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

Рис. 8.31. Способы намыва насыпей:

№/; 12 — сбросный колодец № 2; 13 —

контур намыва

ством которого удаляется воздух из всасывающего трубопровода и корпуса центробежного насоса. Под атмосферным давлением вода заполняет насос, а водяные реле автоматически включают электро­ двигатель у насоса и задвижки напорного трубопровода и вода по напорному трубопроводу поступает к источникам потребления. Контроль запуска насосного агрегата осуществляет также реле времени. Пуск и остановка насосной станции тесно увязаны с рабо­ той гидромониторных и землесосных установок. Поэтому управле­ ние насосной станцией осуществляется с землесосной станции или из диспетчерского пункта. Принцип автоматического управления землесосной установкой такой же, как и насосной станцией. Схема дополняется только устройством, поддерживающим постоянную кон­ систенцию гидросмеси.

Т е х н о л о г и я н а м ы в а н и я н а с ы п е й и р а з р а б о т к а в ы е м о к . Земляное полотно намывают участками протяженностью 150—200 м, называемыми картами намыва. Ширину карт по ос­ нованию берут не больше 50 м. Технологический процесс состоит из трех операций: подачи гидросмеси к карте намыва, выпуска сме­ си на эту карту, сброса воды с нее. Намыв возможен торцовый, про­ дольно-встречный и с рассекателем струи (рис. 8.31). Широкое рас­ пространение в гидромеханизации получил способ намыва грунта с рассекателем. Сброс воды производят с использованием сбросных колодцев или трубчатого водоотлива.

Эффективно применение гидромеханизации при постройке земля­ ного полотна на торфяных болотах. Размыв на болотах I типа про­ изводят гидромониторами, а гидросмесь перекачивают передвиж­ ными землесосными установками в отвал. Размывают встречным или попутным способами, но с расположением гидромониторов на верху траншей. На болотах II и III типов разжижение торфяной

251

массы в пределах основания насыпи производят посредством гидро­ мониторов попутным или встречным забоем. Разжиженный торф из траншеи не удаляют, а отжимают грунтом насыпи в боковые про­ рези, сделанные гидромонитором перед намывом насыпи. Оригина­ лен способ замены торфяных грунтов на болотах песчаными намыв­ ными грунтами. При этом используют кран-экскаватор на болотных (уширенных) гусеницах, к стреле которого подвешивают в верти­ кальном положении трубу, присоединенную верхней частью к тру­ бопроводу для гидросмеси через резиновый шланг на шарнирных стыках. Это позволяет перетаскивать трубопровод вслед за продви­ жением крана без остановки землеснаряда. Намывную трубу посте­ пенно погружают в торфяной грунт, вытесняя торф песком, содержа­ щимся в гидросмеси.

О х р а н а п р и р о д ы . Гидромеханизированные работы долж­ ны быть обеспечены надежными источниками водоснабжения. Воз­ можность использования рек с небольшими расходами воды или малых водоемов должна устанавливаться водохозяйственным рас­ четом с учетом санитарного минимума потребности в воде нижерасположенных районов, потерь на фильтрацию, испарение и насыще­ ние грунта. Нельзя затоплять и подтоплять населенные пункты, про­ мышленные предприятия, дороги, а также земли, используемые для сельского хозяйства или занятые лесом. Мероприятия по очистке и осветлению сбрасываемой воды, а также спуск ее в реки и водоемы проводят только с разрешения органов по регулированию, исполь­ зованию и охране вод после согласования с органами, осуществля­ ющими санитарный надзор, охрану рыбных богатств, и другими за­ интересованными органами.

§ 45. ПРОИЗВОДСТВО ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

Из общего объема земляных работ на различных видах строи­ тельства, в том числе на дорожном, 15—20% приходится на зимние

машин и методов работ зимой этот объем будет расти.

Мерзлые грунты имеют повышенную механическую прочность, пластические деформации, пучинистость, повышенное электросопро­ тивление. Эти свойства зависят от температуры, влажности и вида грунта. Повышенная механическая прочность требует предваритель­ ной подготовки грунтов к зимней разработке. Пластические свойства мерзлых влажных грунтов резко увеличиваются при повышении тем­ пературы. Под действием временной нагрузки, а иногда и собствен­ ной массы мерзлые грунты доходят до состояния текучести. При продолжительной оттепели и весной стенки траншей и котлованов приходится закреплять.

Существует карта нормативных глубин сезонного промерзания, ею пользуются при проектировании технологии и организации зем­ ляных работ зимой, а также сведениями местных метеорологических станций. Процесс замерзания грунта заключается по существу в

252

замерзании содержащейся в нем воды. Поэтому изменение свойств грунта при замерзании в основном зависит от количества воды и характера заполнения пор. В прямой зависимости от размера частиц находится капиллярность, т. е. высота ее поднятия. У несвязных грунтов капиллярность незначительна, поэтому и неодинаково влия­ ние процесса замерзания на различные грунты.

Физические процессы, проходящие в грунте, достаточно сложны. Вода и лед в грунте содержатся в различных состояниях. Они ведут себя различно в отношении перехода из жидкой фазы в твердую и наоборот (под влиянием изменения температуры). Мерзлый грунт представляет собой сложную структуру из четырех компонентов: минеральных частиц, льда, воды и воздуха, заключенного в порах.

При замерзании значительно возрастает прочность на сжатие, вместе с тем возникает сопротивление растяжению, которое у тало* го грунта близко к нулю. Сопротивление растяжению составляет 7з сопротивления при сжатии, поэтому наиболее эффективно разру­ шение твердомерзлых грунтов скалыванием, а не раздавливанием (резанием). В то же время эффективность этого способа резко сни­ жается при повышении температуры, когда грунт приобретает плас­ тично-мерзлые свойства, а механическая прочность резко падает. Разрыхленный мерзлый грунт имеет структуру, состоящую из глыб или комков. Объем пустот, образующихся между этими глыбами и комьями, очень велик. Величина первичного разрыхления для мерз­ лого грунта значительно больше, чем талого, и иногда достигает 35— 50%, причем эта величина зависит от рода грунта и способа рыхления. Эту особенность следует учитывать при выборе транс­ портных средств для отвозки грунта, разрабатываемого в мерзлом состоянии, так как относительно небольшая объемная масса мерз­ лого грунта может привести к недоиспользованию грузоподъемно­ сти автомобилей. Например, мерзлый песок плотностью 1600 кг/м3, разработанный в мерзлом состоянии при первичном разрыхлении в 40% , будет иметь плотность только 1600 : (1+ 0,4) = 1140 кг/см3.

График показывает, что многие свойства грунта меняются в ши­ роких пределах в зависимости от его температуры (рис. 8.32). Тем­ пература мерзлого грунта в пределах сезонного промерзания раз­ лична по глубине. У дневной поверхности она близка к температуре наружного воздуха, если отсутствует какой-либо термоизоляцион­ ный слой (снегидр .), а к нижней границе промерзания близка к нулю. Поэтому физические свойства грунта по толщине слоя про­ мерзания неодинаковы и могут включать твердомерзлую и пластич­ номерзлую зоны. У дневной поверхности грунт обладает наиболь­ шей механической прочностью и наименьшими пластическими дефор­ мациями, по мере заглубления его свойства все больше приближаются к грунту в талом состоянии. Такая неоднородность мерзлого слоя весьма затрудняет выбор целесообразного метода и машин для его разработки. По высоте мерзлого слоя изменяется и влажность, так как влага мигрирует по капиллярным каналам от нижних более теплых слоев, к верхним более холодным. В связи с этим на границе мерзлой и талой зон образуются горизонтальные

253

времени по сравнению с разработкой того же грунта в талом со­ стоянии. Если решено выполнять земляные работы зимой, необхо­ димо при выборе метода проделать технико-экономические расчеты и выполнять их по спецпроекту землеработ. Выгода от использова­ ния зимнего сезона скажется на общей стоимости круглогодичного выполнения земляных работ за счет досрочного ввода земляного полотна, а впоследствии и всей дороги в эксплуатацию. Степень удорожания земляных работ, производимых зимой, находится в зависимости от принятого способа предэкскавационной подготовки грунтов. Для зимних работ должны выбираться объекты с сосредо­ точенными объемами, имеющие забои большой высоты.

Грунт от промерзания предохраняют до наступления устойчивых отрицательных температур. При планировании разработки грунта в первой трети зимнего периода предусматривают вспахивание с бо­ ронованием, удержание снегового покрова, утепление и засоление, а в остальной части зимы — глубокое рыхление экскаватором (пере­ лопачивание) или утепление теплоизолирующими материалами. Рыхлят плугом или одно- и многостойковыми рыхлителями на глу­ бину не менее 35 см с последующим боронованием на глубину 15 см. Перелопачивание проводят на глубину возможного промерзания, но не более 1,5 м. Во вспаханном и заборонованном слое образуются пазухи и поры, заполненные воздухом, который уменьшает тепло­ проводность грунта. Теплоизолирующие свойства вспаханного грун­ та увеличиваются, если он будет покрыт слоем снега. Необходимую толщину слоя рыхления или утепления уточняют теплотехническими расчетами.

Утепление теплоизоляционными материалами, за исключением снегозадержания, редко проводят в районах, где имеются местные

254

теплоизолирующие материалы или отходы (опилки, фрезерный торф, солома, сено, камышит, шлак, листва). Эффективно глубокое рыхление — до 1,3— 1,5 м. Это делают поздней осенью до наступле­ ния морозов и быстрыми темпами, чтобы избежать дополнительного действия осенних осадков на разработанный грунт. Такой способ рекомендуется для предохранения от промерзания малосвязных грунтов — супесей и гравелистых грунтов. Для глубокого рыхления применяют экскаваторы с прямой лопатой, веером раскидывая раз­ работанный грунт.

Образующаяся при этом гребенчатая поверхность задерживает снег, который, в свою очередь, способствует предохранению грунта от промерзания.

Химические способы пригодны при отсыпке грунта в насыпь, если другие методы дороже или по каким-либо причинам их приме­ нять нельзя. В условиях средней полосы СССР, где температура на поверхности грунта под слоем снега не опускается ниже — 15° С, ис­ пользуют технический хлористый натрий, недефицитные и дешевые отходы калийных комбинатов. Участок, подлежащий разработке зимой, посыпают сухой солью или поливают раствором с последую­ щим сохранением снежного покрова. Работы выполняют осенью до наступления устойчивых отрицательных температур: для песчаных и супесчаных грунтов — за 5— 15 суток до наступления устойчивых отрицательных температур, а глинистых — за 20—25 суток устойчи­ вых отрицательных температур. Перед россыпью производят грубую планировку бульдозером поверхности, а толстый растительный слой или плохо дренирующий верхний слой пашут и удаляют. Хлористого натрия в зависимости от влажности грунта расходуется 1,1 кг/м2 на 1% влажности (в пределах глубины промерзания). Например, при влажности 12% соли надо 12Х 1,1 = 13,2 кг.

Метод оттаивания грунта с последующей разработкой в талом состоянии в условиях дорожного строительства целесообразен для небольших объемов работ. Грунт оттаивают непосредственным сжи­ ганием топлива, паром, горячей водой, электроэнергией, инфракрас­ ными лучами (рис. 8.33, в). Оттаивание можно вести с поверхности и снизу вверх.

Метод разработки грунта в мерзлом состоянии с предваритель­ ным рыхлением в ряде случаев эффективен, но, как и все методы, должен быть обоснован технико-экономическими расчетами. При глубине промерзания свыше 0,4—0,8 м рыхление мерзлых грунтов ведется взрывами (рис. 8.33, а). Для бурения скважин используют шнековое бурение и термобуры — в нескальных грунтах. В зависи­ мости от мощности мерзлоты, рельефа местности и бурового обору­ дования для рыхления применяют заряды, расположенные в шпу­ рах, скважинах, а также котловые малокамерные (рукава) заряды. Для рыхления мерзлых грунтов в городских условиях способом взрыва применяют инвентарные укрытия из листовой стали в виде коробов полусферической формы в плане 3X 5 м и массой — 2,8 т. Применение коробов позволяет взрывать мерзлые грунты в 15— 30 м от существующих сооружений.

255

Прогрессивными надежными выгодными способами рыхления и разработки грунта являются механические — с использованием ма­ шин. Экскаваторы с прямой лопатой при емкости ковша 0,65 м3 без предварительного рыхления разрабатывают слой грунта толщиной до 25 см, а с ковшом 1 м3 и более толщиной до 40—50 см. Мерзлый грунт можно рыхлить дизель-молотом с клином, трехклиновыми рыхлителями на тракторах и погрузчиках, экскаваторах трубчаты­ ми мерзлорыхлителями МТУ-СПИ-2 на тракторе Т-100. Дешевым

•способом является рыхление навесными рыхлителями на мощных тракторах в 130 л. с. и более с одним или несколькими зубьями. Рыхление производят на глубину не менее 15 см в пределах рабочих контуров выемки с уширением на двойную глубину промерзания. Выработку навесного рыхлителя при разработке мерзлых грунтов продольными проходами рассчитывают по формуле

. Я э = ( hB L pTkB) : ( Z p : 1000t>px) + ( / пов : 3600),

где h — средняя глубина рыхления, м; В — ширина захвата при рыхлении, м; Lp — длина рабочего хода в одну сторону, м; кв — коэффициент использования машины по времени; ир.х — рабочая скорость при рыхлении, км/ч; /Пов — длительность разворота в конце участка, сек (20—25);

В = [K-tJ'b + 2tgfi + /(n — 1)],

к п— коэффициент перекрытия соседних полос рыхления; b — тол­

мерзлого грунта нарушают, нарезая его на блоки или полосы земле­ резными машинами и убирая экскаваторами.

Для непосредственной разработки мерзлых грунтов без подго­ товки к экскавации применяют траншейные и роторные экскаваторы с рабочими органами, режущими мерзлоту; одноковшовые экскава­ торы с ковшами, имеющими пневмоударные или виброударные (с электроприводом) активные зубья. В качестве активизатора зубьев в ковшах успешно применяются мощные пневмомолоты, установлен­ ные на передней стенке ковша. Пневматический ударный привод позволяет при ограниченных габаритах получать энергию удара •80— 100 кгс/см2. Пневмомолоты питаются от передвижной компрес­ сорной установки при давлении воздуха 6—7 кгс/см2. Выработка экскаватора с ковшом емкостью 0,5 м3 мерзлой супеси с глубиной промерзания составляет 40—45 м3/ч при погрузке на автомобили.

В механизации разработки грунтов зимой особое место занима­ ет гидромеханизация. Ее осуществляют плавучими землесосными снарядами из подводных забоев. Для этого вокруг землесосного снаряда поддерживают незамерзающую полынь (майну) с помощью потока более теплой воды, подаваемой с глубины насосами. Добы­ тая плавучими снарядами гидросмесь подается с начала по утеп­ ленному плавучему трубопроводу, а затем по стационарному трубо­ проводу к месту укладки. Обезвоживание грунта зимой осуществ­

257

ляется водосборными колодцами, иглофильтрами и трубчатыми дренажами.

О с о б е н н о с т и т р а н с п о р т и р о в а н и я г р у н т а з имо й . Перемещение грунта должно быть организовано с таким расчетом, чтобы он был доставлен к месту выгрузки, разгружен и уплотнен раньше, чем произойдет его смерзание. Начало смерзания зависит от температуры наружного воздуха:

При скорости ветра более 7 м/с, а также наличии мерзлых ко­ мьев в количестве 10—30% эти сроки сокращают вдвое.

Транспортный цикл можно сократить, ускоряя процессы погруз­ ки и разгрузки, увеличивая скорости движения за счет устройства хороших землевозных путей к местам погрузки и разгрузки, тща­ тельно ухаживая за землевозными путями, за машинами, обеспечив условия нормальной работы обслуживающего персонала. Чтобы предотвратить примерзание грунта, кузова транспортных средств необходимо опрыскивать нефтепродуктами. При возможности ис­ пользуют автомобили-самосвалы с двойными стенками кузовов, между которыми пропускаются отработавшие газы. Способ обогре­ ва кузова не требует дополнительных эксплуатационных затрат и в определенных условиях достаточно эффективен. Однако он имеет и недостатки: нередко в кузове остается некоторый объем примерз­ шего грунта, который приходится удалять вручную; увеличивается сопротивление газов на выхлопе, что приводит к потере мощности двигателя, ухудшает режим его работы и как следствие увеличива­ ет расход топлива. Лучшим средством борьбы с примерзанием грун­ та дает смазка кузова автомобиля различными веществами, напри­ мер ниогрином.

Работа землеройных машин в забоях с подготовленным к разра­ ботке грунтом должна производиться непрерывно и круглосуточно, узким фронтом во избежание промерзания грунта во время переры­ вов. Стремление повысить выработку землеройных машин застав­ ляет использовать скреперы зимой. Накоплен достаточный опыт, чтобы сделать вывод о пригодности их для работы круглый год. Для набора используют толкачи, с осени в грунт добавляют соль из разчета 0,5 кг на 1 м2.

У с т р о й с т в о н а с ып е й . Насыпи, как правило, должны уст­ раиваться только из талого грунта. При отсыпке насыпи количество мерзлого грунта, если одежда устраивается вслед за отсыпкой, не должно быть более 20% с размером комьев не более 20—30 см, если одежда будет устраиваться после осадки насыпи, то 50% (СНиП Ш -Б 1-71). Наличие снега и льда в насыпях не допускается; выпа­ дающий снег следует удалять, во время сильных метелей и снегопа­ дов укладку грунта прекращают. Комья мерзлого грунта должны быть равномерно распределены в теле насыпи. Верхний слой насыпи толщиной 1,2— 1,5 м отсыпают только из талого грунта. Для устрой­

268

ства насыпей зимой могут применяться без ограничения предвари­ тельно разрыхленные скальные грунты, гравий, щебень, песок круп­ ный и средней крупности. Несвязанные грунты укладывают и уплот­ няют как в летнее время.

Нижние части дорожных насыпей, окончание устройства кото­ рых намечают на зиму, отсыпают из хорошо дренирующих грунтов. Насыпи, располагаемые в пределах поймы реки или на затопляемой территории, а также регуляционные земляные сооружения возводят только из скальных и крупнообломочных грунтов или из крупного и средней крупности песка. Для уплотнения грунта в зимних усло­ виях рекомендуются трамбующие машины или плиты тяжелого типа, которые позволяют производить работы на коротком участке и зна­ чительной толщине уплотняемых слоев грунта или катки на пневма­ тических шинах и решетчатые катки. Для того чтобы грунт не поте­ рял способность уплотняться из-за быстрого смерзания, период от начала его разработки в карьере до окончательного уплотнения в насыпи (в мин) должен быть не более указанных на стр. 358.

Допускаемая крупность мерзлых кусков в зависимости от типа уплотняющих машин:

Работы по устройству земляного полотна должны непрерывно контролироваться.

При производстве земляных работ в зимнее время необходимо соблюдать указания СНиП 449-72.

О х р а н а т р у д а . Все рабочие, связанные с земляными рабо­ тами зимой, должны пройти инструктаж, знать требования техники безопасности при работе с машинами. Во время механического раз­ рушения мерзлого грунта в радиусе 50 м от экскаватора всем рабо­ чим, кроме машиниста, находящегося на кране, находиться нельзя. Запрещается одновременная работа двух экскаваторов на одном участке в радиусе 50 м, из которых один разрушает мерзлый грунт ударной нагрузкой, а другой разрабатывает разрыхленный грунт. Кабина машиниста экскаватора, рыхлящего мерзлый грунт (лобная часть), должна быть снабжена металлическим защитным кожухом и утеплена. Если защитным приспособлением служит металличе­ ская сетка, машинист должен иметь защитные очки с небьющиыися стеклами.Запрещается проход и нахождение людей между экскава­ тором и дизель-молотом или рыхлителем во время работы. При рых­ лении грунта взрывами должны соблюдаться правила ведения взрывных работ открытым способом (см. гл. 2).

§ 46. ПЛАНИРОВОЧНЫЕ РАБОТЫ И ОТДЕЛКА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Планировочные работы выполняются в общем технологическом потоке возведения земляного полотна на каждой захватке. Для удобства планировки насыпи по ширине возводят с запасом грунта

259

на откосах 5— 10 см, а откосы выемок не добирают на 10— 15 см. Запас не делают при отсыпке растительной земли на откосы. Ре­ зервы планируют после нивелирования их дна в продольном направ­ лении, чтобы обеспечить водоотвод. В поперечном направлении дну резерва придают уклон в соответствии с проектным профилем. Для планировки дна и откосов резервов применяют грейдеры, автогрей­ деры, легкие моторные катки. Внешний откос резерва планируют за один проход автогрейдера, дно резервов — за один-два прохода ав­ тогрейдера от подошвы насыпи, перекрывая по ширине каждый про­ ход на 0,2—0,3 м; и уплотняют за три-четыре прохода по одному следу при длине захватки 400—500 м.

Высокие насыпи и глубокие выемки планируют автогрейдерами (рис. 3.34, а) с откосниками или универсальным экскаватором-пла­ нировщиком Э-2516 рис. 8,34, б) — универсальной машиной, которая может выполнять различные операции и работать в грунтах I— III групп. Универсальность достигается за счет телескопического рабо­ чего оборудования и наличия сменных рабочих органов. На пово­ ротной платформе смонтированы силовая установка, гидропривод, механизм поворота, рабочее оборудование и кабина машиниста. Сменными рабочими органами являются ковши (экскавационный) емкостью 0,25 м3, планировочный со сплошной режущей кромкой емкостью 0,4 м3, погрузочный емкостью 0,4 м3, отвал шириной 1,8 м и удлинители стрелы 1 и 2 м. Средняя продолжительность рабочего цикла в отвале равна 21 сек, при планировке дна выемки — 28,4 сек; наибольший радиус копания — 6,8—7,8 м, глубина копания — 3—3,7 м, высота копания и выгрузки — 3,2—3,6 м, угол поворота ковша— 116°, угол поворота стрелы вокруг своей оси в обе сторо­ ны — 45°.

260