11.6. Механічне розпушування ґрунту

Залежно від способу впливу на мерзлий ґрунт механічне розпушування можна розділити на три основні групи:

• руйнування ударними навантаженнями;

• статичне розпушування;

• різання ґрунту.

Для руйнування ґрунту ударними навантаженнями застосовують копри й екскаватори зі спеціальним устаткуванням — клином або клин-бабою. Останні виготовляють вагою не більше 3 т і підвішують за допомогою сталевого троса до стріли машини (рис. 11.12) чи до несучих опор копра. Клин-баба застосовується для розпушування ґрунту дробленням із глибиною промерзання не більше 0,5 м. Клин-баба має грушоподібну форму й при падінні не тільки дробить, але й сколює ґрунт; використовується при глибині промер­зання ґрунту до 0,7 м. Кількість ударів по одному місцю залежить від ваги й висоти підйому вантажу, а також глибини промерзання й властивостей ґрунту.

Вага кулі або клин-баби призначається відповідно до марки екскаватора. Так, для екскаваторів з ємністю ковша 0,5–0,65 м³ вага вантажу не повинна перевищувати 2–2,2 т, для кубових екскаваторів — відповідно 3 т. Варто пам’ятати, що в результаті більших динамічних навантажень, що виникають при підйомі й скиданні вантажу, швидко зношуються механізм і несучі вузли екскаватора, а також значно збільшується зношування сталевого троса. Іншими недоліками цього методу є: порівняно низька продуктивність (5–8 м³/год), велика витрата металу на виготовлення кулі або клин-баби, використання екскаватора не за своїм прямим призначенням, а також неприпустимість роботи поблизу будинків і споруд.

До механізмів ударної дії відносяться також дизель-молот С-222 (рис. 11.13), який застосовується для розпушування ґрунту при глибині промерзання до 1,3 м, або триклиновий мерзлорозпушувач Т-2750, клин-молот, змонтований на тракторі С-100, віброклин на базі трактора Т-150, а також екскаватор Э-652 з ковшем активної дії, обладнаним трьома пневмомолотами-зубцями, які встановлені в передній стінці корпуса ковша. Зазначений екскаватор одночасно й спушує, і розробляє ґрунт, інші механізми — тільки спушують.

Рис. 11.12. Спушування мерзлого ґрунту клин-бабою

Рис. 11.13. Спушувач мерзлого ґрунту за допомогою дизель-молота

Статичне розпушування — це пошарове руйнування мерзлого ґрунту за допомогою начіпних мерзлоторозпушувачів, змонтованих на тракторах з потужністю двигуна від 100 до 500 к. с. (Т-180, ДЭТ-25р, АТ-Т й ін.). Розпушувач, що є основним робочим органом машини, зварюється з листової вуглецевої сталі Ст.3СП завтовшки від 20 до 30 мм і може мати від одного до трьох зубів (стійок з наконечниками). Зуби виготовляються з конструктивної легованої сталі Ст. 40ХН зі змінними коронками. Для навішення розпушувача до литого корпуса бортових фрикціонів трактора приварюють вушка з листової сталі.

З метою використання гідроприводу бульдозера в систему керування додатково включається золотниковий перемикач гідросистеми, призначений для перемикань подачі масла від гідросистеми бульдозера до спушувача. Перемикач встановлюється перед двигуном й управляється гідравлічно за допомогою крана, що змонтований у кабіні трактора. Як правило, спушувачі мають паралелограмний тип (схему навішення) робочого органа, що забезпечує рівномірний розподіл навантаження на зуби в будь-якому робочому положенні й постійний кут заглиблення наконечника.

Сферою застосування машин статичного спушування є розпушування ґрунту сезонного промерзання «під корку», тобто при глибині немерзлого шару до 0,7 м, коли коронка зуба рухається по поталому ґрунту. Таке розпушування набуває широкого застосування при виробництві дорожніх і планувальних робіт у першій третині зими, коли ґрунт ще не промерз на повну глибину. При значній глибині примерзання ґрунту розпушування здійснюється пошарово. При цьому товщина кожного шару не повинна бути більше 0,4–0,5 м. Для розробки бульдозером у мерзлому ґрунті попередньо за допомогою одностійкового спушувача нарізають поздовжні борозни на відстані 0,5–1 м одна від одної.

Рис. 11.14. Схеми розроблення ґрунту в зимових умовах різноманітними комплектами машин: а) із попереднім рихленням; б) те ж – врубовим механізмом; в) те ж – двобаровою машиною; г) те ж – вибуховим методом; д) те ж – клин-бабою; е) розроблення ґрунту екскаватором, обладнаним ковшем активної дії: 1 – екскаватор, 2 – автосамоскид, 3 – рихлювач мерзлого ґрунту, 4 – врубовий механізм, 5 – двошарова машина, 6 – буровий станок, 7 – клин-баба на екскаваторі, 8 – ківш активної дії, 9 – пересувний компресор

Мерзлу кірку ґрунту на глибину до 0,5 м можна знімати й спушувати також за допомогою двох сталевих зубів, що приварюють до торцевих сторін відвала бульдозера (рис. 11.15) через регулювальні коробки. Останні мають три отвори для болтів, просвердлених із кроком 100 мм, що дозволяє регулювати заглиблення зубів і змінювати нахил відвалу.

Розпушування мерзлого ґрунту шляхом різання полягає у виконанні в ньому вузьких щілин (завширшки 140–300 мм) за допомогою спеціального начіпного устаткування, що монтується на тракторах С-80 або С-100, а також на траншейних екскаваторах типу ЕТУ-353, ЕТН-124, ЕТН-171 й ін. (11.14 в). Робочим органом цих машин є бари або фрези, обладнані спеціальними різцями з високоміцної сталі. Найменування машин (землерийно-фрезерна, дискофрезерна, барова й т.п.) походить від назви їхнього робочого органу. За допомогою зазначеного навісного устаткування мерзлий ґрунт розрізується на окремі блоки або в ньому влаштовуються поздовжні прорізи, після чого ґрунт порівняно легко розробляється екскаватором або бульдозером.

Основним недоліком цих машин є швидке зношування ріжучих різців (зубів) через високу абразивність мерзлих ґрунтів і сторонніх включень, що попадаються (камені, металобрухт і т.п.), що знижує їх продуктивність і зменшує строк експлуатації. При цьому устаткування барами траншейних екскаваторів є, у свою чергу, перевагою, тому що забезпечує їх річною роботою. Це дає можливість виконати додатковий обсяг земляних робіт.

Н

Рис. 11.15. Схема кріплення зуба на відвалі бульдозера: 1— зуб; 2 — коробка; 3 — відвал бульдозера; 4 — болт

а рис. 11.16 і 11.17 показані відповідно фрезерна й барова машини.

До групи ріжучих машин відносяться також багатоківшеві ланцюгові й роторні екскаватори ЕТУ-353, ЕТУ-351, ЕР-5, ЕР-7А, ЕТР-221 й інші, які передбачені для розробки мерзлих ґрунтів. Зазначені машини призначені для риття траншей під трубопроводи, кабелі й стрічкові фундаменти в однорідних ґрунтах сезонного промерзання І–V категорії.

У табл. 11.5 і 11.6 наводяться технічні характеристики деяких машин, використовуваних для розробки й різання мерзлого ґрунту.

Крім розглянутих способів, при невеликих обсягах робіт розпушувати ґрунт можна за допомогою пневматичного або електрифікованого інструмента. Це можуть бути лопатиломи ЗИ-4 і ЗИ-6, відбійні молотки ОМ-5, ОМА-5 й ОМСП-5, що працюють від компресорів ЗИФ-55 або ДК-9 під тиском до 5,5 кг/см² і з витратою повітря 1 м³/хв, а також електрифіковані відбійні молотки КНШ-2 і КНШ-3 з живлячою напругою 110 В і потужністю мотора 0,25 кВт.

В останні роки почали широко застосовувати змінне навісне обладнання (екскаваторні розпушувачі мерзлого ґрунту однобічної та двобічної дії). Ці гідравлічні механізми захоплювально-кліщового типу статичної дії, які вперше в практиці виконання земляних робіт дали змогу сумістити операції розпушування мерзлого ґрунту зі звичайною екскавацією.

Відсутність ударно-динамічного впливу на ґрунт дало можливість використати екскаватори з навісним обладнанням у різних умовах, у тому числі стиснених (поблизу діючих підземних комунікацій і т. ін.). Крім того, це навісне обладнання можна застосовувати для руйнування бетонних конструкцій та асфальтових шляхових покриттів, виконання вантажно-розвантажувальних робіт тощо.

Рис. 11.16. Землерийно-фрезерна машина ЗФМ-2300А: 1 — бульдозер Д-494А; 2 — нерухома рама; 3 — гідравлічні циліндри для підйому й опускання рухливої рами; 4 — коробка відбору потужності; 5 — карданний вал; 6 — диференціальний редуктор; 7 — муфта граничного моменту; 8 — бортові редуктори; 9 — фреза; 10 — рухлива рама

Таблиця 11.5 Технічна характеристика мерзлотоспущувальних машин статичної дії	Марка спушувача	Cпушувач на на тракторі С-100	Спушувач на тракторі С-100 Т-150	25	1	0,35	—	—	—
		АТ-Т	Артилерійсь- кий тягач АТ-Т	50–80	1	0,75	—	8000	31800
		Д-576	Трактор Т-180	25–40	1–3	0,58–0,7	—	2176	17536
		РМГ-2	Трактор ДЕТ-250	60–80	1	0,4	850	6200	39500
		РМГ-3	Трактор ДЕТ-250	50–80	1	0,5	—	—	32680
		Д-652А	Трактор ДЕТ-250	60–120	1–3	0,7	700	5900	39200
	Одиниця вимірювання		—	м3/год	шт.	м	мм	кг	кг

Таблиця 11.6 Технічна характеристика машин, які використовуються для розробки і різання мерзлого ґрунту	Назва характеристики		Базова машина	Продуктивність	Кількість стійок	Максимальна глибина розпушування	Максимальна висота підйому стійок	Вага спушувача	Вага машини
	Марка машини	ЕТР-132А	Трактор Т-150	— 50–70	— —		—	1,3	—
		ЗФМ-2300	Трактор Т-100 ГП	100 —	0,1–0,3 2,33		0,7	—	6000
		ЕТР-141	Екскава­тор ЕТР-141	— —	— —		1,6	0,85	—
		М-640	Трактор С-100 МГП	— 410	— —		—	1,2	18950
		ДФМ-ГПІ-50	Трактор С-100	— 50–80	— —		—	1,2	13700
		ЕТУ-152	Екскава­тор ЕТУ-152	— 25	1,5 0,55		—	—	—
		ДГП-ЗУМ	Трактор С-100 МГП	—	1,4 0,3		1,33	—	1850
		НТК-1	Трактор С-100 МГП	35 —	1,8 0,65		1,1–1,5	—	21000
		ЕТЦ- 205С	Бульдозер Д-687С	35 —	2 0,65		1,3	—	22300
	Одиниця вимірю­вання		—	м3/год м2/год	м м		м/с	м	кг

Продовження таблиці 11.6	Назва характеристики			Базова машина	Продуктивність	Розміри виритої траншеї: глибина; ширини	Швидкість руху робочого органу	Глибина промерзаючого ґрунту	Вага установки
	Марка машини	Двобарові і барові машини	Екскаватор		— 16	— —	1,75–2,85	1,6	—
			Екскаватор		— 14	— —	1,4–2,33	1,2	—
			ЕТУ-353		— 15	— —	3,2	1,6	—
			Трактор Т-100		— 75	— —	1,6–2,5	2,0	—
			Трактор С-100		— 21	— —	—	2,0	14900
			Трактор Т-100		— 25–65	—	1,3–2,6	2,0	–
		ЕТУ-354	ЕТУ-354		— 8–15	2,5 0,75	0,76	—	11400
		ЕР-7А	Трактор Т-100М		— —	2 1,2	—	—	24500
		БТМ-ТМГ	—		— —	1,5 0,5–1,1	—	—	30000
	Одиниця вимірювання		—		м3/год м2/год	м м	м/с	м	кг

На будівництві об’єктів використовують потужні навісні тракторні розпушувачі на базі трактора ДЕТ-250М та Т-500, а також фірм «Катерпіллер» (США), «Камацу» (Японія) тощо. Відстань між рядами (проходами) статичного розпушування бажано визначати так, щоб отримати мерзлі грудки розміром не більш як l_д.

Рис. 11.17. Двобарова машина ЕТЦ-131: 1 — екскаватор; 2 — баласт; 3 — привід ковшового ланцюга; 4 — робочий орган

Пневматичні відбійні молотки при роботі в зимових умовах часто зупиняються через закупорку повітряних каналів, які викликані утворенням наросту льоду. Тому їх часто доводиться відігрівати, що призводить до додаткових витрат і зниження продуктивності праці.

Для влаштування траншей у мерзлих ґрунтах без їхнього попереднього розпушування ріжучі крайки ковшів цих екскаваторів обладнуються спеціальними коронками з високоміцних сплавів, пристосованими для розробки мерзлих ґрунтів.

*22 Кизима В. Технологія виконання та проектування земляних робіт в будівництві

Рис. 11.18. Схема пристрою тимчасової розподільної посудини на пересувних компресорних станціях: 1 — патрубок для з’єднання з ресивером станції; 2 — хомут для кріплення посудини до рами станції; 3 — посудина; 4 — патрубки для приєднання шлангів від молотків; 5 — труба для випуску вихлопних газів

Щоб уникнути цього, рекомендуються пересувні компресорні станції обладнати спеціальною розподільною посудиною (рис. 11.18), що виконує роль додаткового ресивера й одягається на вихлопну трубу двигуна. Посудина виготовляється з товстостінної сталевої труби діаметром 219 мм, через яку послідовно пропускається труба меншого діаметра, призначена для викиду назовні відпрацьованих газів. Посудина обладнується вхідним патрубком діаметром 32 мм для подачі повітря від ресивера компресорної станції й чотирма вихідними патрубками діаметром 19 мм кожний для приєднання шлангів від відбійних молотків. Повітря в посудині нагрівається за рахунок віддачі тепла. Розподільна посудина за допомогою двох хомутів кріпиться до рами компресора.

Молоток, що вкручується, конструкції Саратовського політехнічного інституту, призначений для розпушування й сколювання мерзлого ґрунту при розробці невеликих виїмок, являє собою ручний електрифікований інструмент із робочим органом у вигляді гвинтової лопати й двох клинів, що рихлять. Інструмент установлюють наконечником гвинтової лопати на мерзлий ґрунт і кнопкою на рукоятці пускають у роботу. Гвинтова лопата, обертаючись зі швидкістю 23 об/хв, входить у ґрунт. За рахунок спрямованого вниз осьового зусилля, що передається від гвинтової лопати через штангу на корпус редуктора, що рихлять клини, вдавлюючись у ґрунт. Після утворення вибою ґрунт розробляється дрібним відколом.

Рис. 11.19. Схема встановлення високочастотного ножа для спушування мерзлих ґрунтів: 1 — робочі електроди; 2 — канал для подачі стиснутого повітря; 3 — електропровід; 4 — високочастотний діелектрик; 5 — корпус; 6 — пусковий курок; 7 — штуцер для приєднання шлангу, що подає стиснуте повітря; 8 — руків’я

Робочий цикл інструмента — 8–12 с. За цей час сколюється до 5 кг мерзлого ґрунту. Потужність установленого двигуна — 0,8 кВт, живляча напруга — 36 В. Вага інструмента — 25 кг.

Ефективними способами розпушування мерзлих ґрунтів є термодинамічний, електрогідравлічний й електротермомеханічний. В основу пристрою ручного високочастотного ножа для мерзлого ґрунту (рис. 11.19) покладений електротермомеханічний принцип.

Інструмент заснований на спільному використанні високочастотної й механічної енергії. Робочим органом є пара плоских електродів, які сходяться під гострим кутом. Інструмент оснащений високочастотним генератором, енергія від якого при подачі на електроди створює інтенсивне електричне поле. У результаті електротермічного впливу на мерзлий ґрунт струмів високої частоти відбувається бурхливе танення льоду. Після утворення поталої зони породоруйнуючий орган починає діяти як механічний клин, швидко поринаючи в ґрунт і залишаючи за собою тонку щілину. Живлення здійснюється однофазним струмом промислової частоти з напругою 220 В. Споживана потужність — 1,8 кВт. Швидкість проходки щілин становить 35–40 см/хв. Вага інструмента разом з генератором — 24 кг.