книги из ГПНТБ / Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие

ческими) и с помощью различных машин и механизмов. Выбор того или иного метода, так же как и механизмов, зависит от целого ряда факторов, среди которых основными являются: объемы и сроки выполнения работ; виды, размеры, состав и компоновка

сооружений; очередность их возведения и др.

Однако одним из самых важных факторов, часто диктующих выбор той или иной схемы производства работ и метода разработ­ ки и укладки грунта, являются вид грунта, инженерно-геологиче­ ские и гидрогеологические условия строительства, а также рель­ еф, обусловливающий возможность организации того или иного транспорта земляных масс.

Из физико-механических свойств, определяющих разрабатываемость грунта, основными являются сопротивление рез-анию и копанию. Эти свойства являются функцией структуры и текстуры грунта, а также его прочности (сопротивления сдвигу).

По сопротивлению резанию и копанию все грунты делятся на восемь категорий:

I — песок, супесь легкая и средняя, суглинок влажный и раз­ рыхленный;

II — суглинки, гравий мелкий и средний, глина мягкая (легкая), влажная и разрыхленная;

III— суглинки плотные, глины средние и тяжелые, влажные

иразрыхленные, уголь мягкий;

IV — суглинки тяжелые со щебнем и галькой, глины тяжелые и очень тяжелые, влажные, уголь средней крепости, конгломерат слабосцементированный;

V — сланцы средние, глины тяжелые, сухие, мел, гипс и мер­ гель мягкие;

VI — ракушечник, известняк мягкий, пористый, мел, гипс, мергель и сланцы средней крепости, уголь крепкий;

VII — сланцы, мергель, мел и гипс крепкие, известняк сред­ ней крепости, песчаник мягкий, мерзлые грунты;

VIII — скальные породы.

Грунты первых трех категорий являются наиболее легко раз­ рабатываемыми и при копании их землеройными механизмами не требуют никакой предварительной подготовки. Гидравлическая разработка грунтов первых двух категорий тоже вполне возмож­ на, а для грунтов III категории мало эффективна. Грунты IV и V категорий могут разрабатываться тяжелыми механизмами без предварительного рыхления, тогда как грунты более высоких ка­

тегорий нуждаются в предварительном дроблении и рыхлении взрывными работами.

Все земляные работы можно разделить на две основные груп­ пы: разработку выемок и создание насыпей.

Разработка выемок, так же как и возведение насыпей, про­ изводится двумя способами: продольным и поперечным. При про­ дольном способе ведения земляных работ массы грунта транспор­ тируются вдоль продольной оси сооружения, для чего применяют­

30

ся специальные транспортные средства. При поперечном способе грунты перемещаются в направлении, перпендикулярном (или близком к нему) к продольной оси сооружения, обычно тем же землеройным механизмом, который ведет разработку грунта: экс­ каватором, скрепером и др. При строительстве очень крупных (широких) сооружений поперечным способом приходится приме­ нять специальные транспортирующие механизмы (транспортеры,

самосвалы и др.).

При разработке выемок продольным способом работы обычноведут ярусами, что позволяет существенно увеличить фронт ра­ бот, ставить одновременно несколько механизмов и тем повысить эффективность разработки. При поперечном способе разработку можно вести широким фронтом, ставя несколько механизмов, ра­ ботающих параллельно и одновременно. Разновидностью продоль­ ного способа разработки выемок является головной способ, при котором работающая машина двигается вдоль оси сооружения по* поверхности земли или по горизонтам, расположенным в кровле слоя. Этим способом разрабатывают траншеи, канавы и другие подобные выемки.

Насыпи применяют при создании линейных сооружений (до­ рожных насыпей, дамб, плотин и т. п.), при планировке террито­ рий и отсыпке отвалов.

Наиболее простым способом возведения насыпей являетси поперечный, при котором насыпь возводят из боковых резервов без: применения специальных транспортирующих механизмов. При этом работы можно вести одновременно по всей длине сооруже­ ния. Однако этот способ применим только для возведения отно­ сительно небольших и невысоких насыпей неответственного назна­ чения. При сооружении качественных насыпей, укладываемых из; послойно уплотняемых грунтов, поперечный способ теряет свои преимущества и поэтому применяется редко.

Продольный способ допускает ведение работ на фронте боль­ шой протяженности и широко применяется в строительной прак­ тике. При этом способе грунты можно укладывать послойно, слоя­ ми нужной мощности и с уплотнением каждого слоя.

Разновидностью продольного способа является г о л о в н о й ( пио не р н ы й) способ, при котором насыпь возводится полным поперечным профилем, постепенно продвигаясь вперед. Он при­

ность послойного уплотнения насыпей и сжатый фронт работ. Кроме того, способы ведения земляных работ можно разде­

лить на следующие три группы: механические, гидравлические и взрывные. При каждом из этих способов применяется целый ряд специальных машин и механизмов как для разработки и рыхле­ ния, так и для выемки, транспортирования, укладки и уплот­ нения.

31

Выбор того или иного способа производства работ, наиболее

этом для каждой машины должен быть установлен режим, обеспе­ чивающий использование всех ее возможностей и наибольшую производительность. В соответствии с этим количество машин, участвующих в работе, должно быть минимальным, а мощность каждой машины должна соответствовать заданной производи­

тельности.

Земляные работы с разработкой, транспортированием и ук­ ладкой грунтов с помощью взрывов ведутся как при проходке выемок, так и при создании насыпей. В настоящее время уже осу­ ществлены подобные работы на нескольких объектах (например, плотина в Медео для защиты г. Алма-Аты от селевых потоков), а в ряде стран обсуждается возможность ведения подобных работ с использованием атомных взрывов. Взрывные работы для разра­ ботки выемок методом взрыва на выброс или по созданию насы­ пи используют в тех случаях, когда требуется быстрое проведе­ ние работ, а трудные дорожные условия (горная местность, забо­ лоченность) не позволяют применить тяжелые высокопроизводи­ тельные механизмы. Этот способ используют также при отсутст­ вии энергетических ресурсов в районе ведения работ. Кроме того, взрывные работы широко применяют для дробления и рыхления пород выше V категории перед разработкой их механическим спо­ собом.

§ 2. РАЗРАБОТКА ГРУНТА

Разработка грунта, как это отмечалось выше, может вестись механическим способом с помощью землеройных машин и меха­ низмов, а также методом гидромеханизации.

Механическая разработка

Механическая разработка грунта производится в настоящее время всевозможными землеройными машинами и механизмами, благодаря чему доля ручного труда при этих работах ограничи­ вается производством зачисток и других мелких работ.

Землеройные машины, применяемые в строительстве, можно разделить на три основные группы: одноковшовые экскаваторы, многоковшовые экскаваторы и скреперы.

По характеру рабочего процесса эти машины можно разде­ лить на машины прерывного (одноковшовые экскаваторы и скре­

32

По ходовому оборудованию экскаваторы всех типов могут быть на гусеничном, пневмоколесном и рельсовом ходу (нормаль­ ной, узкой или специальной колеи). Некоторые экскаваторы, предназначенные для работы в портах, морских каналах и других подобных условиях, выпускаются смонтированными на баржах, понтонах или других плавсредствах. Скреперы обычно работают на пневмоколесном ходу.

Рис. 7. Экскаватор СЭ-3 с прямой лопатой

В зависимости от конструкции рабочего органа среди экс­ каваторов различают машины с жесткой или с гибкой подвеской ковша, а по виду рабочего оборудования — универсальные или специальные.

Одноковшовые экскаваторы обычно способны поворачиваться

ляет собой машину с жестко подвешенным ковшом, копающим в направлении от себя и способным разрабатывать забой, располо­ женный выше горизонта своего стояния и уровня грунтовых вод. Он может разрабатывать без предварительного рыхления все грунты, обладающие прочностью ниже V категории. Более проч­ ные грунты он разрабатывает после рыхления их взрывными ра­ ботами. Экскаваторы этого типа обычно используются для погруз­ ки грунта на транспорт.

Э к с к а в а т о р с о б р а т н о й л о п а т о й (рис. 8) тоже име­ ет жестко подвешенный ковш, но копает к себе и способен разра­ батывать забой, находящийся ниже горизонта своего стояния. Он может разрабатывать все грунты не прочнее V категории, лежа­ щие как выше, так и ниже уровня воды. Экскаваторы этого типа

Рис. 8. Экскаватор с обратной лопатой

чаще всего применяются для проходки траншей, канав и других

гибкой подвеской ковша. Разработка забоя, расположенного ниже горизонта стояния экскаватора, производится путем черпания грунта ковшом, первоначально забрасываемым со стрелы и с пос­ ледующим подтягиванием его тросом к себе. Драглайны способны разрабатывать все типы грунтов ниже V категории разрабатывае­ мое™, залегающие как выше, так и ниже уровня воды. Они широ­ ко применяются в строительстве при разработке выемок с уклад­ кой грунта в отвалы и с погрузкой его на транспорт.

34

Рис. 9. Экскаватор с драглайном

захватывания. По сравнению с другими экскаваторы этого типа имеют значительно меньшее распространение.

По своему назначению одноковшовые экскаваторы делятся на: строительные, карьерные, гидротехнические и вскрышные, а также тоннельные.

С т р о и т е л ь н ы е экскаваторы, разрабатывающие котлова­ ны, траншеи, дорожные выемки, легкие мелиоративные и иррига­ ционные сооружения, применяют обычно прямую и обратную ло­ паты, драглайн и реже грейфер. Емкость ковша этих экскавато­ ров обычно не превышает 2 м3. В большинстве своем это экскава­ торы на гусеничном (при емкостях ковша свыше 0,75 м3) или на

Рис. 11. Шагающий экскаватор ЭШ-10/75 со стрелой длиной 75 м и ков­ шом емкостью 10 м3

крупные машины с ковшами емкостью от 2 до 8 м3, применяются при крупных строительных и многих гидротехнических работах, а также при разработке карьеров строительных материалов и дру­ гих полезных ископаемых. По своему рабочему оборудованию это главным образом прямая лопата и драглайн. Экскаваторы этого типа обычно монтируются на платформах на гусеничном ходу и снабжаются дизель-электрическими или электрическими двигате­

и т. п.) и при открытой разработке месторождений полезных ис­ копаемых. По своему рабочему оборудованию это обычно драг­ лайны с емкостью ковша от 4 до 15—25 м3 при удлиненной (до 75—100 м) стреле. Иногда для этих работ применяют специальные отвально-вскрышные прямые лопаты с емкостью ковша 15—25 м3.

36

Т о н н е л ь н ы е экскаваторы, используемые главным образом для погрузки породы на вагонетки в штольнях, представляют со­

экскаваторы снабжаются универсальным и сменным оборудовани­ ем, позволяющим в зависимости от стоящих задач и категории разрабатываемых грунтов применить наиболее эффективное в дан­

ных условиях.

Многоковшовые экскаваторы в отличие от одноковшовых представляют собой машину непрерывного действия, разрабаты­ вающую грунты не выше V категории.

По виду рабочего оборудования многоковшовые экскаваторы делятся на цепные и фрезерные (роторные).

В ц е п н о м многоковшовом экскаваторе ковши прикреплены к цепи, приводимой в движение многогранным ведущим бараба­ ном. Цепь поддерживается и направляется несущей рамой, под­ вешенной к корпусу экскаватора, которая может быть опущена ниже уровня стояния самого экскаватора (нижнее черпание) или поднята выше его (верхнее черпание). Ковши экскаватора, разра­ батывая грунт, черпают его и доставляют в бункер, откуда он при помощи лотка или транспортера непрерывно поступает на транс­ порт.

Различают многоковшовые экскаваторы поперечного и про­ дольного черпания. Первые из них служат для разработки кана­ лов и планировки откосов. При этом если несущая рама является многошарнирной, то такой экскаватор может разрабатывать не только прямолинейный, но и сложный профиль откоса.

Многоковшовые экскаваторы продольного черпания служат для разработки траншей. В зависимости от своих размеров и про­ изводительности многоковшовые экскаваторы выпускаются на гу­ сеничном, колесном и рельсовом ходу.

Разновидностью многоковшовых экскаваторов, применяемых для подводного черпания, являются плавучие землечерпательницы.

Р о т о р н ы е (фрезерные) экскаваторы (рис. 12) разрабаты­ вают грунт рыхлителем и извлекают его специальными устройст­ вами, снабженными ковшами. Перемещение грунта к месту выгрузки производится ленточными транспортерами, причем эта выгрузка может вестись как на транспорт, так и в отвал.

В настоящее время созданы весьма совершенные и высокопро­ изводительные роторные экскаваторы, применяемые как для про­ дольной разработки траншей и канав, так и для извлечения полезных ископаемых и вскрышных грунтов.

Скреперы представляют собой тяжелые ковши, наполняемые при рабочем ходе путем черпания. Среди них различают канат­ ные и колесные скреперы.

37

Рис. 13. Прицепной скрепер:

а — при загрузке ковша; б — в транспортном положении

направлении. При обратном, холостом, движении ковш освобож­ дается от грунта. Канатные скреперы могут разрабатывать толь­ ко относительно слабые грунты (до III категории) и передвигать их на небольшие расстояния.

38

(путем срезания грунта), а затем, приподняв ковш в транспорт­ ное положение, отвозить грунт на место укладки. Колесные скре­ перы обычно работают на прицепе к гусеничному или колесному трактору или тягачу. В связи с тем что в процессе заполнения ковша требуется значительно большая тяговая мощность, чем для движения скрепера в транспортном положении, в забое ра­ ботают специальные тракторы-толкачи, которые особенно полез­

ны при работе скреперов большого объема и в грунтах трудной разрабатываемое™ (выше III категории). Наиболее распростра­ ненными в дорожно-строительной практике являются скреперы с емкостью ковша 6 м3, а при крупном гидротехническом строи­ тельстве и на вскрышных работах применяют скреперы с емко­ стью ковша 15—25 м3 и даже больше.

В последнее время кроме прицепных стали выпускаться и самоходные скреперы.

Практика применения колесных скреперов показывает, что использование их при дальности возки свыше 4—5 км оказывает­ ся нерентабельным.

Кроме собственно землеройных машин при земляных работах (дорожных, планировочных и др.) применяют еще механизмы, служащие главным образом для поверхностного выравнивания и перемещения земляных масс. К числу таких механизмов, способ­

ных разрабатывать грунты до III категории относятся бульдозеры и грейдеры.

Бульдозер (рис. 14) представляет собой трактор, оборудован­ ный отвалом, устанавливаемым перпендикулярно или под углом

39