22.5. Машины для земляных работ

Машины для производства земляных работ на строительстве автомобильных дорог делят на три группы: землеройные, для уплотнения грунтов, для вспомогательных работ.

Классификация машин для земляных работ при строительстве автомобильных дорог:

I. Землеройные машины:

экскаваторы циклического действия (с гибкой или с жесткой подвеской рабочего оборудования);

экскаваторы непрерывного действия (роторные, цепные);

землеройно-транспортные машины (скреперы самоходные и прицепные, автогрейдеры, грейдеры, бульдозеры, грейдер-элеваторы);

II. Машины для уплотнения грунта:

статического действия (самоходные катки пневмоколесные и с металлическими вальцами; прицепные катки пневмоколесные, кулачковые, решетчатые);

динамического действия (вибрационные катки самоходные и прицепные, вибрационные плиты, трамбовочные машины).

III. Машины для вспомогательных работ экскаваторы - планировщики с телескопической стрелой;

кусторезы;

корчеватели;

рыхлители;

бурильно-крановые машины;

буровые машины.

Широкое применение в строительстве автомобильных дорог получили одноковшовые экскаваторы, как наиболее универсальные землеройные машины, пригодные к применению в самых различных грунтовых условиях. Задача организации земляных работ наиболее экономичным способом заключается в выборе одного или нескольких типов экскаваторов с учетом зависимостей, связывающих между собой вместимость ковша экскаватора, стоимость производства работ и наименьшую высоту забоя, которая определяется в свою очередь средней глубиной разрабатываемых выемок или резервов грунта.

После определения основных типов экскаваторов подбирают транспортные средства, исходя из принципа соответствия вместимости кузова (грузоподъемности) транспортного средства размерам рабочего органа (ковша) экскаватора.

Рекомендуемая грузоподъемность транспортных средств, обслуживающих экскаватор, в зависимости от типа экскаватора и дальности транспортирования приведена в табл. 22.3.

Таблица 22.3.

Рекомендуемая грузоподъемность автомобилей-самосвалов

Дальность транспортирования грунта, км	Грузоподъёмность автомобилей, т, в зависимости от вместимости ковша экскаватора, м3
	0,4	0,65	1	1,25	1,6	2,5
7	5	7	10	10	12	12
2	5	10	10	12	12	18
3	7	10	12	12	18	25
4	7	10	12	18	18	25
5	10	12	12	18	18	25

Необходимое число автомобилей-самосвалов в зависимости от вместимости ковша экскаватора и дальности транспортирования грунта приведено в табл. 22.4.

Таблица 22.4.

Число автомобилей-самосвалов на один экскаватор

Дальность транспортирования грунта, км	Вместимость ковша экскаватора, м3
	0,4	0,5-0,65		0,8			1-1,6		2-3		4-6
	Количество автомобилей-самосвалов грузоподъемностью, т
	1,5	4,5	7	4,5	7	12	7	12	12	25	25
1	3	5	4	7	5	4	7	4	6	2	5
2	3	7	6	9	7	5	9	5	9	3	7
3	4	9	7	11	9	6	11	7	11	4	9
4	5	11	9	13	11	7	13	9	13	5	11
5	6	13	11	15	13	8	15	10	16	6	13
6	-	15	12	17	15	9	17	12	19	6	-
7	-	16	14	19	18	10	20	13	22	7	-
8	-	18	16	21	20	11	23	15	25	8	-
9	-	20	17	23	22	12	26	17	28	9	-
10	-	22	19	25	24	13	29	18	31	10	-

Особую группу среди экскаваторов составляют экскаваторы-планировщики. Они находят широкое применение на строительных работах как экскаваторы при небольших объемах и разнообразной номенклатуре работ. Набор сменного оборудования, которым оснащается их телескопическая стрела, позволяет:

с помощью погрузочного ковша осуществлять погрузку грунта, строительного мусора в транспортные средства;

планировочным ковшом осуществлять планировку откосов в недоступных для других механизмов местах и со значительно большей эффективностью и безопасностью работ, чем это можно делать с помощью драглайна;

отвалом и рыхлителем выполнять работы, связанные с разработкой незначительных объемов грунта, разгрузку грунта с открытых платформ;

двухчелюстным захватом и крановым оборудованием механизировать погрузочно-разгрузочные работы со штучными грузами;

выполнять операции всем названным сменным оборудованием в стесненных и трудно доступных местах за счет использования специальной вставки для смещения оси копания.

На основных дорожно-строительных работах эти машины используют как планировщики - оборудование позволяет планировать откосы длиной до 9-11 м с одной стоянки. Организовав работу таким образом, что первый проход экскаватор осуществляет поверху земляного полотна, а второй вдоль основания откоса, можно планировать откосы длиной более 20 м с последующим разравниванием излишков Грунта или погрузкой его в транспортные средства для использования в насыпь (в этом случае выгоднее излишки грунта перемешать по откосу насыпи вверх).

Тип экскаватора-планировщика можно выбирать с использованием табл. 22.5.

Таблица 22.5.

Характеристики экскаваторов-планировщиков

Показатели	ЭО-2131А	ЭО-3332	Э-4010
Вместимость ковша, м3	0,25	0,4	0,4
Наибольшая высота копания, м	3,4	5	4,5
Наибольшая глубина копания, м	2,9	3,9	3,4
Наибольший радиус копания, м	7,1	8,1	7,4
Сменные рабочие органы:
погрузочный ковш	+	+	+
планировачный ковш	+	+	+
отвал	+	+	+
вставки для смещения оси копания	-	+	+
двухчелюстный захват	-	+	-
рыхлитель	-	-	+
кран	-	-	+
удлинители стрелы, м	1; 2	1,4; 2,8	1,2; 3,66

При выборе типов машин необходимо иметь в виду, что одноковшовые экскаваторы, выпускаемые промышленностью в настоящее время, получили новую индексацию.

Первая цифра новой индексации обозначает размерную группу экскаваторов:

Размерная группа.....................1 2 3 4 5 6 7 8

Вместимость ковша, м³............0,15 0,25 0,40 0,65 1,00 2,50 4,00 > 4,00

Вторая цифра обозначает тип ходового устройства:

Тип..............................Ходовое устройство

1...................................Гусеничное

2...................................Гусеничное уширение

3...................................Пневмоколесное

4...................................Специальное шасси автомобильного типа

5...................................Шасси грузового автомобиля

6...................................Тракторное

Третья цифра обозначает конструктивное исполнение рабочего оборудования:

Тип..............................Исполнение рабочего оборудования

1...................................С канатной подвеской

2...................................С жесткой подвеской

3...................................Телескопическое

Четвертая цифра обозначает порядковый номер модели данного типа и исполнения. При модернизации машины к индексу присоединяется одна из трех букв: А, Б, В.

Например, индекс экскаватора ЭО-5122 означает: экскаватор одноковшовый с вместимостью ковша 1 м³ на гусеничном ходу, с жесткой подвеской рабочего органа, второй модели.

Скреперы относятся к группе, объединяющей землеройно-транспортные машины. Они могут быть прицепными, полуприцепными и самоходными. Применение скреперов обусловлено рядом условий, учитывающих особенности их эксплуатации:

ограниченные по сравнению с автомобильной возкой дальности транспортирования грунта;

необходимостью предварительного рыхления тяжелых и плотных грунтов;

потребностью в факторах-толкачах при работе в тяжелых грунтах;

невозможностью работы в сыпучих песках, в грунтах, содержащих крупные валуны, на переувлажненных и заболоченных грунтах и на грунтах, не очищенных от пней и корней.

Потребность в факторах-толкачах можно определить из табл. 22.6 в зависимости от типа скрепера и дальности транспортирования грунта.

Таблица 22.6.

Применение толкачей для обслуживания скреперов

Расстояние транспортирования, м	Прицепные скреперы			Самоходные скреперы
	Число скреперов, обслуживаемых одним толкачом, при вместимости ковша скрепера, м3
	2,85	6	8-10	8-10	15
100	2	2	2	-	-
200	3	4	3	2	-
400	4	4	3	3	3
500	4	5	4	3	4-5
750	-	5	6	4	7-8
1000	-	-	6	6	9-12

При разработке ПОС необходимо решать вопросы, связанные с определением предельной, целесообразной дальности транспортирования грунта скреперами, как альтернативы более дорогостоящим экскаваторным работам и возке грунта автомобилями. Это можно сделать путем построения графиков экономического сравнения двух способов разработки и транспортирования грунта, по которым определяют предельные дальности транспортирования в зависимости от типа скрепера и вместимости его ковша (табл. 22.7).

Таблица 22.7.

Предельные расстояния транспортирования груза скреперами

Скреперы	Расстояние перемещения, м, при вместимости ковша, м3
	до 3	4	6	10	15	25
Прицепные	250	250-300	300-350	550-600	1000-1500	-
Самоходные	-	-	до 1000	1000-1500	1500-2000	2500-3000

Характеристики скреперов, находящихся в эксплуатации и выпускаемых промышленностью, приведены в табл. 22.8 и 22.9.

Таблица 22.8.

Прицепные скреперы

Показатель	ДЗ-30	ДЗ-33 (Д-569)	ДЗ-58 (Д-697)	ДЗ-111	ДЗ-12А (Д-374А)	ДЗ-20 (Д-498)	ДЗ-20Б (Д-498Б)	ДЗ-20В (Д-498 В)	ДЗ-77	ДЗ-23 (Д-511)
Тягач:
модель	Т-74-С9	ДТ-54-С2	Т-4П	Т-4АП2	Т-100МЗ	Т-100МЗГП		Т-130.1.Г-1		ДПТ-250
тяговый класс, кН	30	30	40	40	100	100		100		250
мощность двигателя, кВт	55	59	66	96	79	79		118		220,8
Вместимость ковша, м3	3	3	4,5	4,5	6	7		7	8	15
Толщина отсыпаемого слоя грунта, м	0,3	0,35	0,4	0,4	0,15-0,5	0,15-0,5		0,15-0,5		0,15-0,5
Радиус поворота, м	2.7		-	5		6.5		7,5		-

Таблица 22.9.

Самоходные скреперы

Показатель	ДЗ-11П (Д-357М)	ДЗ-32 (Д-567)	ДЗ-13Щ-392)	ДЗ-115	ДЗ-67
Тягач:
модель	МоАЗ-546П	МоАЗ-546		БелАЗ-53
тяговый класс, кН	100	100	150	150	250
мощность двигателя, кВт	116	-	265	Двухмоторный 2´265	638
Вместимость ковша, м3	8(10)	10	15	15(19)	25
Толщина отсыпаемого слоя грунта, м	0,47	0,5	0,5	0,5	0,55

Наиболее универсальной дорожно-строительной машиной является бульдозер. Основной задачей бульдозера является разработка и перемещение грунта на расстояния до 100 м. Перечень работ, выполняемых бульдозером при строительстве автомобильных дорог, чрезвычайно широк: съем и обвалование растительного грунта, возведение насыпей из притрассовых резервов и разработка выемок с перемещением грунта в насыпь, рыхление, разравнивание и планировка грунта, подготовка забоев для работы экскаваторов, устройство и содержание временных землевозных дорог и съездов, устройство траншей и котлованов и их обратная погрузка в случае отсутствия специальных машин для погрузки песка, щебня, грунта в транспортные средства через пандус и эстакаду, снегоочистка, работа в качестве толкача скреперов и т.д.

Весь этот набор работ выполняют бульдозеры различных конструкций, смонтированные на факторах всех тяговых классов (табл. 22.10, 22.11, 22.12).

Таблица 22.10.

Колесные бульдозеры

Показатель	ДЗ-37	ДЗ-48Ш-661
Базовая машина:
модель	МТЗ-52	К-702
тяговый класс, т	1,4	6
мощность двигателя. кВт	40	335
Управление	Гидравлическое

Таблица 22.11.

Гусеничные бульдозеры с неповоротным отвалом

Показатель	ДЗ-101	ДЗ-53	ДЗ-54С	ДЗ-27С	ДЗ-110	ДЗ-35	ДЗ-34С	ДЗ-118
Базовая машина:
модель	Т-4АП1	Т-100МЗ	Т-100МЗГП	Т-130.1.Г-1		Т-180Г	ДЭТ-250	ДЭТ-250М
тяговый класс. кН	40	100	100	100	100	150	250	250
мощность двигателя, кВт	96	79	79	118	118	132	228	228
Управление	Гидравлическое	Канатное	Гидравлическое

Таблица 22.12.

Гусеничные бульдозеры с поворотным отвалом

Показатель	ДЗ-104	Д3-17(Д-492А)	ДЗ-18Ш-493А)	ДЗ-109	ДЗ-25 (Д-522)
Базовая машина:
модель	Т-4АП1	Т-100МЗ	Т-100МЗГП	Т-130.1.Г-1	Т-180Г
тяговый класс, кН	40	100	100	100	150
мощность двигателя. кВт	96	79	79	118	132
Управление	Гидравлическое	Канатное	Гидравлическое

Для работы в тяжелых, плотных и мерзлых грунтах таких землеройных машин, как экскаваторы, бульдозеры, скреперы требуется предварительное рыхление этих грунтов. Наиболее экономичным способом является рыхление с помощью специального оборудования, навешиваемого на фактор - рыхлителя. Промышленность выпускает несколько типов рыхлителей, которыми оснащают, как правило, бульдозеры на факторах тягового класса 100 кН и выше (табл. 22.13).

Таблица 22.13.

Бульдозеры-рыхлители

Показатель	ДП-15 на ДЗ-54	ДП-14 на ДЗ-18	ДЗ-116 на ДЗ-110	ДЗ-117 на ДЗ-109	ДП-35 (ДП-22)	ДЗ-34 (ДП-9С)
Базовая машина:
модель	Т-130МЗГП		Т-130.1.Г-1		Т-180Г	ДЭТ-250М
тяговый класс, кН	100		100		150	250
мощность двигателя, кВт	79		118		132	228
Количество рыхлительных зубьев, шт.	3		1		1-3	1-3
Глубина рыхления, мм	400		450		500	700

Следующей группой землеройно-транспортных машин являются автогрейдеры, которые предназначены для планировки и профилирования поверхности земляного полотна автомобильных дорог, планировки откосов невысоких насыпей и выемок, устройства водоотводных канав, содержания землевозных дорог, а также для возведения невысоких насыпей подъездных и внутриплощадочных дорог (табл. 22.14).

Таблица 22.14.

Автогрейдеры

Показатель	ДЗ-99-1	ДЗ-31-1	ДЗ-122	ДЗ-98	ДЗ-105	ДЗ-14
Тип	Легкий	Средний		Тяжелый
Мощность двигателя, кВт	66	96	96	184	184	121
Длина отвала, мм	3040	3700	3745	4250	4200	3700
Угол резания, град.	30-70	30-70	30-70	30-70	30-70	30-80
Угол обрабатываемого откоса, град.	0-90	40-90	0-90	25-90	0-90	0-70
Боковой вынос отвала, мм	700	800	800	1050	800	800
Ширина кирковщика, мм	970	1225	1490	1265	1265	1185

Примечание. Автогрейдеры ДЗ-99-1, ДЗ-31-1, ДЗ-98 имеют ряд модификаций.

Основной рабочий орган автогрейдера - отвал, закрепленный на поворотном круге, обеспечивающем его ориентирование как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях: вращение на 360°, перекос в широких пределах. Поворотный круг в свою очередь имеет нежесткое прикрепление через шарнирно закрепленную тяговую раму, что позволяет осуществлять вынос отвала в сторону.

В качестве дополнительного оборудования автогрейдеры имеют небольшой бульдозерный отвал, кирковщик для рыхления грунтов, а также удлинители и откосники.

Ряд машин этого типа оснащены системами автоматического стабилизирования заданных положений отвала в поперечной плоскости и по высоте.

При выборе основных землеройных и землеройно-транспортных машин очень важна оценка грунтовых условий прохождения трассы проектируемой дороги. Физико-механические свойства грунтов и дальность их транспортирования в насыпь из выемок и резервов служат основой для рационального подбора машин из имеющегося в распоряжении строительной организации парка строительных и транспортных машин.

Классификация грунтов по трудности разработки различными машинами приведена в табл. 22.15.

Таблица 22.15.

Группы грунтов по трудности разработки

Наименование и характеристика грунтов	Плотность в естественном залегании, кг/м3	Одноковшовые экскаваторы	Скреперы	Бульдозеры	Автогрейдеры
Галечно-гравийно-песчаные грунты (кроме моренных) при размере частиц:
до 80 мм	1750	I	II	II	III
свыше 80 мм	1950	II	-	III	-
свыше 80 мм с содержанием валунов до 10 %	1950	III	-	III	-
Глина:
мягко- и тугопластичная без примесей	1800	II	II	II	II
мягко- и тугопластичная с примесью щебня, гравия или строительного мусора до 10 %	1750	II	II	II	III
полутвердая	1950	III	II	III	III
твердая	1950-2150	IV	-	III	-
Грунт растительного слоя:
без корней	1200	I	I	I	I
с корнями	1200	I	I	II	-
с примесью щебня, гравия, строительного мусора	1400	I	1	11	-
Грунты моренные:
пески, супеси и суглинки при показателе консистенции более 0,5	1600	I	-	I	-
пески, супеси и суглинки при показателе консистенции до 0.5	1800	II	-	II	-
глины при показателе консистенции до 0,5	1850	III	-	III	-
Дресва в коренном залегании	2000	V	-	-	-
Дресвяный грунт	1850	IV	-	-	-
Лёсс:
легкопластичный	1600	I	I	I	I
туго пластичный	1800	I	I	I	II
твердый	1800	IV	II	III	-
Мусор строительный:
рыхлый и слежавшийся	1800	II	-	II	-
сцементированный	1900	III	-	III	-
Песок:
без примесей и с примесью щебня, гальки, гравия до 10 %	1600	I	II	II	II
с примесью щебня, гальки, гравия более 10 %	1700	I	II	II	-
барханный и дюнный	1600	II	-	III	Ill
Скальные грунты, предварительно разрыхленные	-	VI	-	IV	-
Суглинок:
мягкопластичный без примесей и с примесью щебня, гальки, гравия до 10 %, туго пластичный	1700	I	I	I	I
мягкопластичный с примесью более 10 %, полутвердый и твердый с примесью до 10 %	1750	II	II	II	-
полутвердый и твердый с примесью более 10 %	1950	III	-	II	-
Супесь:
пластичная без примесей и с примесью щебня, гальки и гравия до 10 %, твердая без примесей	1650	I	II	II	II
пластичная и твердая с примесью более 10 %	1850	I	II	II	-
Торф:
без корней и с корнями толщиной до 30 мм	800-1100	I	I	I	I
с корнями толщиной более 30 мм	900-1200	II	-	II	-
Чернозем и каштановый грунт:
пластичный без корней и с корнями	1300	I	I	I	I
твердый	1200	II	II	II	II
Щебень:
при размере частиц до 40 мм	1750	II	-	III	-
- " - - "- до 150 мм	1950	II	-	III	-
Шлак:
котельный	700	I	-	I	-
металлургический	-	II	-	II	-

Зависимость между профильными объемами возводимых насыпей и требуемым количеством грунтов с различными физико-механическими свойствами определяется коэффициентами их относительного уплотнения, значения которых приведены в табл. 22.16.

Таблица 22.16.

Коэффициенты относительного уплотнения грунтов

Минимальное значение коэффициента уплотнения грунта насыпи	Песок, супесь, пылеватые суглинки	Суглинки, глины	Лёсс, лёссовидные грунты, чернозем	Шлак, грунты отвалов промышленности	Скальные грунты в зависимости от плотности скелета, т/м3
					1,9-2,2	2,2-2,4	2,4-2,7
1,00	1.10	1,05	1,20	1,2-1,4	0,90	0,85	0,80
0,95	1,05	1,00	1,15
0,90	1,00	0,95	1,10