Розроблення ґрунту гідромеханічним способом

Гідромеханічним називають такий спосіб виконання земляних робіт, за яким розроблення, транспортування та укладання грунту вико­нують за допомогою води. Його застосування потребує наявності на­сосної станції, прокладки напірних трубопроводів, улаштування обва­лування, естакад, водовідвідних канав та інших споруд. Тому цей спосіб розроблення ґрунтів вигідний, якщо є значні обсяги земляних робіт, легкорозмивні ґрунти та достатні ресурси води.

Гідромеханічним способом ґрунт розмивають на ділянках виїмок та укладають його в насип. Однак найчастіше намивають великі території ґрунтом із кар'єрів, розміщених на суші, чи з дна водойми. Розробляю­чи грунт на суші, застосовують гідромоніторні установки (рис. 1), а при підводному розробленні — землесосні снаряди (рис. 2).

Гідромоніторна установка складається з гідромоніторів, з'єднаних з магістральним трубопроводом, по якому із насосної станції подають воду. Гідромонітор — це сталевий ствол, коліна якого дають змогу по­вертати його у вертикальній та горизонтальній площинах під великими кутами у напрямку потрібної точки забою. На кінець ствола кожного гідромонітора накручується насадка, що формує струмину, яка вики­дається з великою кінетичною енергією. Ця струмина перетворює грунт на гідросуміш — пульпу, яка спрямовується самопливом по лотоках чи канавах у насип. У разі розміщення насипу вище рівня забою, а також для збільшення дальності подачі пульпи її перекачують по пульпопро­воду землесоса (рис. 1, а).

Питомі витрати води на 1 м³ ґрунту залежно від висоти забою ста­новлять для дрібнозернистих пісків 4...6 м³, великозернистих пісків 7...9 м³, суглинків та глин 7...14 м³. Для розроблення піщано-гравелисто-галь- кових сумішей потрібно до 22 м³ води.

Витрати води та швидкість струмини регулюють змінними насадка­ми діаметром 50...200 мм, на виході з яких робочий тиск становить для різних типів гідромоніторів від 3,5 до 15 МПа.

Розрізняють дві схеми розмиву ґрунту гідромоніторами: зустріч­ним забоєм — знизу вверх (рис. 1, а) та попутним забоєм — зверху вниз (рис. 1, б).

Найбільше поширений зустрічний забій, коли гідромонітор установ­люють на підошві забою і розмивають у напрямку, зворотному стоку пульпи.

Процеси розроблення пісків та глин значно відрізняються один від одного. У незв'язних ґрунтах струминою змивають ґрунт з усієї ширини укосу, крутість якого дорівнює куту природного укосу. У зв'язних ґрун­тах робочий укіс забою наближається до вертикалі. У цьому випадку забій спочатку підрізають знизу до його обвалення, після чого змивають обвалений ґрунт.

Виходячи з вимог техніки безпеки, мінімальне наближення гідромонітора до забою беруть не меншим висоти забою.

Найбільшу руйнівну силу струмина має на відстані 3...4 м від насад­ки. Тому раціонально застосовувати гідромонітори ближнього бою, якщо висота забою не менше ніж 3 м. Зі збільшенням відстані розмивна здат­ність струмини зменшується. Недоліком розроблення ґрунту зустрічним забоєм є створення недомивів, для зачищання яких додатково потрібен бульдозер.

Якщо забій попутний, гідромонітор встановлюють на верхній бровці забою. Напрямок струмини гідромоніторів збігається з напрямком пе­реміщення пульпи. Струминою води спочатку розмивають осьову канаву для відведення пульпи, потім — забій біля гідромонітора та укосу канави. Ширина елемента забою, що розмивається, становить 10...15 м.

В останніх моделях гідромоніторів ефективність їхнього викорис­тання досягається за рахунок дистанційного керування та гусеничного ходу (рис. 1, г, д), що дає змогу постійно виконувати роботу безпосеред­ньо біля самого забою і сприяє інтенсивному руйнуванню грунту.

Транспортувати пульпу можна самопливом, коли укіс стоку, який залежить від виду грунту та крупності його частинок, забезпечує пере­міщення її з частинками грунту в завислому стані.

Транспортовану під напором пульпу збирають у колодязі (зумпфі), перекачують ґрунтовим насосом або гідроелеватором у насип. Ґрунтовий насос — це центробіжний насос для перекачування води з твердими частинками. Гідроелеватор — це водоструминний насос, у корпусі якого через велику швидкість переміщення води створюється розрідження. Під його впливом гідросуміш всмоктується в насос, змішується зі стру­миною води та подається напірним трубопроводом до місця укладання ґрунту.

Щоб уникнути замулювання труб, швидкість руху пульпи в пульпо­проводі має бути вище критичної, тобто тієї, що відповідає початку осі­дання твердих частинок на дно.

Землесосними снарядами (земснарядами) майданчики намиваються завдяки подачі пульпи з дна водойм по напірних трубопроводах у насип.

Земснаряд (рис. 2, а) — це баржа, оснащена ґрунтозабірним устаткуванням для вільного всмоктування чи всмоктування з одночас­ним розпушуванням (фрезами, гідророзпушувачами тощо), ґрунтовим насосом, плавучим пульпопроводом на понтонах, з'єднаних із береговим пульпопроводом, папільонажними палями та лебідками з якорями для фіксування робочого положення.

Розроблення ґрунту починають із заглиблення до заданої познач­ки всмоктувального пристрою. У процесі його заглиблення земснаряд час від часу відводять назад та вбік для розширення воронки. Для подальшого розроблення виїмки земснаряд папільонують, тобто перемі­щують його в забої пальово-канатним способом за допомогою канатів по дузі кола, канатним способом — маніпуляцією лебідками з періо­дичним перекладанням якорів чи пальово-безканатним способом — обертанням ґрунтозабірного пристрою навколо вертикальної осі з по­дачею земснаряда вперед відштовхуванням від напірної палі.

Для розроблення 1 м³ піщаних ґрунтів витрачається 7...11 м³ води, піщано-гравійних та суглинистих — від 14 до 22 м³.

Укладання ґрунту в насип засноване на випаданні завислих його частинок із пульпи під час зниження швидкості потоку до 0,3...0,03 см/с після випуску пульпи у відстійні басейни, що влаштовуються на місці майбутнього насипу (рис.2, б).

Насипи, на яких передбачається будувати будь-які споруди, намива­ють шарами 0,5...2,5 м завтовшки з піщаних чи піщано-гравелистих ґрунтів. До початку намивання по контуру майбутнього насипу за до­помогою бульдозера влаштовують обвалування з місцевого ґрунту. Якщо висота намивного шару менше ніж 2 м, заздалегідь, до початку намиван­ня, зводять фундаменти, а по території, що намивається, прокладають водопровідні та каналізаційні мережі.

Якщо рельєф території пересічений, то намивання починають від найнижчих позначок, де насип матиме максимальну висоту. Якщо висота насипу більш як 5,5 м, намивання проводять у два яруси.

Намивають насипи безестакадним та естакадним способами.

Безестакадний спосіб намивання (рис. 2, в) полягає в посту­повому нарощуванні похилих патрубків (через 20...30 м) у міру зве­дення насипу. Патрубки прикріплюють до розподільного пульпопроводу, покладеному у підошви насипу, та підтримують переставними інвен­тарними козлами. На кінцях патрубків закріплюють дірчасті випускні труби.

Естакадний спосіб намивання полягає у використанні спеціальної інвентарної металевої чи дерев'яної естакади, яку встановлюють як по осі, так і по периметру насипу, на якому розміщують пульпопровід (рис. 2, г). Цей спосіб менш економічний, і застосовують його переважно для влаштування значних за шириною насипів. Безперервне проведення робіт забезпечується намиванням грунту ділянками - кар­тами. Під час перекладання труб та влаштування другого ярусу обва­лування на одній карті на суміжній в цей час намивають ґрунт і т. д.

Для відведення з карт освітленої води влаштовують водовідвідні колодязі, з яких вода стікає по трубах за межі насипу.

Рис. 1. Розроблення грунту гідромоніторними пристроями:

а — зустрічним забоєм знизу вверх і транспортуванням пульпи землесосом; б — попутним забоєм зверху вниз; в — зустрічним забоєм знизу вверх із додатковим розмиванням че­рез свердловину; г,д — гідромонітори ближнього бою на гусеничному ходу; 1 — насосна станція; 2 — магістральний водовід; 3 — землесосна установка; 4 — колодязь (зумпф); 5 — гідромонітори; 6 — забій; 7 — канава для відведення пульпи

Рис. 2. Розроблення грунту плавучим землесосним пристроєм при намиванні майданчика і насипу:

а — схема роботи земснаряда; б — загальна схема намивання майданчика; в — те саме, безестакадним способом; г — те саме, естакадним способом; 1 — всмоктувальний пристрій; 2 — баржа з насосним пристроєм; 3 — папільонажні палі; 4 — плавучий пульпопровід; 5 — береговий пульпопровід на естакаді; 6 — обвалування; 7 — майданчик, що на­мивається; 8 — водовідвідні колектори; 9 — те саме, колодязі; 10, 11 — магістральні пульпопроводи; 12, 13 — розподільні пульпопроводи, які нарощуються при намиванні; 14, 15 — перший та другий яруси намивання; 16 — випускні патрубки; 17 — горизонтальні труби з отворами; 18 — переставні козли; 19 — інвентарна естакада

ЛЕКЦІЯ № 6 (4 години)