7. Основные способы разработки грунта и применяемые при этом механизмы.

Существует три способа разработки грунтов.

Основным является резание (ручная разработка лопатой и все землеройные машины), но применяются также взрывной и гидромеханический способы.

Гидромеханический способ применяется для слабосвязанных грунтов при наличии близко расположенных водоёмов или на их дне.

Взрывной способ применяют в отсутствии окружающей застройки для рыхления и разработки скального или мёрзлого грунта, для образования подземных полостей или для быстрого перемещения больших масс грунта при перекрытии рек. Выбор метода и технология разработки, применяемые механизмы и геометрия земляных сооружений зависят от свойств разрабатываемого грунта.

Рис.1. Угол откоса. H-высота откоса;

А-заложение,

- угол естественного откоса.

К основным свойствам, влияющим на разработку, можно отнести следующие: плотность, влажность, сцепляемость, разрыхляемость и угол естественного откоса.

Плотность измеряется массой в тоннах одного кубического метра грунта в естественном плотном состоянии и находится для различных грунтов в интервале от 0,6 до 3,3 т/ м³.

Влажность измеряется отношением содержащейся в грунте массы воды, к массе полностью сухого грунта в процентах.

Сцепляемость определяется начальным сопротивлением сдвигу в МПа и составляет 0,03 – 0,05 МПа для песчаных грунтов и 0,05 – 0,3 МПа для глинистых.

Разрыхляемость измеряется отношением объёма разрыхлённого грунта к объёму этого грунта в плотном состоянии. Для определения объёмов перевозимого грунта используется коэффициент первоначального разрыхления (1,08 – 1,32), а для объёмов насыпи – коэффициент остаточного разрыхления (1,01 – 1,09). Меньшее значение относится к песку, а большее к глине.

Угол естественного откоса используется для определения величины заложения откосов земляных сооружений и определяет максимальный угол, при котором грунт находится в устойчивом состоянии (не осыпается под действием собственного веса). Угол откоса (рис.1) измеряется отношением его высоты (Н) к заложению (А) и записывается в виде дроби, например 1:0,5. Угол откоса уменьшается (увеличивается заложение) у сооружений большей высоты (глубины) и у постоянных земляных сооружений.

В зависимости от преобладающего количества тех или иных компонентов, грунты делятся на песчаные, супесчаные, глинистые, глины, торф, лёсс, гравийные и скальные. В зависимости от сложности разработки, все талые грунты делятся на шесть категорий. При этом, один и тот же грунт относится к разным категориям при разработке различными машинами.

Машины для разработки и перемещения грунта

Землеройные - машины, разрабатывающие и перемещающие грунт без собственного перемещения

Землеройно-транспортные - разрабатывающие и перемещающие за счёт собственного перемещения.

Так карьерный экскаватор, способный переносить вынутый грунт в отвал на расстояние более 100 м., относится к землеройным машинам, а бульдозер, с передвижением грунта на расстояние 50м., – к землеройно-транспортным. Бульдозер является наиболее простой и универсальной машиной, способной производить послойную выемку (срезку) грунта с перемещением его в насыпь или отвал, осуществлять рыхление грунта, подталкивать скрепер для заполнения его ковша, прокладывать дороги для строительной техники и др. Строительный бульдозер может быть смонтирован на базе гусеничного или колёсного трактора различной мощности. Из - за больших потерь мощности на преодоление сил трения и рассыпания части перемещаемого грунта, применение бульдозеров для перемещения грунтов эффективно только на небольшие расстояния (30 - 100 м. для машин различной мощности).

Для разработки и перемещения грунтов на большие расстояния используют прицепные и самоходные скреперы (рис.7) с ковшом, ёмкостью от 5 до 25 м³. Самоходные скреперы имеют собственную силовую установку, а прицепные используют тяговое усилие трактора.

Рис. 7 . Схема самоходного и прицепного скрепера.[15].

1 – рулевой гидроцилиндр; 2 – режущие ножи; 3 – рама ковша; 4 - крепление ковша; 5 - ковш; 6 – гидроцилиндр управления заслонкой; 7 – задние колёса; 8 – задний буфер; 9 – упорная рама; 10 – задняя подвижная стенка; 11- забрало; 12 – гидроцилиндры подъёма-опускания ковша; 13 – коромысло; 14 – опорно-сцепное устройство; 15 – тягач.

Целесообразная дальность транспортировки самоходными скреперами составляет от 0,5 до 8км., а прицепными 100 – 600м.

Загрузку ковша скрепер выполняет срезкой 10 – 15 сантиметрового слоя грунта при движении под уклон с подталкиванием бульдозером в случае разработки тяжёлых грунтов. По мере наполнения ковша, закрывается заслонка (11 на рис..7), ковш поднимается в транспортное положение и скрепер перемещается к зоне разгрузки, где заслонка поднимается, а перемещающаяся вперёд задняя стенка (10) выталкивает содержимое ковша к выгрузке. Т.к. выгрузка происходит во время движения, поднятые на высоту до 0,3м. ножи, ограничивают толщину отвала, а задние колёса частично уплотняют слой отсыпки.

Одноковшовые экскаваторы предназначены для разработки грунта и перемещения его в отвал или погрузки в транспортные средства.

Ковш экскаватора может быть подвешен на тросах к стреле универсального гусеничного крана - экскаватора или шарнирно закреплён на стреле специализированной машины.

Существует четыре основных вида ковшей: прямая и обратная лопата, грейфер и драглайн. Последние два являются сменным оборудованием к крану-экскаватору (рис. 9 – в,г), а первые, дают название самостоятельным видам машин. Исключение составляют машины с телескопической стрелой, на которую могут быть навешены теоретически все типы ковшей.

Наиболее универсальным и широко применяемым является

обратная лопата (рис.8).

Используется для рытья траншей и котлованов с заглублением ковша ниже уровня стоянки с погрузкой в транспортные средства или в отвал.

Экскаватор может комплектоваться гидромолотом для разработки мёрзлого грунта или др. целей.

Прямая лопата.

Используется для погрузки балластных материалов на предприятиях изготовителях и открытых карьерах, разработки больших котлованов или выемки грунта при планировке площадок в зоне с рабочими отметками, превышающими 1,5 - 2 метра (рис.9,а). Этот экскаватор не может комплектоваться другими видами рабочего оборудования.

Струг.

Используется для для производства работ по профилировке откосов постоянных земляных сооружений. Машина создана на базе крана – экскаватора со специальной стрелой, снабжённой рельсовыми направляющими, по которым перемещается грейдерный нож.

Рис.8. Общий вид экскаватора обратная лопата на гусеничном ходу с двухсекционной шарнирной стрелой.[16].

Схемы работы экскаваторов с различными ковшами показаны на рис.9 - 11.

Технические характеристики экскаваторов:

• ёмкость ковша

• максимальная глубина (высота) копания

• радиус копания и выгрузки.

Рис. 9. Схема работы различных экскаваторов а – прямая лопата; б- обратная лопата; в – драглайн; г – грейфер.[ 5. с. 40.]

Рис. 10. Схема работы ковша Грейфер а– ковш под собственным весом вдавливается в грунт; б – начало подъёма и закрытия ковша; в – ковш закрыт и поднят с грузом; г – выгрузка.

Разработку траншей шириной до 0,6 м. можно производить многоковшовыми экскаваторами роторного или цепного типа. Глубина копания роторного составляет до 2,2м., а цепного – до 4,5 м. Эти экскаваторы удобны для разработки траншей под кабели и гибкие трубопроводы, которые можно укладывать одновременно с экскавацией.

Рис.11. Система подвески ковша Драглайна. 1– блок погрузо-разгрузочного каната; 2 - цепи подвески ковша; 3 – ковш; 4 – тяговые цепи; 5 – тяговый трос; 6 – трос управления погрузки – выгрузки; 7 –несущий канат; 8 – стрела крана-экскаватора.