2. Выбор механизмов для разработки котлованов

Для разработки котлованов в промышленном и гражданском строительстве применяются одноковшовые экскаваторы, широкие и неглубокие котлованы (до 2 м) в загородных условиях можно разрабатывать скреперами или бульдозерами.

Выбор типа экскаватора зависит от вида грунта, наличия грунтовых вод, стесненности условий работ и других обстоятельств [13, 14]. Прямая лопата – наиболее производительный вид рабочего оборудования экскаваторов – требует разработки съезда в котлован (пионерной траншеи). Поэтому ее выгодно применять если этот съезд будет использоваться и для выполнения других видов работ, доставки на дно котлована материалов, изделий. Съезд, как временная дорога, выполняется согласно СНиП с уклоном 10-15% [5]^*. При ярусной разработке глубоких котлованов съезды между смежными ярусами устраивают также с уклонами до 15% (рис. 5). Ширина съезда понизу принимается при одностороннем движении транспорта 3,5-4 м, при двустороннем 7-8 м.

Обратную лопату следует применять для разработки котлованов и траншей в грунтах II категории трудности разработки и выше (глина, некоторые виды суглинков) на глубину до 4-6 м за одно копание с выгрузкой в кавальер и на транспорт.

Очень глубокие котлованы, которые невозможно разработать за одно копание, роют ярусами. Высоту каждого яруса принимают не больше чем глубина копания принятого экскаватора.

Экскаваторы, оборудованные ковшом типа драглайн, рекомендуется применять в грунтах III категории с выгрузкой в основном в кавальер.

Категории грунта по трудности разработки приводятся в ЕНиР сб.2, вып.1.

Следует иметь в виду, что при назначении вида экскаватора учитывают наличие в зоне разработки грунтовых вод. Применение экскаватора оборудованного прямой лопатой требует безусловного и заблаговременного снижения уровня грунтовых вод. Для экскаваторов оборудованных обратной лопатой и драглайном предварительное снижение грунтовых вод также благотворно сказывается на повышении производительности из-за уменьшения налипания грунта на ковш.

Особенностью устройства котлованов для зданий с подвалами является в использование только очень небольшого количества вынутого грунта для обратной засыпки пазух. Для экономии затрат труда и времени эту часть грунта укладывают в кавальеры (отвалы) на берме котлована. Рационально, если крайние проходки по объемам будут эквивалентны объемам обратной засыпки. Остальную часть грунта, обычно разрабатываемую в центральной части, вывозят транспортом. При этом начинают рытьё также с центральной части.

По технологическим признакам различают котлованы трех видов: узкие – шириной поверху не превышающей (здесьR – наибольший практический радиус резания экскаватора); широкие – размеры которых поверху не превышают и очень широкие – шириной поверху

Способы разработки грунта и схемы движения ведущих машин выбирают исходя из баланса земляных масс и принятой в зависимости от местных условий, схемы монтажа или бетонирования конструкций фундамента.

Если объем грунта, подлежащий хранению в кавальерах - , а разрабатываемый на транспорт -, то баланс земляных масс котлована -составит:

Для более эффективной организации работ по устройству котлована целесообразно разделить на две равные части, разместив их у продольных берм с двух сторон котлована и организовать работу экскаватора по торцевой схеме так, чтобы грунт укладывался непосредственно в кавальер (отвал) или с минимальными затратами на его перемещение. Часто это перемещение необходимо за пределы монтажной зоны. (рис.6б).

Расчетные параметры экскаватора для выбора наиболее подходящей машины определяют для участков котлована, подлежащих разработке на вымет, а затем проверяют возможность работы в комплекте с транспортными средствами при отгрузке на транспорт. Рассчитывают требуемый радиус выгрузки глубину копанияи высоту выгрузки

Для узких котлованов () выбор методов и схем разработки грунта зависит от способов монтажа элементов фундамента, схем движения крана, а при наличии свай, схема движения сваебойного агрегата. Кран и транспорт могут двигаться с двух сторон котлована. Поэтому отвалы грунта должны быть уложены за пределами монтажной зоны (), ширина которой зависит от принятого метода доставки конструкций. При монтаже с колес (рис.7):

где и- ширина базы автосамосвала или других транспортных средств и монтажного крана (если кран выполняет процесс на выносных опорах, то принимают их габарит)

- радиус поворота хвостовой части платформы крана

1 – свободное пространство в метрах, требуемое по безопасности производства работ

- ширина свободной бермы котлована, принимается по условиям безопасности не менее 1 м (если на берме не располагаются средства водопонижения)

Если монтаж ведется с предварительной раскладкой или выполняется монолитное бетонирование конструкций, то при определении ширины монтажной зоны вместо ширины автотранспорта учитывают габариты соответствующих механизмов.

Разработку такого котлована можно вести по двум схемам (рисунок 7а и 7б):

• выполняют три последовательные проходки; две крайние боковые, из которых экскаватором грунт укладывают за пределами монтажной зоны; среднюю торцевую проходку – с погрузкой грунта на транспорт;

• выполняют три последовательные торцевые проходки, но из крайних проходок грунт выкладывается на берму котлована и перемещается бульдозером за пределы монтажной зоны где и формируется кавальер; средняя торцевая проходка выполняется с погрузкой грунта на транспорт.

Чтобы реализовать разработку котлована по одной из схем необходимо подобрать экскаватор соответствующих технических возможностей, то есть для каждой схемы использования найти требуемые параметры будущего экскаватора. Для первой схемы необходимо, чтобы радиус резания позволял разрабатывать проходку, объем которой составляет (боковой проходкой), а радиус выгрузки – укладывать грунт в кавальер за пределами монтажной зоны,(рисунок 7б). Определяет требуемую высоту выгрузки на кавальер, глубину копанияи т.д.

Глубину копания или высоту забоя рекомендуется проектировать так, чтобы обеспечивалось наполнение ковша соответствующей емкости. При недостаточной высоте не произойдет полное заполнение ковша грунтом. Экскаваторщику придется произвести повторное черпание, а это приводит к увеличению продолжительности цикла работы и снижению производительности. Излишняя высота забоя также нерациональна; тогда ковш переполняется раньше, чем выводится на поверхность, что также при продолжительном цикле не увеличивает продолжительность. Ориентировочно можно принимать высоту забоя не менее трехкратной высоты ковша. Далее подбирают (по справочникам) соответствующий экскаватор и проверяют достаточность его параметров для рытья внутренней части котлована.

Широкие котлованы разрабатывают комплектами землеройных машин по схемам также подобранным с учетом баланса грунта. Объем грунта подлежащий разработке на вымет, делят на две равные части и размещают по бокам у кромок котлована. Среднюю часть разрабатывают с погрузкой на транспорт. В этом случае схема движения экскаватора при разработке в кавальер будет зависить от величины -(рисунок 8).

где - требуемый радиус выгрузки грунта, м

- паспортный радиус выгрузки грунта (взятый из справочника), м

- смещение оси хода экскаватора от оси разрабатываемой проходки

При необходимости организовать у котлована монтажную зону крана грунт обратной засыпки перемещают бульдозером на необходимое расстояние (как приведено в одной из схем для узкого котлована). Вместо бульдозера можно применять ленточные конвейеры, которые снабжены приемным бункером и монтируются на колесном ходу. Они передвигаются со стоянки на стоянку вместе с экскаватором и работают одновременно. Бульдозеры же, в целях безопасности, следует назначать для работы в разных сменах с экскаватором или на разных захватках.

При больших объемах работ в комплект принимают два или большее число экскаваторов. Начинают разработку от оси котлована с погрузкой грунта на транспорт, при этом обеспечивается большая свобода подачи транспорта; последними выполняются крайние проходки с работой экскаватора на вымет.

При очень широких котлованах рабочие параметры экскаватора для его выбора рассчитывают из условия распределения грунта, подлежащего разработке на вымет, по периметру котлована (рисунок9). Периметр котлована, как известно, , гдеи- его средняя длина и ширина. Объем грунта на вымет на один метр длины периметра. По абсолютному значению эта величина равна площади поперечного сечениявыемки, ширина которой поверху определяется из выражения:

где - коэффициент заложения откоса. Остальные обозначения показаны на рисунке10.

Разработку котлованов круговой формы экскаваторами обратная лопата или драглайн рекомендуется начинать от центра и продолжать к периферии спиралевидной проходкой (рисунок) с соответствующими решениями по оставлению необходимого для обратной засыпки грунта. Котлованы эллипсовидной разрабатывают подобно прямоугольным котлованам.

Подводя итоги по рекомендациям проектирования проходов экскаватора и выбора его марки можно кратко предложить такую последовательность:

• принимают схему проходок воображаемого экскаватора;

• определяют, из каких проходок куда будет направлен грунт;

• рассчитывают требуемые параметры будущего экскаватора, который мог бы реализовать задуманное;

• обращаются к справочникам и подбирают конкретный экскаватор с параметрами равными требуемым или большими; в случае, если какой-то параметр меньше требуемого, то корректируют схему использования экскаватора;

• для окончательно принятого экскаватора определяют рабочие параметры, как бы вписывают его в конкретный строительный процесс по принятой схеме.

Выбор экскаватора может производиться по двум, трем, а может и по нескольким требуемым параметрам. Для емкости ковша, например, существует рекомендация: чем больше объем работ, сосредоточенны в одном месте, тем большую емкость ковша следует принимать. Ориентировочно емкость ковша определяют по Таблице 3.

Таблица 3. Зависимость емкости ковша экскаватора от объема земляных работ

Объем котлована, тыс.м3	Емкость ковша экскаватора, м3
до 0,5	0,15
0,5-1,5	0,24-0,3
1,5-5	0,5
2-8	0,65
6-11	0,8
11-15	1,0
13-18	1,25-1,5
более 20	более 2

Остальные требуемые параметры находят из технологических схем, вписыванием экскаватора в требуемую технологическую ситуацию.

Выбор конкретной марки экскаватора производится после ориентировочного подсчета требуемых параметров, которым должны удовлетворять паспортные данные принимаемой машины [8, 9].

К требуемым параметрам могут относиться:

• емкость ковша экскаватора - ;

• глубина копания яруса или глубина выемки - ;

• радиус выгрузки в кавальер - ;

• высота выгрузки в кавальер - ;

• радиус выгрузки на транспорт - ;

• высота выгрузки на транспорт - ;

Разработка котлованов скреперами или бульдозерами.

Для разработки широких и неглубоких котлованов (до 2,5 м) в полевых условиях целесообразно применять скреперы или бульдозеры. Рытье можно выполнять по двум схемам:

• весь грунт укладывается в кавальеры, располагаемые вблизи котлована; при необходимости излишний грунт вывозится специально принятым транспортом;

• транспортировка возвращаемого и избыточного грунта ведется на ближний и дальний кавальеры соответственно этими же машинами.

По первой схеме разработку выполняют скреперы или бульдозеры (рис.10), погрузку грунта для вывоза может осуществлять, например, погрузчик.

По второй схеме разработка ведется скреперами, так как применение бульдозеров нерационально при перемещении избыточного грунта на расстояние более 300 метров из-за больших потерь грунта при транспортировке. Скреперами рационально транспортировать грунт на расстояние 3-5 километров, а самоходными и быстроходными с большой емкостью ковша даже 8-10 и более километров. Котлован в плане делят на три части так, что грунт из средней части перемещают в дальний отвал, а из крайних частей, как и при экскаваторной разработке укладывают в кавальер на берме котлована. Длина пути скрепера определяется как расстояние между геометрическими центрами тяжести перемещаемого грунта. Для всех видов грунта, кроме песчаных, скреперы применяют с рыхлителями. Количество скреперов ориентировочно можно найти из выражения:

где: - расстояние перевозки грунта до отвала, км.