270800.62_АДМ_Механизация дорожных технологий

Экскаваторы, оборудованные прямой лопатой, ведут разработку грун-

та выше уровня своей стоянки. Ковш при этом движется снизу вверх и от экскаватора (рис. 2.2). Прямой лопатой разрабатывают грунт чаще с погрузкой в транспортные средства.

Экскаватор, оборудованный обратной лопатой, ведет разработку грун-

та ниже уровня его стояния (рис. 2.3). При копании ковш движется сверху вниз и вверх к экскаватору.

Отличительной особенностью экскаваторов с оборудованием драглай-

нов является наличие удлиненной решетчатой стрелы и гибкой канатной подвески ковша. Копание грунта ковшом драглайна и наполнение его грунтом осуществляется подтягиванием ковша к экскаватору при расположении самой машины выше выемки.

По сравнению с прямой и обратной лопатами драглайн имеет большие радиус действия и глубину копания, что позволяет разрабатывать большие по поперечному сечению выемки с отсыпкой грунта в отвал или в транспортные средства [7].

Экскаваторы – траншеекопатели предназначены для отрывки траншей под прокладку различных коммуникаций [3].

2.2.2 ЗЕМЛЕРОЙНО - ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ

Машины, копающие грунт перемещением рабочего органа (отвала, ножевой системы или ковша) при одновременном движении всей машины, называют землеройно – транспортными машинами [1].

Бульдозером называют самоходную землеройную машину, представляющую собой гусеничный или колесный трактор, тягач или другую самоход-

11

ную машину с навешенным с помощью рамы или брусьев рабочим органом – отвалом криволинейного профиля, расположенным вне базы ходовой части

(рис. 2.4).

Чаще всего отвал располагают криволинейной отвальной поверхностью в сторону от базовой машины, габарит которой по ширине он полностью перекрывает.

Бульдозер служит для послойного зарезания, разравнивания, планировки и перемещения на расстояние до 60-150 м грунтов, полезных ископаемых, рудных, строительных и других материалов при строительстве и ремонте дорог, каналов, дамб, котлованов и других строительных, гидротехнических, земляных сооружений.

В зависимости от мощности и конструкции бульдозеры могут работать на самых разнообразных грунтах и материалах: от болотистых и песчаных до разборных, взорванных или разрыхленных скальных пород и руд.

По номинальному тяговому усилию и мощности двигателя бульдозеры условно разделяют на пять классов (табл. 2.1).

Таблица 2.1 Техническая характеристика бульдозеров по классам

Бульдозеры часто снабжают рыхлителями, навешенными сзади на базовый трактор. Такие бульдозеры-рыхлители (рис. 2.5) являются удобным технологическим агрегатом, производящим как послойное рыхление грунта, так и последующее его зарезание и перемещение [4, 7, 9].

12

Скрепер – землеройно-транспортная машина цикличного действия (рис.2.6), предназначенная для послойного вырезания грунта с набором его в ковш, транспортирования набранного грунта и отсыпки его слоями в насыпь или отвал с частичным уплотнением ходовыми колесами ковша и гусеницами трактора, благодаря чему сокращается потребность в применении специальных грунтоуплотняющих машин [7].

Скреперы применяют для разработки сравнительно легких грунтов. Плотные грунты предварительно разрыхляют специальными машинами – рыхлителями. Скреперы не используются на заболоченных и переувлажненных глинистых грунтах, сыпучих грунтах и грунтах с включением крупных камней [5].

Для ускорения наполнения ковша скрепера производят рыхление плотных грунтов и при зарезании используют трактор-толкач. В качестве толкачей применяют гусеничные тракторы, оборудованные специальными устройствами, или бульдозеры на гусеничном ходу. Грунт рыхлят на толщину снимаемой стружки, избегая его измельчения, так как это ухудшает наполнение ковша [7].

Дальность транспортирования грунта является основным показателем, от которого зависит возможность применения скреперов.

Рабочий процесс скрепера состоит из следующих операций: набор грунта, транспортирование груженого скрепера, разгрузка, транспортирование порожнего скрепера к забою. По способу передвижения скреперы подразделяются на самоходные, прицепные и полуприцепные [1].

Рисунок 2.6 Скрепер

Прицепные скреперы в агрегате с базовыми гусеничными тракторами обычно используют при дальностях транспортирования от 100 до 800 м, максимум 1500 м. Чем больше емкость скрепера, чем быстроходнее его базовый трактор, тем на больших дальностях транспортирования целесообразно применять агрегат. Однако при дальностях транспортирования 1 км и более прицепные скреперы уступают в рентабельности автомобилям-самосвалам, загружаемым одноковшовым экскаватором. Если дальность транспортирования менее 100 м, выгоднее применять более простые и дешевые бульдозеры на базовых гусеничных тракторах.

13

Полуприцепные скреперы, агрегатируемые с базовыми быстроходными колесными тягачами (агрегаты, условно называемые самоходными скреперами), применяют в благоприятных условиях при дальностях транспортирования от 300 до 3000 м и более. При дальностях менее 300 м целесообразно использовать более дешевый прицепной скрепер с гусеничным трактором.

По типу ходовой части базовой машины скреперы бывают с гусеничной и колесной тягой.

По способу загрузки ковша грунтом: скреперы с загрузкой движущим усилием, то есть тягой базовой машины, и скреперы с принудительной загрузкой при помощи скребкового элеватора, установленного на самом скрепере.

По способу выгрузки грунта из ковша различают скреперы со свободной (самосвальной) разгрузкой опрокидыванием ковша вперед и назад по ходу; с полупринудительной разгрузкой передней и донной, с принудительной разгрузкой.

При свободной разгрузке ковш с откинутой заслонкой опрокидывается вперед или назад по ходу скрепера. Под действием силы тяжести грунт высыпается из ковша на поверхность земляного сооружения.

Полупринудительная передняя разгрузка осуществляется опрокидыванием вперед (по ходу машины) днища и задней стенки ковша.

Принудительная разгрузка осуществляется при поднятой заслонке прямолинейным выдвижением задней стенки ковша [4, 7].

Автогрейдер является одной из основных машин, применяемых при строительстве дорог и их содержании (рис. 2.7). С помощью автогрейдеров можно профилировать земляное полотно, возводить насыпь высотой до 0,6 м, планировать откосы, выемки и насыпи, перемещать грунт и дорожно – строительные материалы, устраивать боковые канавы, перемешивать грунт и гравийные материалы с вяжущими материалами и добавками, очищать дороги от снега.

Для автогрейдеров характерно разнообразие производимых работ благодаря тому, что отвал может устанавливаться под различным углом в вертикальной и горизонтальной плоскостях и выноситься в сторону, достаточная точность выполнения работ, возможность установки различного сменного навесного оборудования (до 20 видов), высокая мобильность (транспортная скорость достигает 45 км/ч). Классификация по мощности и весу приведена в табл.2.2 [1].

Рисунок 2.7Автогрейдер

14

Легкие автогрейдеры предназначены для содержания или мелкого ремонта дорог, средние – для строительства и среднего ремонта дорог, а также для работы в грунтах средних категорий, тяжелые автогрейдеры предназначены для различных дорожных работ большого объема, для строительства дорого в тяжелых грунтовых условиях и.т.п. [1].

Таблица 2.2 Классификация автогрейдеров по мощности и весу

Эти машины используют на строительстве дорог, начиная с подготовительных работ и заканчивая профилированием земляного полотна, так как они позволяют выполнять весь комплекс земляных работ: зарезание грунта, транспортирование его к месту укладки, укладывание и разравнивание грунта, не производя лишь уплотнение грунта.

Отличительной чертой грейдера и автогрейдера является большая протяженность рабочего хода (1-2 км в зависимости от фронта работ) [7].

Грейдер – элеваторы предназначены для возведения насыпей за счет грунта, вырезаемого из боковых резервов. Они применяются также для разработки выемок с подачей грунта в кавальеры или транспортные средства. Грейдер – элеваторы могут разрабатывать грунты до III категории включительно при отсутствии крупных каменистых включений, причем они могут разрабатывать грунт только при движении, срезая его послойно. Грейдер – элеваторы относятся к числу землеройно - транспортных машин непрерывного резания грунта и поэтому отличаются высокой производительностью.

По типу рабочего органа различают грейдер – элеваторы с дисковым (сферическим) ножом, с системой плоских ножей, с системой плоских и дисковых ножей и с ножом, имеющим полукруглую режущую кромку.

По расположению транспортеров различают грейдер – элеваторы с поперечным транспортером, с диагональным транспортером, с поворотным транспортером и с двумя транспортерами (продольным и поворотным).

По ходовому устройству грейдер – элеваторы разделяют на прицепные, полуприцепные, навесные и самоходные.

Прицепные грейдер – элеваторы почти не используют из – за большой металлоемкости и низкой маневренности. В основном используют полуприцепные и самоходные грейдер – элеваторы, обладающие меньшей металлоемкостью и более высокой маневренностью. Навесные грейдер – элеваторы выполняются в виде сменного рабочего оборудования к автогрейдерам [1].

15

2.2.3 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ РАЗРАБОТКИ ГРУНТА

В практике строительства, помимо обычных механических способов разработки грунтов посредством их резания, рыхления, транспортирования, выгрузки, разравнивания (планировки), уплотнения (укатки) и т.п. с применением рассмотренных машин, механизмов и оборудования, находят также применение довольно эффективные способы разработки грунтов посредством их размыва водой, транспортирования в смеси с водой (т. е. пульпы), по трубам и укладки ее в насыпи при возведении (намыве) различных сооружений.

Гидромеханизацию в строительстве применяют при добыче и обогащении песка и гравия, вскрытии карьеров строительных материалов, возведении намывов насыпей, плотин и дамб, планировке территории, образовании выемок, углублении дна, опускании насосов и транспортировании грунта. Основными средствами гидромеханизации являются гидромониторы, водяные насосы, землесосы, насосные станции, плавучие землесосные установки (землесосные снаряды) и установки для гидравлического транспортирования [1].

Имеются два способа разработки грунтов: гидромониторный, при котором грунт размывается водяной струей, и землесосный, когда грунт всасывается из – под воды землесосным снарядом.

При использовании гидромониторного способа разработки грунта воду под большим давлением подводят к гидравлическому брандспойтугидромонитору, и выходящая из него с большой скоростью (20–70 м/сек) струя воды размывает грунт. Он в виде водогрунтовой смеси – пульпы – стекает в специальное углубление (зумпф), из которого грунтовым насосом перекачивают пульпу по трубам к месту укладки, т. е. намыва. Иногда, если позволяет рельеф местности, пульпу отводят самотеком по желобам или лоткам из забоя.

При землесосном способе разработки плотных грунтов под водой их при необходимости вначале разрыхляют механическим способом, а выемку и транспортирование грунтов производят грунтовым насосом. При разработке малосвязных грунтов разрыхлитель не нужен, так как во всасывающую трубу грунтового насоса грунт увлекается потоком воды [7].

Гидромониторы. Их назначение – создать водяную струю и направлять ее в нужную точку забоя для размывания грунта.

Землесосы - грунтовые насосы, представляющие собой одноступенчатые центробежные насосы одностороннего всасывания.

Землесосные снаряды (земснаряды) – плавающие землеройные маши-

ны, извлекающие грунт из – под воды в виде водогрунтовой смеси – пульпы и транспортирующие ее на расстояние. Плавучие землесосные снаряды применяются для разработки грунтов, покрытых водой. Они отличаются большей подвижностью, их не ограничивают габаритные размеры, вес и удельное давление на грунт, что позволяет устанавливать на них оборудование любой мощно-

16

сти. Земснарядам трудно разрабатывать вязкие и твердые грунты, содержащие валуны [1].

Таким образом, гидромеханизация представляет собой своеобразный конвейер, который в непрерывном производственном процессе выполняет полный комплекс земляных работ – разработку, транспортирование и укладку грунта. Именно непрерывность процесса гидромеханизации является важной особенностью этого способа, обусловливающей его высокую производительность и эффективность. Особенно целесообразно применять этот способ при необходимости выполнения больших объемов земляных работ и при наличии, естественно, надежных источников воды и возможностей ее отведения.

Вместе с этим способ гидромеханизированной разработки грунта не свободен от недостатков, и прежде всего это его большая зависимость от природных условий. Так, например, при переходе от песков к глинам эффективность данного способа сильно снижается, в то время как при экскаваторных работах изменения характера грунтов практически не влияют на производительность машин [5].

2.2.4 ГРУНТОУПЛОТНЯЮЩИЕ МАШИНЫ

Уплотнение дорожно – строительных материалов является не только составной частью технологического процесса строительства элементов автомобильной дороги, но и фактически главной операцией по обеспечению их прочности, устойчивости и долговечности.

Целью уплотнения является получение плотной и прочной структуры грунта, способной в дальнейшем противостоять внешним воздействиям, которые будут иметь место во время службы инженерных сооружений.

По принципу воздействия на грунт различают машины статического действия (укатка) и динамического (трамбование и вибрация). Применяют также комбинированные методы уплотнения: виброукатку, вибротрамбование и сочетание укатки с трамбованием.

Рабочими органами машин служат вальцы или колёса, которые перекатываются по уплотняемой поверхности [9].

К числу наиболее распространенных уплотняющих средств относятся дорожные катки, которые необходимы в дорожном, аэродромном, гидротехническом, промышленном и гражданском строительстве, а также при ремонте и реконструкции объектов для послойного уплотнения строительных материалов, используемых в строительстве.

Из большого разнообразия подлежащих уплотнению катками материалов и специфических условий работ вытекает необходимость применения катков различного назначения, типов и типоразмеров с различными видами рабочих органов (с гладкими, кулачковыми и решетчатыми металлическими вальцами и катков на пневмоколесах).

Укатка — это наиболее эффективный и распространенный метод уплотнения грунтов, для которого применяют катки на пневматических шинах, с гладкими жесткими вальцами, кулачковые и решетчатые.

17

Наибольшее распространение в дорожном строительстве получили катки на пневматических шинах. Рабочим органом таких катков является пневматическая шина.

При трамбовании грунт уплотняется за счет энергии падающей трамбующуй плиты (трамбовки).

Виброуплотнение относят к наиболее эффективным методам уплотнения несвязных грунтов. В дорожном строительстве применяют поверхностные вибраторы, вибромашины и виброкатки.

Грунтоуплотняющие машины в зависимости от способа их перемещения бывают прицепные и самоходные, а также в виде навесного оборудования к базовым машинам.

Прицепные катки относятся к простым и надежным уплотняющим средствам и работают в сцепе с базовым тягачом. Уплотняющий эффект при их применении достигается за счет перекатывания пригруженного балластом рабочего органа (вальца) по поверхности грунта.

Самоходные катки обладают более высокой маневренностью и мобильностью. Для выполнения уплотнения этими машинами не требуются широкие площади, поэтому они широко применяются при строительстве дорожных насыпей, дамб и плотин.

Катки являются многопроходными машинами, т. е. уплотнение грунта достигается за счет многократных проходов катком по одному следу.

Катки различают по массе, числу вальцов и взаимному их расположению. Самоходные катки делят на следующие группы (табл. 2.3).

Таблица 2.3 Техническая характеристика катков по группам

Катки с гладкими жесткими вальцами могут уплотнять грунт слоями толщиной 15 – 20 см в плотном теле. Катки с гладкими вальцами эффективно применять для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов (рис. 2.8).

Катки на пневматических шинах (рис. 2.9) применяют для окончатель-

ного уплотнения, а также для уплотнения оснований и покрытий дорожной одежды. Пнемоколесные катки хорошо уплотняют связные и несвязные грунты. Они дают лучшее качество уплотнения, наибольшую производительность и наименьшую стоимость.

При устройстве насыпей из комковатых грунтов или грунтов со смерзшимися комьями (в зимнее время) для их дробления в процессе уплотнения

18

следует применять кулачковые и решетчатые катки с последующим завершением процесса уплотнения тяжелыми пневмоколесными катками.

Кулачковые катки (рис. 2.10) создают большую удельную нагрузку на грунт и за счет внедрения в его массив кулачков большую, чем пневмокатки, глубину проработки слоя грунта. Поэтому их рекомендуется использовать при послойном уплотнении тяжелых связных грунтов. Особенность работы этих катков заключается в том, что они уплотняют грунт, расположенный ниже уровня заглубления кулачков, верхнюю же часть слоя, находящуюся выше этого уровня, разрыхляют. Уплотнение этой части слоя, толщина которой обычно не превышает 5...6 см, достигается после отсыпки и укатки следующего слоя. Барабаны кулачковых катков изготавливают полыми для возможности их загрузки балластом.

Решетчатые катки особенно эффектиёвны при уплотнении комковатых грунтов, гравелистых, а также содержащих мерзлые комья. Вальцы этих катков

19

сделаны из сварной или литой решетки с квадратными ячейками 15 × 15 или 20 × 20 см. Решетчатые катки, также как кулачковые, рационально применять в комплекте с катками на пневматических шинах.

Основными параметрами, характеризующими вибрационные машины, являются их масса, возмущающая сила, частота колебаний и размеры рабочего органа - вальца или плиты.

Вибрирование – это уплотнение грунтов при взаимном перемещении частиц, в результате колебательных движений, сообщаемых вибратором. В процессе взаимных перемещений частицы постепенно занимают все более устойчивое положение, чем обеспечивается повышение плотности грунта. Уплотнению вибрированием хорошо поддаются несвязные и малосвязные грунты. Суглинки и глины, характеризуемые преобладанием мягких частиц и хорошим сцеплением, уплотнять вибрированием неэффективно.

Наибольшее применение в дорожном строительстве получили прицепные вибрационные катки. Рабочим органом виброкатка является жесткий валец, сообщающий грунту колебательные движения и одновременно воздействующий на него своей массой. Значительно реже для уплотнения грунта ис-

пользуют виброплиты.

По сравнению со статической укаткой, виброукатка при одинаковой массе катка обеспечивает в 2…3 раза большую глубину проработки несвязного грунта за меньшее число проходов. Поэтому катки вибрационного действия целесообразно применять при уплотнении несвязных грунтов, отсыпаемых слоем толщиной до 0,6…0,8 м, когда требуется высокая производительность укатки. Однако, при этом следует иметь в виду, что по сравнению со статическим катком, виброкаток имеет более сложную конструкцию, стоимость его машиносмены значительно выше, а ресурс машины меньше.

Самоходные виброкатки оснащаются гладким, кулачковым, а также решетчатым вибровальцом. Область их применения с тем или иным видом рабочего органа аналогична области применения катков прицепных.

В последние годы виброуплотнение получает все большее распространение, увеличивается разнообразие машин, особенно перспективными считают самоходные вибрационные катки комбинированного действия (рис. 2.11).

Виброкатками массой 4...5 т уплотняют грунт слоями 40...50 см, катками большей массы - слои толщиной 60...80 см. Количество проходов по одному следу при оптимальной влажности грунта составляет четыре - пять.

Трамбующие машины. Уплотнение грунта этими машинами осуществляется за счет ударного воздействия свободно падающей плиты или груза.

Трамбование является эффективным универсальным способом уплотнения, пригодным для любого вида грунтов. Важным преимуществом трамбования является возможность уплотнять грунт слоями большей толщины, чем при применении других способов уплотнения, и в стесненных условиях.

Наиболее простым устройством для уплотнения грунтов трамбованием является трамбующая плита, подвешенная к стреле экскаватора или крана.

20