Главная → Статьи

Способы производства земляных работ

Подготовительные работы. До начала земляных работ территория, на которой должны быть произведены планировочные работы и вырыты котлованы под здания или траншеи, как уже говорилось, освобождается от деревьев, кустарников, пней, крупных камней и от подлежащих сносу постоянных и временных сооружений и зданий. Для расчистки площадки или полосы от кустарников и мелколесья применяются кусторезы, которые срезают не только кусты, но и деревья толщиной у комля до 20 см за один проход и толщиной до 40 см за два-три прохода в зависимости от породы срезаемых деревьев и грунтовых условий. Для корчевки пней, удаления камней диаметром 0,1—0,5 м, сгребания в валы срезанных кусторезом деревьев и кустарников используют корчеватель-собиратель, отвал которого представляет собой решетчатый щит с изогнутыми зубьями, расположенными в нижней части. Зубья корчевателя-собирателя опускаются ниже уровня земли на 15—20 см и при движении поддевают корневища,, выдергивают и удаляют их за пределы котлована или траншеи волоком.

Производство земляных работ одноковшовыми экскаваторами. Одноковшовые экскаваторы применяют при разработке котлованов и траншей, вскрышных работах и при планировке территорий. Одоковшовые экскаваторы некоторых марок оснащены сменным оборудованием, позволяющим использовать их в качестве землеройных машин для разных условий производства работ, кранов для подъема, перемещения и установки на место стеновых блоков и панелей, плит перекрытий, насосов, двигателей, машин для забивки свай механическим способом или способом вибропогружения и т. д. Одноковшовые экскаваторы выпускаются с ковшами емкостью 0,15— 2 м? w более, а шагающие — с ковшом емкостью 4—25 л3 и более. Наиболее часто используются на стройках экскаваторы с ковшом емкостью 0,4—0,65 м3.

Рис. 1. Одноковшовый экскаватор с различными видами оборудования
а — прямая лопата; б —обратная лопата; в — драглайн; г — грейфер; / — гусеницы; 2 — противовес; 3 — платформа; 4 — двигатель; 5—.стрела; 6 — рукоять; 7 — ковш

Экскаваторы с рабочим оборудованием «прямая лопата» (рис. 58, а) применяются для разработки грунта при подготовке котлованов под разные здания или сооружения или в карьерах с погрузкой грунта в транспортные средства и перевозкой к месту строительства. В промышленном строительстве такие экскаваторы используются и при планировке территории в местах большой срезки грунта. При малой высоте срезки (менее 2 м) ковш не всегда заполняется целиком, в результате производительность экскаватора снижается.

Для разработки траншей при строительстве различных трубопроводов чаще всего используют экскаваторы-«обратная лопата». Эти экскаваторы во время работы передвигаются на уровне естественной поверхности земли и разрабатывают грунт в траншее ниже гусениц, укладывая вынимаемый грунт в отвал либо погружая его в автосамосвалы. Вынимаемый из траншеи грунт рекомендуется укладывать в отвал с одной стороны траншеи, оставляя другую сторону свободной для проезда и подвозки материалов, необходимых для устройства трубопровода и производства монтажных работ.

Экскаваторы-драглайны с ковшом, подвешенным к стреле на подъемном и тяговом канате, применяют для разработки широких и глубоких траншей и котлованов. Эти экскаваторы при разработке траншей также перемещаются вдоль оси и могут занимать по отношению к ней разные положения в зависимости от размеров траншеи, технической характеристики экскаватора и пространства, предназначаемого для отвала выброшенного грунта.

При разработке траншей в песчаных или других несвязных грунтах возможно использование экскаваторов с грейферным ковшом (рис. 58,г). Грейфер используется для разработки траншей с креплениями в виде шпунтового ряда. Для разработки небольших котлованов с малым объемом работ применяют экскаватор с ковшом емкостью 0,15 мг на пневмоколесном ходу. Этот экскаватор, несколько видоизмененный, может работать не только как землеройная машина с прямой и обратной лопатой, но и как бульдозер, и подъемный кран грузоподъемностью до 1 т.

До начала работ одноковшовых экскаваторов необходимо разбить на местности и отметить вешками: оси траншей или контуры котлованов, четко обозначив границы разработки траншей или котлованов; оси и границы отвалов выброшенного грунта; места остановки транспортных средств для погрузки грунта. При этом необходимо стремиться к сохранению более или менее постоянного минимального угла поворота стрелы экскаватора и к сокращению времени рабочего цикла. Цикл работы экскаватора состоит из времени, расходуемого на набор грунта в ковш, подъем ковша, перемещение его к месту разгрузки, выгрузку грунта из ковша, обратное возвращение ковша и установку его в рабочее положение для набора грунта. Например, при работе экскаваторов Э-505 и Э-652 наиболее часто используемых при разработке траншей и котлованов, количество циклов колеблется от 3 до 4 в 1 мин, т. е. каждый цикл занимает лишь 20—15 сек. Поэтому сокращение продолжительности цикла даже на 1 сек ведет к увеличению производительности экскаватора на 5—7%. Вот почему так важно точно отмечать на местности оси от вала выброшенного грунта и места остановки автосамосвалов.

Разработка траншей многоковшовыми экскаваторами. Для разработки траншей при прокладке трубопроводов наиболее удобны многоковшовые цепные и роторные экскаваторы. Многоковшовые цепные экскаваторы используют для разработки траншей преимущественно в условиях городского и промышленного строительства; роторные экскаваторы применяют главным образом при строительстве магистральных водо-нефте- и газопроводов за пределами застроенной территории.

Универсальный многоковшовый экскаватор ЭТУ-353 может разрабатывать траншеи прямоугольного и ступенчатого профиля. У этого экскаватора три вида сменного оборудования для разработки траншей шириной по дну 0,8—1,1 м и поверху до 3,2 м, глубиной до 3,5 м.

Рис. 2. Ступенчатая разработка траншеи многоковшовым экскаватором ЭТУ-353

При разработке русл каналов или глубоких осушительных канав используют многоковшовые экскаваторы поперечного черпания, перемещающиеся вдоль разрабатываемой выемки по рельсовому пути.

Разработка грунтов скреперами, бульдозерами и грейдерами. При планировке промышленных площадок, а также при разработке котлованов под разные здания и сооружения со срезкой грунта на относительно небольшую глубину, но на значительной площади и с перемещением срезаемого грунта на небольшие расстояния применяются скреперы. Отечественной промышленностью выпускаются скреперы с ковшами емкостью до 15 мъ. Скреперы, перемещаемые гусеничными трактррами, в нагруженном состоянии без особых затруднений преодолевают подъемы до 20%. Скреперы могут быть использованы и для разработки плотных или промерзших на незначительную глубину грунтов с предварительным их рыхлением. Для рыхления грунта к ножу скрепера прикрепляют специальные зубья-рыхлители из высокоуглеродистой стали. При очень плотных или сильно промерзших грунтах применяют отдельные мощные рыхлители и даже предварительное взрывание (см. главу СНиП Ш-Б.4-62 «Земляные сооружения. Буро-взрывные работы. Правила производства и приемки работ»).

Максимальная дальность отвозки грунта для прицепных тракторных скреперов с ковшами емкостью от 5 до 15 м* — от 300 до 1000 м и более.

Полный цикл работы скрепера включает следующие операции: резание грунта и наполнение ковша, транспортирование грунта, его выгрузка и обратный ход в забой. При резании скрепером толщина стружки грунта изменяется — уменьшается к концу наполнения ковша. Начальная толщина стружки для песчаных грунтов принимается 25—30 см, а для тяжелых глинистых грунтов — 10—12 см. Набор грунта и его разгрузка производятся на прямых участках пути движения скрепера.

Для планировки территории и разработки небольших котлованов при благоприятных грунтовых условиях возможно использование бульдозеров, а при планировочных и профилировочных работах в дорожном, аэродромном и ирригационном строительстве — грейдеров. Рабочим органом бульдозера и грейдера является отвал с ножами, который укрепляется на раме в передней части трактора у бульдозера и между передними и задними колесами — у самоходного автогрейдера.

Бульдозерами можно срезать и перемещать грунты на расстояние до 100 м, а чтобы грунт не выходил за края отвала при перемещении на значительные расстояния, к, его краям приделывают открылки. Грейдеры оснащают сменным оборудованием — откосником, уширителем, кирковщиком, снегоочистителем и др., что значительно расширяет возможности его использования.

Полумеханизированная разработка траншей. При неблагоприятных условиях производства работ, например на стесненной территории предприятий и городских проездов, на крутых склонах и участках трассы, где разрабатываемые траншеи пересекают заложенные ранее трубопроводы и кабели, разработка траншей экскаваторами невозможна, и эту работу приходится выполнять вручную с использованием (для плотных грунтов) пневмоло-пат; в этом случае грунт поднимается в ковшах кранами или в бадьях тельферами (рис. 61). Траншеи роют с вертикальными стенками, а для предупреждения обвала грунта ставят инвентарные крепления из досок хвойных пород толщиной 40—50 мм и бревен диаметром 13—16 см. Можно применять также доски лиственных пород, но толщину в каждом случае принимают с учетом прочности лиственной древесины. В сильно насыщенных водой мелких песчаных грунтах крепления стенок делают в виде шпунтовых рядов с каждой стороны траншеи. Шпунтовые ряды забивают из досок толщиной не менее 50 мм или брусьев, а при большой глубине забивки и при наличии в грунте твердых предметов (валунов, крупного галечника и т. п.) используют металлический шпунт. Однако шпунтовые ограждения траншей в водонасыщенных грунтах теперь применяют редко, прибегая к ним только в тех случаях, когда невозможно осуществить искусственное понижение уровня грунтовых вод.

Рис. 3. Бульдозер
1 — отвал; 2 — нож; 3 — толкатель; 4 — рама; 5 —обойма полиспаста

Открытый водоотлив и искусственное понижение уровня грунтовых вод1. При разработке траншей в водонасыщенных грунтах необходимо своевременно удалять грунтовые воды. Если количество грунтовых вод, подлежащих удалению из траншеи, невелико, то вода удаляется в процессе разработки траншеи и при производстве последующих работ с помощью насосов небольшой производительности. Такой способ удаления воды из траншей называется открытым водоотливом. Работу по разработке траншей начинают с пониженного участка. При открытом водоотливе применяют диафраг-мовые (рис. 62) и центробежные насосы. Высота всасывания диафрагмовых насосов достигает 6 м. Обычно же эти насосы используются для откачки воды из траншей глубиной не более 3 м. Насос прост в обслуживании и может перекачивать загрязненную воду. Резиновая диафрагма при аккуратном обращении с насосом работает не менее 3—4 месяцев; замена ее новой в случае износа требует не более 1 ч. Недостатками диафрагмовых насосов являются относительно небольшая их произво дительность и невозможность перекачки воды на значительные расстояния и большую высоту.

Рис. 4. Полумеханизированная разработка грунта в траншее

Рис. 5. Схема водоотлива механизированным диафрагмовым насосом
1 — всасывающий рукав с обратным клапаном; 2 — диафрагмовый насос; 3 — шпунт; 4 — распорка; 5 — щебеночный фильтр

Рис. 6. Схема водоотлива самовсасывающим центробежным насосом
1 — всасывающая труба с обратным клапаном; 2 — обратный клапан у насоса; 3 — рабочее колесо; 4 — вал; 5 — электро-двигатель; 6 — напорная труба; 7 — пробка

Гораздо удобнее самовсасывающие центробежные насосы, отличительной особенностью которых является способность после первого залива корпуса водой при каждом последующем пуске в работу производить самовсасывание воды без применения повторной заливки.

При разработке траншей в песчаных грунтах, обильно насыщенных водой, открытый водоотлив не всегда приводит к желаемым результатам даже при наличии дорогостоящих шпунтовых ограждений. К тому же наличие в траншее креплений или шпунтовых ограждений значительно осложняет и удорожает прокладку стальных плетей трубопроводов. Более целесообразно поэтому применение искусственного понижения уровня грунтовых вод. При этом способе вдоль будущей траншеи погружают в грунт группы вертикальных иглофильтров, объединенных водосборным коллектором, который подключается к отсасывающему насосу.

Водопонизительная установка должна работать исправно и безотказно в течение всего времени, начиная с отрытия траншеи и кончая испытанием и засыпкой уложенного в траншею заизолированного трубопровода. Совершенно недопустимы перерывы у, откачке грунтовой воды, так как даже при кратковременном перерыве уровень грунтовых вод начнет повышаться и стенки траншеи могут обрушиться. Восстановление траншей и ликвидация обрушений — процесс трудоемкий и дорогостоящий. Для бесперебойной работы установки обычно применяют два насосных агрегата: рабочий и запасной, обеспечивая питание их электроэнергией от двух независимых источников. При одном источнике питания электроэнергией устанавливают передвижную электростанцию или тепловой резервный двигатель. При работе в городских условиях и на предприятиях надобность в резервном двигателе обычно отпадает.

Производство земляных работ в зимнее время

В зимнее время производство земляных работ затрудняется, так как верхние слои грунта могут промерзнуть и изменить свои свойства: повысить механическую прочность, что затруднит разработку грунта; изменить пластичность, что может привести к пучению, а затем к просадке грунта и разрушению трубопроводов, зданий или сооружений, построенных на замерзшем основании; повысить электросопротивление, что повлияет на расход электроэнергии при отогреве мерзлого грунта, и т. д.

Для уменьшения глубины промерзания грунта и снижения трудоемкости разработки траншей и котлованов применяют вспахивание, боронование, утепление теплоизолирующим материалом, глубокое рыхление грунта, а также снегозадержание. Однако, несмотря на эти меры, часть грунта промерзает. Для разработки траншей в зимних условиях можно использовать многоковшовые экскаваторы ЭТУ-353, ЭТ-352, ЭР-4 и другие машины, например трактор С-80 или С-100 с четырехдисковой фрезерной установкой, нарезающей щели в мерзлом грунте для последующей разработки его отвалом бульдозера, установленным в передней части машины. На ковшовой раме экскаватора ЭТУ-353 устанавливают направляющие, по которым с помощью пластинчатых бесконечных цепей перемещают тележки с резцедержателями. Такой экскаватор одновременно срезает и скалывает мерзлый грунт. При использовании экскаватора ЭР-4 для разработки траншей в мерзлом грунте на его ковшы ставят уширители, а зубья заменяют клыками с наплавленными твердым сплавом концами. Клыки располагаются в ступенчато-шахматном порядке, но так, чтобы они, срезая мерзлый грунт по разным дорожкам, перекрывали бы всю ширину траншеи.

При рытье котлованов под здания и сооружения грунт, промерзший на глубину до 0,25 м, без затруднений разрабатывается одноковшовыми экскаваторами «прямая лопата» с ковшом емкостью 0,5—0,65 м3; такими же экскаваторами, но с ковшами большей емкости можно разрабатывать грунт, промерзший на глубину до 0,4 м. При большей глубине промерзания приходится применять или механическое рыхление мерзлого слоя грунта, или оттаивание, а иногда и взрывание. Рыхление грунта, промерзшего на глубину до 0,7 м, производят рыхлителями, ударная часть которых представляет собой клин. Рыхление мерзлого грунта механизированным инструментом (пневматическими ломами-лопатами и отбойными молотками или электрифицированными отбойными молотками) допускается только при небольших объемах работ.

В тех случаях, когда грунт промерз на значительную глубину, а механическое дробление грунта невозможно из-за близкого расположения от траншеи или котлована проложенных ранее трубопроводов или иных подземных сооружений, применяют предварительное оттаивание грунта, хотя этот способ менее экономичен, чем подготовка мерзлого грунта к разработке путем механического дробления.

Оттаивание мерзлого грунта можно производить разными способами: огневым, электрическим, паровым, водяным и т. д. Огневое оттаивание грунта применяют только при малых объемах работ, преимущественно в аварийных случаях, с использованием твердого, жидкого и газообразного топлива. Использование электрической энергии в отдельных случаях более удобно, чем другие способы отогрева, особенно если возможно получение электроэнергии от действующих крупных промышленных установок или городской сети общего пользования.

При оттаивании мерзлого грунта с помощью пара корпус паровой иглы изготовляют из стальной трубы диаметром 25—50 мм, длиной 1 —1,5 м. Уширенный и заостренный наконечник иглы с четырьмя-пятью отверстиями диаметром 2—3 мм для выхода пара соединяется со стволом иглы на резьбе. Для оттаивания грунта паром иглы погружают в предварительно пробуренные шпуры и подключают гибкими резиновыми шлангами к общему паропроводу, идущему от центральной котельной или передвижной установки. Отогрев грунта этим способом происходит за счет тепла, содержащегося в паре, который выпускают в грунт, поэтому последний дополнительно увлажняется и после разработки, остывая и смерзаясь, не может быть использован для обратной засыпки без вторичного отогрева. В подобных случаях отогрев грунта паром или не применяют вообще, или для засыпки используют талый грунт, вынутый на иных участках работ, или подвозят другой талый грунт, чаще всего сухой песок.

Нижний конец внешней трубы оттянут и заварен, образуя конус, облегчающий погружение иглы в пробуренный шпур. Верхний конец внешней трубы закрыт приваренным диском, через который проходит внутренняя труба.

Способ отогрева мерзлого грунта зависит от местных условий — наличия подземных трубопроводов и других коммуникаций, проходящих вблизи места отогрева мерзлого грунта, наличия в грунте валунов, старых фундаментов и т. д. Выбор того или иного способа отогрева определяется наличием и возможностью использования электрической или тепловой энергии в местах разработки мерзлых грунтов. При этом должны приниматься во внимание экономичность разработки грунта и скорость выполнения работ, включая и подготовительные работы, связанные с подачей электрической или тепловой энергии.

Разработка скальных грунтов почти всегда связана с применением взрывчатых веществ. Взрывные работы обычно выполняют по проектам, разработанным специализированными организациями, имеющими квалифицированные кадры рабочих и технического персонала — взрывников.

Технология разработки траншей в скальных грунтах включает следующие процессы: срезку мягкого слоя грунта, покрывающего скалу, взрывание (дробление) скального грунта и разработку его экскаваторами. Мягкий грунт обычно снимают (срезают) двумя бульдозерами, один из которых, передвигаясь вдоль оси траншеи, разрабатывает и перемещает грунт на уровень естественной поверхности траншеи, а второй, передвигаясь перпендикулярно оси траншеи, перемещает выдвинутый первым бульдозером грунт на 1—2 м от края разрабатываемой траншеи. После вскрытия поверхности в скале бурят шпуры. Если необходимо углубить траншею на 1 м и более, разработку скального грунта ведут в два яруса с заглублением шпуров каждого яруса на 15—20% ниже взрываемого слоя. Первый ярус раздробленного скального грунта разрабатывают одноковшовым экскаватором, оборудованным обратной лопатой (рис. 64, а). Скальный грунт отсыпают за отвалом рыхлого грунта и так, чтобы он не перемешивался с последним. Если при подрыве скального грунта во втором ярусе края траншеи первого яруса оказались также раздробленными, то для прохода экскаватора вдоль траншеи устраивают специальный настил из четырех инвентарных металлических щитов, представляющих собой пакеты двутавровых балок, скрепленных поперечными полосами из листовой стали. Экскаватор передвигается на расстояние, равное ширине двух щитов. Освобождающийся щит перекладывают экскаватором на другую сторону, затем разрабатывают скальный грунт второго яруса.

Рис. 7. Схема разработки экскаватором раздробленного взрывом грунта а —первого яруса; б — второго яруса; 1 и 2 — отвалы мягкого и скального грунта; 3 — слой мягкого грунта; 4 — скала; 5 — настил из инвентарных щитов
1 — забой; 2 — гидромонитор; 3 — приямок для приема стока разжиженного грунта (пульпы); 4 — землесосная установка; 5 — пульповод; 6 — карта намыва; 7— выпуски в разводящем пульповоде; 8 — водосборный колодец; 9 — водосборная труба; 10— колодец отстойника; 11 — насосная станция для подачи недостающей воды; 12 — основная насосная станция; 13 — напорный водовод

Рис. 8. Схема гидромониторной разработки грунта в забое, передачи и укладки его в насыпь

Разработка грунтов гидромеханическим способом

При гидромеханическом способе для разработки, перемещения и укладки грунтов используется вода. Применяют два способа гидромеханической разработки грунтов: размыв грунта мощной струей воды, направляемой специальной установкой — гидромонитором; всасывание грунта водяными струями через трубу или шланг, подключенные к центробежному насосу — землесосу, при этом часто применяют предварительное механическое разрыхление грунта вблизи всасывающего отверстия.

Разжиженный водой грунт, называемый пульпой, перемещается самотеком по трубам, лоткам и даже по естественному склону местности, если место разработки располагается выше места укладки. Пульпу перекачивают насосами по трубопроводам в тех случаях, когда забой располагается ниже места укладки грунта или рельеф местности неблагоприятен для самотечного перемещения пульпы. При благоприятных местных условиях и наличии воды гидромеханизация является наиболее эффективным способом производства земляных работ. Высокая эффективность гидромеханизации есть следствие непрерывности и автоматичности ее процессов, что обеспечило широкое применение этого способа в промышленном, железнодорожном и особенно гидротехническом строительстве. Значительные объемы гидромеханизированных работ выполняются по намыву площадок промышленных предприятий, выемке котлованов под фундаменты производственных зданий и оборудования, добыче нерудных материалов, вскрытию карьеров цементного сырья. В больших объемах ведутся работы по намыву у побережья Каспийского моря дамб и оснований для буровых вышек нефтяных скважин и т. д.

Установки для гидромеханической разработки грунта состоят из сооружений для подачи воды к забою (водоприемник, насосная станция, напорный и разводящие трубопроводы); снарядов для размыва грунта — гидромониторов; сооружений для перемещения разжиженного грунта от забоя к отвалу (лотки, трубопроводы, насосы и землесосы); сооружений для отвода отработанной воды (водосливы, колодцы, лотки и канавы).

Для разработки больших котлованов водоприемных береговых сооружений на дне рек, озер или других больших открытых водоемов используют плавучие земснаряды. При разработке котлована, находящегося в некотором удалении от берега, сначала разрабатывают входную траншею, по которой земснаряд подплывает к будущему котловану, а затем воду, поступающую по траншее, используют для гидромеханической разработки грунта, в котловане.

Ваш отзыв