Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Возведение земляного полотна автомобильных дорог с применением средств гидромеханизации. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
М. Н. ПершиН, Г. и. АртюхиНА,
А. С. СиМоНовА
возведеНие зеМляНоГо ПолотНА
АвтоМобильНых дороГ
С ПриМеНеНиеМ СредСтв
ГидроМехАНизАции
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2012
1
2
3
УДК 625.731.2 : 621.879.45
Рецензенты: д-р воен. наук, профессор Н. А. Ермошин; начальник отдела
науч.-техн. сопровождения ЗАО «Институт Стройпроект”» Н. Н. Беляев
-
: учебное пособие /
Г. И. Артюхина, А. С. Симонова; СПбГАСУ. – СПб., 2012. – 40 с.
ISBN 978-5-9227-0398-3
Содержатся основные положения производства, контроля качества и
приемки гидромеханизированных работ, а также список рекомендуемой
литературы.
Табл. 7. Ил. 12. Библиогр.: 2 назв.
Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия.
М. Н. Першин ,
ISBN
978-5-9227-0398-3
А. С. Симонова, 2012
© Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2012
© М. Н. Першин , Г. И. Артюхина,
3
В парке строительных машин и механизмов, предназначенных
для производства земляных работ, особое место занимают средства
гидромеханизации, которые широко применяются на объектах гидротехнического строительства. При производстве Куйбышевского
гидроузла до 60 % всех земляных работ было выполнено с использованием гидромеханических средств производства, а при строительстве Волгоградского гидроузла – 80 %. На железнодорожном транспорте гидромеханизированные работы составляют более 10 млн м
от общего объема земляных работ. Имеется много примеров успешного применения средств гидромеханизации при строительстве автомобильных дорог.
Гидромеханический способ производства земляных работ основывается на использовании для разработки, транспортировки и
укладки грунта энергии воды. Струя воды, подаваемой под большим
давлением, приобретает новые, необычные физические свойства.
Она становится настолько упругой и твердой, что легко разрушает грунт и перемешивает его с водой. Жидкая масса грунта с водой
(пульпа) легко может транспортироваться по трубопроводам либо
самотеком (в зависимости от местных условий) к месту возведения насыпи. Здесь благодаря резкому снижению скорости движения
пульпы (гидромассы) частицы грунта из нее выпадают, складываясь
в сооружении, а осветленная вода стекает.
Принцип действия гидравлических средств механизации определяет и основные условия рационального применения гидравлических способов разработки грунтов. При помощи средств гидромеханизации могут производиться: разработка выемок, возведение
насыпей и дамб, разработка карьеров и котлованов, вскрышные работы, выторфовывание и другие.
3
4
5
Особенно эффективно применение гидромеханизации в дорожном строительстве при возведении подходов к мостам, устройстве
регуляционных сооружений, насыпей, расположенных вдоль водоемов, при разработке смежных глубоких выемок и высоких насыпей,
вблизи мощных источников воды.
Главные преимущества гидромеханизации по сравнению с другими
видами механизированных земляных работ заключаются в дешевизне
работ, сравнительно небольших капиталовложениях в оборудование,
малой трудоемкости и высоком качестве земляных работ, а также в
возможности автоматизации всего процесса земляных работ.
К недостаткам гидромеханизированного способа можно отнести
большую энергоемкость и потребность металла на трубопроводы,
затраты времени на проведение монтажных и других подготовительных работ, а также ограниченную возможность применения в районах с суровым климатом и в зимних условиях.
Опыт применения гидромеханизации на крупных гидротехнических стройках показывает, что стоимость разработки 1 м
3
грунта при
помощи средств гидромеханизации в среднем на 50 % меньше, чем
при разработке грунта экскаваторами. Применение гидромеханизированного способа разработки обеспечивает высокую плотность намываемых грунтов. В результате этого намытые насыпи обычно не
требуют дополнительного уплотнения и укладка дорожных одежд
на такие насыпи возможна непосредственно после просыхания намытой насыпи.
Таким образом, этот способ дает возможность исключить из технологического процесса производства земляных работ ряд трудоемких операций, таких как рытье, погрузка в транспортные средства,
разгрузка, уплотнение грунта, планировка и др., которые присущи
механическому способу. Кроме того, с помощью гидромеханического способа возможно производить фракционирование грунта в соответствии с конструктивными требованиями сооружения или для
обогащения песчаных и песчано-гравийных грунтов.
Для успешного применения гидромеханизированного способа
необходимо иметь:
большие и сосредоточенные объемы земляных работ (не менее •
3
50 тыс. м
на 1 км насыпи) при небольшом расстоянии от места раз-
работки до укладки грунта;
близко расположенные источники воды с достаточным ее коли-•
чеством для ведения работ;
5
дешевые источники электроэнергии и другие виды энергии;•
легкоразрабатываемые грунты.•
Экономическая эффективность гидромеханического способа
определяется наличием достаточного количества воды, а также наличием электроэнергии в районе строительства. При недостаточном
количестве воды требуется организация работ на водообороте, что
требует дополнительного оборудования строительства специальных
сооружений (артезианских колодцев, водоприемных устройств и
т. п.) – все это удорожает стоимость работ. Таким образом, целесообразность применения этого способа в каждом конкретном случае
должна определяться технико-экономическим сравнением.
Физико-механические свойства грунтов существенно влияют на
эффективность их разработки средствами гидромеханизации. Эти
свойства определяют тип грунтозаборных устройств земснаряда, величину напора в насадке гидромонитора (диаметр насадки), тип землесосов, профиль намываемых сооружения и отвалов. Грунты, поддающиеся разработке гидромеханизированным способом, обычно
делят на связные (глины, суглинки, илы и т. п.) и несвязные сыпучие,
хорошо дренирующие грунты (пески, супеси, песчано-гравийные и
т. п.).
Основными характеристиками, оказывающими влияние на размываемость, транспортирование и укладку грунтов гидромеханизированным способом, являются:
объемная масса, выражающая отношение общей массы грунта •
к его объему, включая объем пор;
удельный вес – вес единицы объема грунта; фазовый вес ске-•
летной части грунта;
гранулометрический состав – процентное содержание по весу •
частиц различной крупности; оказывает влияние на трудоемкость
разработки, транспортирование и укладку грунта, на коэффициент
фильтрации (срок высыхания), а также на пригодность грунта для
устройства земляного сооружения;
влажность – содержание влаги в грунте; влияет на разработку •
грунта средствами гидромеханизации. Так, например, влажные гли-
6
7
ны леко размываются струей гидромонитора, а мелкозернистые пески, супеси с повышенной влажностью легко засасываются трубой
гидроснаряда;
пористость – отношение объема пор в грунте ко всему объему •
грунта, %.
Для возведения насыпей земляного полотна автомобильных дорог
рекомендуется применять преимущественно хорошо дренирующие
грунты (пески, супеси, песчано-гравийные и т. п.). Эти грунты, находясь в теле насыпи, быстро отдают воду, хорошо просыхают, а осадка
их после намыва занимает незначительное время. Грунты тонкодисперсные (суглинки, глины), плохо дренирующие после намыва, просыхают медленно, осадка насыпи растягивается на длительное время,
достигая иногда (для глин) нескольких лет. Это не дает возможности
своевременно приступить к устройству дорожной одежды.
В зависимости от гранулометрического состава, трудоемкости
разработки и транспортирования грунты подразделяют на восемь
групп – при разработке гидромониторами.
Основным фактором, характеризующим эффективность применения гидромеханизированного способа земляных работ, является
удельный расход воды, т. е. количество воды, рекомендуемое на разработку и перемещение 1 м
от гранулометрического состава грунта, высоты забоя и ряда других
факторов и колеблется при гидромониторном способе от 3 м
сков и супесей до 15–20 м
на 1 м
3
грунта. При землесосных работах удельный расход воды в
среднем составляет 10 м
ных грунтах – до 15–16 м
3
грунта. Удельный расход воды зависит
3
3
для тяжелых (сухих) глинистых грунтов
3
(при песках – 5 м3, при суглинках и гравий-
3
).
для пе-
Не все грунты, используемые в теле земляного полотна, хорошо
поддаются размыву струей воды. Размываемость зависит от связности и плотности грунта. Чем плотнее грунт и чем больше силы
внутреннего сцепления, тем труднее он размывается струей воды.
Так, например, для размыва песка любой крупности величина разрушающей скорости струи воды (при гидромониторных работах)
составляет в среднем 10–15 м/с, а количество воды, требуемое для
размыва 1 м
грунта эти величины соответственно будут 18–20 м/с и 5–7 м
размыва суглинков соответственно – 18–26 м/с и 7–10 м
ва глинистых грунтов разрушающая скорость струи воды 5–34 м/с, а
расход воды для размыва 1 м
3
песчаного грунта, – 3–7 м3; для размыва супесчаного
3
; для размы-
3
грунта составляет 9–15 м3.
3
; для
7
Таким образом, несвязные грунты (песчаные и супесчаные) размываются легче и требуют меньше воды для размыва. Грунты, содержащие крупные включения (гравелистые), размываются легко,
но транспортирование их в составе пульпы затрудняется при скоростях, которые устанавливаются для супесей и песка. Для песчаногравелистых грунтов скорости транспортирования должны быть
повышенными, чтобы в пути движения пульпы не происходило выпадение зерен гравия.
Выемки способом гидромеханизации могут разрабатываться в
любых грунтах, за исключением скальных и грунтов, содержащих
большое количество включений (камни, корни и т. п.).
1.3. Средства гидромеханизации,
применяемые при возведении земляных сооружений
Для производства земляных работ гидромеханизированным способом применяют:
а) для разработки грунта:
гидромониторы – приспособления, служащие для создания •
плотной, компактной водяной струи с большой скоростью и для
управления ее полетом (рис. 1);
землесосные снаряды – плавучие самоходные и несамоходные •
суда, предназначенные для разработки грунта в подводных закрытых (мокрых) забоях (рис. 2);
б) для транспортирования грунта (пульпы-гидросмеси):
насосные станции, стационарные и передвижные;•
центробежные насосы для перекачки пульпы (землесосы), для •
подачи воды к гидромониторам и для вспомогательных работ;
землесосные перекачивающие станции (рис. 3);•
гидроэлеваторы – водоструйные насосы (рис. 4);•
трубопроводы для транспортирования пульпы и воды;•
арматура трубопроводов – соединения труб, фасонные части, •
задвижки, переключатели и т. д.;
в) для вспомогательных (сопутствующих) работ – бульдозеры,
краны, экскаваторы, трубоукладчики и другие механизмы;
г) электрооборудование (электромоторы, электроарматура и т. п.).
К гидромониторам предъявляют следующие требования:
потери напора при движении воды должны быть минимальными;•
8
9
струя воды, вылетающая из насадки, – плотной (нераспыляю-•
щейся);
иметь небольшой вес.•
Рис. 1. Гидромонитор ГМН-250: 1 – подводящий трубопровод; 2 и 3 – нижнее и
верхнее колено; 4 и 5 – горизонтальный и вертикальный шарниры; 6 – ствол; 7 – передвижная опора (типа понтона); 8 – кронштейны для крепления водила; 9 – смен-
ная насадка; 10 – водило
Рис. 2. Плавучий землесосный снаряд: 1 – папильонажная свая; 2 – свайный аппарат; 3 – палубная надстройка; 4 – стрела; 5 – всасывающий пульпопровод; 6 – металлический понтон; 7 – двигатель; 8 – грунтовый насос (землесос); 9 – рыхлитель;
10 – напорный трубопровод (пульпопровод); 11 – плавучий пульпопровод; 12 – ле-
бедка; 13 – трос
9
Рис. 3. Схема землесосной (перекачивающей) установки: 1 – металлический щит;
2 – землесос (грунтовый насос); 3 – электродвигатель; 4 – всасывающая труба;
5 – шарнир; 6 – всасывающий патрубок; 7 – лебедка; 8 – подъемная стрела; 9 – трос;
10 – зумпф; 11 – напорный пульпопровод; 12 – задвижка; 13 – обратный клапан
Рис. 4. Схема гидроэлеватора: 1 – насадка; 2 – камера смешения; 3 – диффузор;
4 – всасывающая труба; 5 – нагнетательный патрубок
Гидромониторы разделяют:
по назначению – на гидромониторы для открытых и подземных •
работ;
технологическим признакам – на врубовые и смывные;•
создаваемому напору – на высоконапорные и низконапорные;•
10
11
способу управления – управляемые вручную (ГМ-2, ГМН-250, •
gHV 2ϕ=
gHQ 2⋅ω⋅µ=
ϕ⋅α=µ
Q
V
d ⋅
⋅µ
=
27,1
Qkh ⋅=
г
0,3-0,5 Н
Труба
до 1 м
Н
заб
а)
б)
б)
а)
0,3–0,5 Н
Н
заб
ГМН-300) и с дистанционным управлением (ГДУ-250, ГИЦ-150);
способу передвижки – с демонтажем подводящего трубопрово-•
да и при помощи телескопических труб.
В строительной гидромеханизации наибольшее применение
находят гидромониторы с ручным управлением типа ГМН-250,
ГМН-300 (см. рис. 1). В таких гидромониторах ствол может поворачиваться в горизонтальной плоскости на 360°, а в вертикальной
до 50°. Насадки настраиваются сменные с диаметром от 40 до 150 мм.
Напор воды должен соответствовать плотности грунта. Иногда при
плотных грунтах применяют предварительное их разрыхление взрывами, механическими средствами (рис. 5, а), нагнетанием воды в заранее устроенные скважины (рис. 5, б) и др.
а
0,3–0,5 H
б
Рис. 5. Схемы разрыхления грунта: а – при помощи бульдозера; б – при помощи
воды
До 1 м
Труба
заб
H
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]