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

к оси трактора. Отвал, располагаемый впереди машины, является основным рабочим органом. С помощью этого механизма можно разрабатывать на косогорах выемки, вести планировку террито­ рии (путем срезки и засыпки неровностей), засыпать рвы, ямы и канавы, расчищать территорию от снега, кустарника и т. и.

Бульдозеры широко применяются во всех видах строительст­ ва, а особенно в дорожном.

Грейдеры, выпускаемые преимущественно в самоходном ва­ рианте и называемые автогрейдерами, также имеют отвал в ка­ честве основного рабочего органа. Но размещается он между передними и задними колесами и служит для среза, перемещения и выравнивания грунта по дорожному полотну, при планировке территорий и других подобных работах.

При дорожных работах, кроме простого автогрейдера, при­ меняют еще и грейдеры-элеваторы, разрабатывающие грунт с по­ мощью грейдерного отвала, а затем поднимающие его транспор­ терным устройством и отсыпающие либо прямо в отвал в стороне от дороги, либо в транспортное средство, движущееся с ним. Грейдеры-элеваторы применяют как при дорожном строительстве, так и при разработке каналов оросительных систем, возведении дамб, земляных плотин и разработке карьеров.

Гидромеханическая разработка

Гидромеханическая разработка основана на способности движущейся воды размывать грунты и увлекать грунтовые части-

Рис. 15. Гидромонитор:

/ — сопло; 2 — ствол; 3 — шарниры для вращения; / — гидроцилиндры; 5 — пульт управления

цы при своем движении. Существуют два основных способа гид­ ромеханизации: размыв струей и всасывание грунта из забоя. Пер­

вый из этих способов носит название гидромониторного, а вто­ рой — землесосного.

Размыв грунта струей производится с помощью механизмагидромонитора^ (рис. 15), служащего для создания струи воды, выбрасываемой под большим напором и с большой скоростью.

4 0

Диаметр насадок, выбрасывающих струю, составляет 50—250 мм, а рабочее давление 5—25 атм. При работе гидромонитора в зави­ симости от его производительности расходуется от нескольких со­ тен до 4—5 тыс. м3 воды в час, для чего в комплекте гидромеха­ нического оборудования имеются высоконапорные насосы боль­ шой производительности.

Гидромониторная разработка грунта ведется двумя способа­ ми: размыв «сверху вниз» и «снизу вверх». В первом случае гид-

Рис. 16. Схема гидромониторных работ:

и смывает грунт. Этот способ применим только в легкоразмываемых грунтах.

При размыве «снизу вверх» гидромонитор устанавливается на подошве забоя и подрабатывает массив грунта снизу. При этом верхняя часть массива обрушивается вниз, где разрушается и раз­ мывается. Таким способом разрабатывают как легкоразмываемые грунты, так и более плотные.

Наибольший эффект размыва грунта получается, когда гидро­ монитор располагается на возможно более близком расстоянии от забоя и дает достаточно широкую струю. Это объясняется тем, что при удалении от гидромонитора энергия струи уменьшается и размывающее ее действие падает, а тонкая струя захватывает лишь небольшой объем грунта. Однако в производственных усло­ виях не всегда удается располагать гидромониторы очень близко от забоя, поэтому мощность их используется не полностью. Раз­

41

работка грунтов гидромониторами производится обычно для за­ боев, расположенных выше уровня воды.

Размытый грунт в виде смеси с водой, называемой пульпой, стекает по забою в прудок, откуда забирается и транспортирует­ ся на место укладки. Общая схема гидромониторной разработки, транспортировки и укладки грунта приведена на рис. 16.

Эффективность гидромониторного размыва в большой степе­ ни зависит от того, какой грунт разрабатывают. Практика веде­ ния подобных работ дает следующее примерное деление грунтов по их сопротивляемости размыву. В качестве критерия размываехмости взято давление струи на грунт (в кг/см2), достаточное для разрушения его естественной структуры и размыва.

Эти данные показывают, что разработка этим методом тяже­ лых грунтов требует очень высоких давлений струи и потому не всегда является целесообразной.

Рис. 17. Землесос:

Разработка грунта землесосами (рис. 17) осуществляется пу­ тем всасывания насосом смеси грунта с водой (пульпы). Эта смесь для легких несвязных грунтов получается в процессе прос­ того всасывания, а для более тяжелых, плотных и связных грунтов ■— после раздробления их механическим рыхлителем (фрезерным

42

или каким-либо другим) или струей воды. Соотношение грунта и воды в пульпе находится в зависимости от вида грунта и состав­ ляет: для илов и слабых глин 1:4, для мелких песков 1:5, средних песков 1:6, крупных песков 1:7, а для песков с гравием 1:10 и да­ же 1:15 (в зависимости от количества гравия).

Разработка грунта землесосами всегда ведется из-под воды, поэтому большинство земснарядов (за исключением стационар­ ных, перекачивающих пульпу, образующуюся при гидромонитор­ ной разработке) монтируется на понтонах или баржах.

В комплект земснаряда входят следующие агрегаты: а) при­ емное устройство (рис. 17), состоящее из грунтоприемника, рыхли­ теля и всасывающего трубопровода, б) землесосный насос с дви­ гателем (обычно электромотором), в) папильонажные сваи и лебедки управления, г) напорный трубопровод для транспорта пульпы к месту укладки грунта.

Для обеспечения разработки грунта на разных глубинах у всех земснарядов грунтоприемное устройство крепится на раме, шарнирно соединенной с корпусом земснаряда. Рабочее переме­ щение земснаряда («папильонирование») состоит из последова­ тельных поворотов его на некоторый угол вокруг одной, а затем другой сваи. Такое постепенное переступание и вращение снаряда позволяет разрабатывать всю площадь карьера. Разработка грун­ та землесосами возможна со свободной поверхности воды, а также в котлованах, заливаемых водой. В последнем случае во время работы землесоса в котлован должна подаваться вода-; нужная для образования пульпы.

Промышленность выпускает земснаряды производительно­ стью от 400 до 10 000 м3 пульпы в час при давлении от 25 до 80 м водяного столба.

Взрывные работы

Рыхление скальных и твердых пород при малых объемах ра­ бот производится шпуровыми зарядами малого диаметра, котло­ выми зарядами в шпурах и зарядами в рукавах. При больших объемах работ применяют колонковые заряды и заряды в котлах, а при массовом обрушении — минные камеры. Для раскола от­ дельных глыб или валунов обычно применяют накладные заряды, располагаемые непосредственно на поверхности раскалываемой глыбы. При разработке на выброс каналов и других крупных вые­ мок закладывают один или два ряда котловых зарядов или мин­ ных камер, а при малых объемах (вскрытие канав и траншей) — один или два ряда скважин или шпуров.

Разработка минных камер, так же как и бурение шпуров и скважин, производится с применением специальных буровых стан­ ков, а также пневматических или электрических перфораторов. Котловые камеры в скважинах и шпурах создают взрывами ма­ лых зарядов, способных образовывать расширения нужного объе­

43

ма. По своему расположению различают одиночные и групповые заряды.

Вкачестве взрывчатого вещества (ВВ) при проведении взрывных работ применяют аммоналы, аммониты, динамиты, ам­ миачную селитру, а в ряде случаев черный порох. Взрывание про­ изводят либо огневым или электрическим способом, либо детона­ цией. Для огневого способа обычно применяют бикфордов шнур (при малом числе взрываемых зарядов), а при электрическом взрывании — взрывные машинки ручного действия, позволяющие взрывать от 25 до 100 зарядов одновременно.

Впроцессе взрыва в массиве пород, в котором происходит взрывание ВВ, образуются четыре сферы действия: сжатия, выб­ роса, разрыхления и колебания. Размеры каждой из зон зависят

сопротивление массива в каком-либо направлении ослаблено (на­ пример, вблизи проходит обнаженная поверхность массива), то в этом направлении образуется воронка взрыва.

Существуют различные методы размещения зарядов в сква­ жинах, а также в минной камере — это сосредоточенный, рас­ средоточенный и котловой заряды. Сосредоточенный заряд рас­ полагается в нижней части скважины и обеспечивает наибольший эффект обрушения при высоком уступе. Рассредоточенный заряд дает наиболее равномерное дробление породы. Котловой заряд дает наиболее массовое обрушение породы при высоком уступе и применяется также при взрывах на выброс.

Наибольший эффект от взрывных работ, проводимых для дробления и рыхления пород, получается в прочных и жестких породах, а малый — в вязких (в частности, в мерзлых грунтах).

Производство взрывных работ осуществляется обычно по спе­ циально разрабатываемым проектам ведения этих работ.

§ 3. ТРАНСПОРТ ГРУНТА

Транспортирование грунта из выемки (карьера) до места его укладки в насыпь или отвал может быть выполнено или теми же землеройными и комплексными землеройно-транспортными меха­ низмами, или специальными транспортными средствами.

Выбор системы транспортирования грунта производится в зависимсти от: 1) метода разработки и вида грунта, 2) общего и суточного объема перевозок, 3) дальности перевозки, рельефа местности и характера пути, 4) метода возведения насыпи или отвала.

Специальные средства для транспорта грунта делятся на ме­ ханические и гидравлические.

Механические транспортные средства в свою очередь подраз­ деляются на рельсовые, колесные и ленточно-транспортерные.

44

редвигающихся с помощью паровозов, мотовозов или электрово­ зов. Емкость вагонов около 50 т (при нормальной и 1000-милли­ метровой колее) или 25 т (при 750-миллиметровой колее). Погрузка грунта в вагоны производится главным образом экска­ ваторами. Рельсовый транспорт применяют при дальности возки не менее 3 км. Его достоинствами является большая пропускная способность, наименьший расход энергии, наименьшая стоимость перевозок. К недостаткам относятся более высокие требования к качеству путей, меньшая маневренность, невозможность использо­ вания при стесненной территории и необходимость в устройстве погрузочно-разгрузочных путей. Железнодорожные пути в месте выемки грунта и при разгрузке время от времени по мере отра­

пускает автосамосвалы грузоподъемностью 1,2; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0; 10,0; 25,0; 42 и 67 т. Погрузка грунта на самосвалы произво­ дится экскаваторами.

Транспорт грунта автомобилями и тракторными прицепами применяется в случаях, когда дальность возки грунта меньше, чем

шой степени зависит от грузоподъемности машин, мощности двига­ теля, вида и качества дорог. Обычно более мощные и грузоподъ­ емные машины оказываются более производительными и эконо­ мичными. Благодаря своей большой маневренности колесный транспорт имеет очень большое распространение при ведении зем­ ляных работ.

Транспорт грунта л е н т о ч н ы м и т р а н с п о р т е р а м и про­ изводится в основном на короткие расстояния, причем если оно больше 50 м, то применяют последовательно несколько звеньев, обеспечивающих переброску грунта на нужное расстояние. В за­ висимости от расположения поддерживающих роликов различают транспортеры с плоскими и лотковыми лентами. Ширина транс­ портерной ленты составляет от 300 до 2200 мм. Скорость движе­ ния ленты при транспортировании песка и гравия достигает 2—4 м/сек, а камня 1,5—2 м/сек.

Для удобства загрузки и непрерывного поступления потока грунта на ленту у забойного транспортера устанавливается бун­ кер, загружаемый механизмом, ведущим разработку грунта.

Гидравлический транспорт грунта может осуществляться по двум схемам: при движении под уклон самотеком по лоткам и под давлением по трубам.

45

При гидравлическом транспорте самотеком по лоткам грунт смешивается с водой в специальных бункерах-смесителях или стекает в виде готовой смеси с водой (пульпы) при гидромони­ торной разработке грунта. Этот способ применим только для пе­ ремещения грунта с высоких отметок на более низкие.

При перемещении пульпы по трубам давление создается на­ сосом землесоса или специальными насосами станций перекачки. Такой способ позволяет транспортировать грунт на более высокие горизонты, чем расположение землесоса (в карьере или в прудке, куда стекает пульпа).

Гидравлический транспорт грунта по трубам очень произво­ дителен и широко применяется в строительстве. Дальность транс­ портировки зависит от напора, создаваемого насосом, и от диамет­ ра труб. Обычно она составляет 1 —1,5 км. При необходимости перекачивать пульпу на большее расстояние создают промежуточ­ ные прудки, где производят дополнительное перемешивание грун­ та с водой и откуда пульпу качают насосами станции перекачки.

Наиболее распространенные трубы, применяемые для гидро­ транспорта грунта, имеют диаметр от 250 (для расхода пульпы в 300—400 м3/час) до 600 мм (для расхода пульпы в

3500—4000 м3/час).

В зависимости от того, какой грунт разрабатывается и транс­ портируется, пульпа должна быть разной консистенции — более густой для более дисперсных грунтов и более жидкой для более крупнозернистых. Скорость движения пульпы разного состава то­ же должна быть различной. Так, во избежание выпадения грунта из пульпы скорость движения при транспорте крупнозернистых разностей грунтов должна быть выше скорости движения пульпы с тонкозернистым материалом. Как показывает практика, критиче­ ская скорость, при которой происходит выпадение песка из пуль­ пы, составляет 2,5—3,0 м/сек, для песчано-гравийной смеси 3 — 4 м/сек, а при наличии крупного гравия 6—8 м/сек.

§ 4. УКЛАДКА ГРУНТА

Укладка грунта в земляное сооружение или в отвал может вестись путем отсыпки с транспортных средств или землеройных машин или намывом средствами гидромеханизации. Выбор того или иного способа укладки зависит от ряда факторов, среди ко­ торых вид грунта является одним из определяющих. Так, укладка гравийно-галечного грунта, так же как каменной наброски, ведет­ ся преимущественно отсыпкой сухим способом. Укладка супесча­ но-суглинистых грунтов и глин также ведется главным образом путем механической отсыпки грунта в состоянии оптимальной влажности с последующим уплотнением грунта укаткой. Пески во всех случаях, когда это только возможно по производственным

условиям, укладывают намывом, хотя их можно укладывать и от­ сыпкой.

4 6

Все насыпи, в которые укладывают грунты, можно разделить

ских и поселковых, промплощадок, аэродромов и др.).

По своей форме насыпи разделяют на: а) насыпи линейного типа (дорожные и гидротехнические), б) сплошные подсыпки пло­ щадок и в) отвальные насыпи. Отвалы грунта, не используемого для создания земляного сооружения, также могут иметь форму линейных отсыпок (кавальеры вдоль выемок) или сосредоточен­ ного скопления материала на специально отведенной территории.

Как при поперечном, так и при продольном транспорте грунта укладка его в сооружение может вестись: а) слоями той или иной толщины, участками большей или меньшей длины, но на всю ши­ рину насыпи; б) отдельными участками по длине насыпи, но од­ ним слоем (на всю высоту сооружения); в) головным способом, при котором насыпь удлиняется отсыпкой ее на полную высоту и ширину.

Возведение насыпи сразу на полную высоту применяется только: а) при переходе дорожного полотна из выемки на на­ сыпь; б) при переходе через болота; в) при устройстве съездов на крутых склонах; г) при отсыпке некачественных пионерных насыпей.

Все качественные земляные насыпи из суглинистых и глини­ стых грунтов, как правило, возводятся слоями. Каждый слой сна­ чала отсыпают на определенную высоту (большую для более пес­ чаных грунтов и меньшую для более глинистых), затем разрав­ нивают и после этого укатывают до задаваемой плотности.

Уплотнение грунтов при послойной их укладке ведется чаще всего различными катками большого веса. Наиболее распростра­ ненными среди них являются катки на пневматическом ходу или металлические с кулачками, которые совершают несколько прохо­ док по укатываемому слою для достижения заданной плотности. Кроме того, уплотнение грунтов проводится путем прохода по слою отсыпанного грунта автомобилей или тракторов, но при этом получается менее равномерное уплотнение, чем при укатке специ­ альными катками. В процессе укатки ведется постоянный конт­ роль за плотностью укладки грунта путем взятия контрольных образцов для определения объемного веса или с помощью гамма- и нейтронных плотномеров.

Кроме того, уплотнение грунтов можно осуществить ударны­ ми трамбовками (взрывного или пневматического действия весом от нескольких десятков килограммов до 4—6,5 т) или вибраторами (поверхностными или глубинными).

4 7

Выбор того или иного метода уплотнения в значительной ме­ ре зависит от вида уплотняемого грунта. Так, для связных гран­ тов наиболее применимо уплотнение укаткой, а малосвязных

трамбование и виброуплотнение.

При гидравлическом транспорте грунта укладка его в соору­ жение производится по методу намыва и может осуществляться как на поверхности земли, так и под воду. Выпадение частиц грун­ та из пульпы происходит, когда скорость ее движения становится

заданное распределение крупности грунта в намываемом соору­ жении. Однако процесс этот очень сложен, так как разделение грунта на фракции происходит как в поперечном, так и в радиаль­ ном направлении.

Грунт, уложенный гидромеханическим способом, содержит в своих порах большое количество воды, которая постепенно уда­ ляется. Процесс этот протекает в грунтах разной крупности с раз­ ной скоростью, являющейся функцией водопроницаемости. В пес­ чаных грунтах полное удаление воды из тела надводной насыпи протекает за несколько суток, а в супесчано-суглинистых и лессо­ вых грунтах может продолжаться несколько месяцев. Для уско­ рения этого процесса в тело насыпи закладывают специальные дренажи или производят искусственную откачку воды через сис­ тему иглофильтров.

При гидромеханической укладке грунта в насыпь применяют два основных метода намыва: односторонний и двусторонний.

При одностороннем намыве, когда выпуск пульпы из транс­ портирующего пульпопровода происходит по оси сооружения, в центральной части насыпи выпадают наиболее крупные частицы, а в откосах — более мелкие, но тоже песчаные частицы. Пылева­ тые и глинистые частицы стекают вместе с водой за пределы соо­ ружения. В результате такой системы намыва получается отно­ сительно однородное песчаное тело насыпи (рис. 18).

При двустороннем намыве выпуск пульпы происходит из двух ниток параллельных пульповодов, располагаемых на некотором расстоянии друг от друга (рис. 19). В этом случае вблизи трубо­ провода откладываются более крупные частицы, а мелкие стекают в стороны и частично уносятся за пределы сооружения. Однако значительная часть мелких фракций сносится в среднюю часть

4 8

профиля сооружения, где образуется прудок и происходит посте* пенное осаждение мелких пылевато-глинистых частиц. В резуль­ тате получается неоднородный профиль земляного сооружения, у которого центральная зона представляет собой ядро, сложенное пылевато-глинистыми частицами, а боковые призмы сложены пес­ чаными частицами. Этот метод гидромеханического возведения широко применяется при сооружении земляных плотин.

Рис. 19. Схема двустороннего намыва насыпи:

В связи с тем что пылевато-глинистые частицы при своем осе­ дании консолидируются очень медленно, центральная часть пло­ тин, намытых двусторонним методом, долгое время остается в не­ устойчивом недоуплотненном состоянии. Для ускорения процесса консолидации и отвода вод в толщу ядра закладывают специаль­ ные дренажные колодцы, из которых собирающаяся вода откачи­ вается насосами или выпускается через дренажные трубы, укла­ дываемые в нижние горизонты тела плотины (рис. 19).

Подводный намыв грунтов в принципе мало отличается от надводного, хотя в этом случае происходит лучшая сортировка материала и большее удаление (относ течением воды) мелких частиц.

При намыве грунта получается достаточно плотная укладка материала. Регулировать эту плотность можно, меняя интенсив­ ность подачи пульпы и ее состав (концентрацию). Однако в ряде случаев получаемая плотность оказывается недостаточной. Тогда производят дополнительное уплотнение грунта либо с помощью вибраторов (обычно глубинных), либо камуфлетными взрывами малой мощности в скважинах. Такое уплотнение наилучших ре­ зультатов достигает в условиях, когда намытые грунты еще на­ ходятся в водонасыщенном состоянии.

Намыв земляных сооружений ведется по участкам («кар­ там»), охватывающим отдельные части длины сооружения, слоями определенной мощности. Пульповоды располагаются на невысоких обычно металлических эстакадах, которые переносятся по мере возведения сооружения. Отдельные карты намыва располагаются так, чтобы их краевые зоны (стыки между соседними картами) не совпадали в слоях, расположенных друг над другом, и не образо­ вывали швы, секущие сооружение.

49