно нетолстый слой, но верхняя часть его доводится до вы­ сокой плотности. При следующих проходах более тяжелого катка ввиду наличия плотной верхней части погружение вальца в грунт уменьшается, благодаря чему на поверхности увеличивается удель­ ное напряжение (давление). На очень рыхлых грунтах непосредст­ венное применение тяжелого катка вследствие сильного волнообра­ зования неэффективно, а в ряде случаев невозможно. Таким обра­ зом, преимущество подкатки вполне очевидно. ' •

Исследования и производственный опыт позволяют сделать не­ которые рекомендации в части режима работы всех катков. Катки должны быть подобраны таким образом, чтобы при последователь­ ном вводе их в работу не возникало слишком резкого повышения напряжения на поверхности грунта. Если не соблюдать это условие, переход на более тяжелый каток влечет за собой осадки грунта и связанные с этим переформирование его структуры и эффект от подкатки уменьшается. При уплотнении грунтов, требующих боль­ шого количества проходов по одному следу, эффект от подкатки по­ высится, если этот процесс будет осуществляться не одним, а не­ сколькими легкими катками. При последовательной замене одного катка другим должна соблюдаться постепенность возрастания их линейных давлений. При такой системе уплотнения напряжение на поверхности будет постепенно повышаться до конечной величины, определяемой выбранным для данных условий типом тяжелого катка.

Уплотняя грунты с предварительной подкаткой более легкими катками, нужно 30—40% потребного количества проходов сделать по одному следу. Важное значение имеет скорость уплотнения. Под

240