14.2. Будівництво каналів у виїмці

Основні будівельні роботи по каналу у виїмці — це розробка грунту з переміщенням його у відвал; планування укосів, а іноді і дна; розрівнювання грунту у відвалі.

Канали у виїмках можна будувати механічним, вибуховим або гідравлічним способами.

Найчастіше канали у виїмках будують механічним способом.

Канали дрібної мережі з шириною по дну до 1 м і глибиною до 1,2 м вигідно будувати плужним канавокопачем, меліоративними багатоковшовми екскаваторами і причіпними грейдерами.

Для будівництва каналів середніх розмірів з шириною по дну від 1 до 3 м і глибиною до 5 м слід застосовувати в основному екскаватори з робочим обладнанням типу драглайн або зворотня лопата з переміщенням грунту у відвал. Великі канали з шириною по дну до 12 м і глибиною до 8 м доцільно прокладати екскаваторами драглайн з переміщенням грунту у відвал або скреперами.

Дуже великі канали з шириною по дну більше 12 м і глибиною більше 5 м можна будувати різними машинами у кілька ярусів. Наприклад, верхню частину виїмки каналу розробляють бульдозерами або скреперами, а нижню – екскаваторами.

Крім основних землерийно-транспортних машин, на будівництві каналів майже завжди виникає потреба в допоміжних машинах (автосамоскидах, тракторних візках, розпушувачах, поливальних машинах, котках тощо).

Будівництво каналів у виїмці екскаваторами драглайн можна вести в сухих, мокрих і водонасичених грунтах без попереднього осушення.

Драглайном розробляється грунт нижче рівня стоянки у відвал на значні відстані. У необхідних випадках ними можна вантажити грунт у транспортні засоби.

Робоча зона екскаватора називається екскаваторним забоєм. До неї включається майданчик, на якому знаходиться екскаватор, транспортні засоби або відвал, а також виїмка, що розробляється екскаватором з однієї стоянки. Роботу екскаватори ведуть позиційно з окремих стоянок. Робочий цикл екскаватора включає копання грунту (заповнення ковша), підйом ковша, поворот стріли до місця вивантаження грунту і вивантаження грунту, поворот стріли до місця копання і опускання ковша. Потім цикл повторюється.

Виїмка, розроблена екскаватором з ряду послідовно розташованих стоянок, називається проходкою. Виїмки можуть розроблятися з одного або декількох проходок. Розміри виїмок з однієї стоянки або з одного проходу залежать від значень робочих параметрів екскаватора.

Основні робочі параметри екскаваторів (рис. 14.3.): радіус різання R_р, радіус вивантаження R_в , висота вивантаження Н_в , глибина різання (копання) Н_р.

Рис. 14.3. Робочі параметри екскаваторів з робочим обладнанням: а – пряма лопата; б – зворотня лопата; в – драглайн; г – грейфер; А – довжина стріли; Б – довжина рукояті; Н_р– глибина копання;R_рмін– найменший радіус різання;R_рмакс– найбільший радіус різання; Н – найбільша висота різання;R_в– радіус вивантаження; Н_в– висота вивантаження.

Існує два основних способи розробки грунту екскаваторами драглайн: поздовжній (торцевий) і поперечний (бічний).

Поздовжній спосіб розробки грунту застосовується на будівництві нешироких по верху каналів, що розробляються за одну проходку. При цьому способі вісь руху екскаватора і поздовжня вісь каналу поєднуються. Грунт розробляється по ходу екскаватора і відсипається у відвали на одну або дві сторони від каналу (рис 14.4).

Поперечний спосіб розробки грунту застосовується на будівництві широких по верху каналів, або коли прохід екскаватора за вісі виїмки неможливий, наприклад, при розширенні або поглибленні існуючих каналів, русел річок тощо. При поперечному способі вісь руху екскаватора проходить паралельно осі каналу на деякій відстані від неї. Екскаватор черпає грунт збоку, поперек або під кутом до поздовжньої осі каналу (рис. 14.5). Грунт розвантажується лише на одну сторону від проходки.

При кожному з цих способів повинні дотримуватися певні вимоги до розміщення екскаватора в забої. У кожному випадку розміри перетину проходки залежать від робочих параметрів екскаватора.

При поздовжньому способі розробки грунту екскаватор драглайн вибирають, виходячи з таких 4 умов:

1. радіус вивантаження R_в повинен бути рівний відстані А від осі каналу до зовнішньої брівки кавальєри або дещо більше нього (рис. 14.6. а):

R_в > А, (14.1)

(14.2.)

де b — ширина каналу по дну; m — закладення укосу каналу; Н — глибина каналу; С — ширина берми; m_к — закладення внутрішнього укосу кавальєру;

Н_к — висота кавальєру; а_к — ширина кавальєру по верху;

2. Н_р — повинна бути рівна глибині каналу Н або більше неї:

(14.3)

3. Висота вивантаження Н_в повинна бути більше висоти кавальєру Н_к або дорівнює їй:

Н_в ≥ Н_к; (14.4)

4. ширина ковша b_к повинна бути менше ширини каналу по дну b:

b_к < b;

Рис. 14.4.Форми елементів забою при поздовжній розробці каналу екскаватором драглайн: а – поперечний переріз забою; б – план забою; в – поздовжнє перетин вибою.

Розміри та розміщення кавальєру призначають з урахуванням наступного:

площа поперечного перерізу одного кавальєру потрібно визначати з урахуванням коефіцієнта розпушення грунту К_р:

; (14.5)

де — площа поперечного перерізу каналу:

закладення укосів кавальєру призначають рівним куту внутрішнього тертя грунту φ;

ширину берми С приймають з умови стійкості укосу виїмки від обвалу і з умови роботи машин уздовж каналу на період будівництва і на період експлуатації. Значення С повинно бути не менше 2 м. Кавальєр слід розміщувати за межами призми обвалу грунту на укосі каналу.

Рис. 14.5. Поперечний спосіб розробки грунту екскаватором драглайн: а – поперечний переріз забою; б – план забою.

При поздовжньому способі розробки грунту вісь руху екскаватора збігається з поздовжньою віссю каналу. Місце другої і подальших стоянок екскаватора який визначається кроком екскаватора:

S = R_p–а–(h+H)*ctg а^z; (14.6)

де а і h — координати п’яти стріли;

а^z — кут внутрішнього укосу забою; Н — глибина каналу.

Щоб уникнути недоборів на укосах каналу крок екскаватора рекомендується приймати не більше половини довжини стріли. Щоб не було зайвих стоянок, а отже, і зайвих витрат часу на пересування екскаватора, потрібно заздалегідь визначити крок екскаватора.

При поперечному способі розробки грунту екскаватор драглайн вибирають, виходячи з таких 4 умов:

1) сума радіусів різання R_p і вивантаження R_B повинна бути рівною відстані А₁ від брівки зовнішнього укосу каналу до зовнішньої брівки кавальєру або більше за нього (рис. 14.6. б):

R_p + R_в ≥ А₁; (14.7)

де , (14.8)

або

; (14.9)

2) висота вивантаження Н_в повинна бути рівною висоті кавальєру Н_к або більше за неї:

Н_в ≥ Н_к; (14.10)

3) глибина поперечної розробки Н_р повинна бути рівною глибині каналу Н або висоті одного ярусу розробки грунту в каналі, або більше від них:

Н_р≥Н; (14.11)

4) довжина ковша І_к повинна бути менше ширини каналу по дну b, але краще, якщо:

1,5l_к < b. (14.12)

Екскаватор потрібно розміщувати в забої таким чином, щоб по укосу каналу залишалося якомога менше недоборів. Недобори будуть мінімальними в тому випадку, якщо напрямок руху ковша при наборі грунту буде співпадати з напрямом укосу каналу. У цьому випадку п’ята стріли буде перебувати на продовженій вгору лінії укосу каналу (14.6. в).

При будь-якому способі розробки грунту екскаватор у забої треба розміщувати так, щоб кут повороту стріли β між виїмкою і місцем вивантаження був якомога менше. У цьому випадку скорочується тривалість робочого циклу, а отже, збільшується і продуктивність роботи екскаватора.

Практикою будівництва встановлено, що при поперечному способі розробки крок екскаватора повинен бути не більше 1/3 довжини стріли. При більшому кроці екскаватора драглайн вздовж укосів каналу залишаються недобори грунту, ліквідувати які в процесі планування укосів складно і дорого.

Остаточно екскаватор вибирають не тільки шляхом порівняння робочих параметрів з розмірами проектного перерізу каналу. Цій умові можуть задовільняти екскаватори різних моделей. Щоб вибрати серед них найвигідніший, необхідно ще враховувати конкретні умови об’єкту, обсяг робіт, категорію грунту, несучу здатність грунту, роботу в транспорт або у відвали тощо.

У загальному випадку, чим більше місткість ковша екскаватора, тим менше вартість 1 м³ грунту що розробляється. Однак, якщо на об’єкті обсяг робіт малий, то економічно недоцільно використовувати екскаватор з великою місткістю ковша. У цьому випадку подорожчання робіт відбувається через велику вартість переробки, монтажу і демонтажу екскаватора на початку і в кінці робіт, з-за великих витрат робочого часу на часті пересування від стоянки до стоянки, при будівництві каналів з малою площею поперечного перерізу.

Встановлено, що екскаватори залежно від місткості їх ковшів, вигідно використовувати на об’єктах з наступним обсягом робіт V (табл. 14.1):

Таблиця 14.1