Разработка грунтов землеройными и землеройно — транспортными машинами

Технологический процесс устройства, выемки включает разработку грунта с погрузкой в транспортные средства или на бровку выемки, транспортировку грунта, планировка дна и откосов. Выбор способа разработки грунта и схемы комплексной механизации зависит от объемов и сроков выполнения работ, вида, грунта, размеров земляного сооружения и условий производства работ.

При комплексно-механизированной разработке грунта кроме ведущей землеройной машины в комплект включаются также вспомогательные машины для транспортировки грунта, планировки и т.д. В качестве ведущей машины при разработке постоянных выемок значительной глубины, котлованов и траншей боль­ших размеров принимают одноковшовый экскаватор. Для транспортировки грунта используют чаще всего автосамосвалы, а также железнодорожный, конвейерный и гидравлический. Количество транспортных средств и схема их подачи к экскаватору назначаются из условия обеспечения бесперебойной работы экскаватора.

Для зачистки дна выемки, разравнивания грунта и обратной засыпки пазух используются, как правило, бульдозеры.

Технологические возможности экскаватора зависят от вида рабочего оборудования, системы его привода и главного параметра — емкости ковша. Рекомендации по выбору емкости ковша и других параметров экскаватора в зависимости от объема выемки приводятся в нормативной и справочной литературе по земляным работам. Для выемок значительных объемов принимают экскаваторы с большой емкостью ковша; при разработке обводненных грунтов лучше применять — экскаваторы с рабочим оборудованием «обратная лопата», «драглайн»; разработку грунта в глубоких траншеях с креплением вертикальных стенок, а также в опускных колодцах применяют грейдерный ковш. Предпочтительны экскаваторы с гидравлическим приводом, позволяющие обеспечить высокую точность размеров выемки и большую возможность автоматизации процесса работы машины.

Пространство, в котором размешается экскаватор и происходит разработка грунта, называют забоем. Профиль экскаваторных забоев и их размены даны на рис. при проектировании производства работ размеры забоя назначают из условия обеспечения максимальной производительности экскаватора за счет сокращения времени рабочего цикла. Для этого высота забоя должна обеспечивать заполнение ковша с «шапкой» за одну операцию резания грунта, угол поворота для разгрузки ковша должен быть минимальным. Выемка, образующаяся в результате последовательно — разработки грунта при периодическом движении экскаватора в забое, называется проходкой.

В зависимости от расположения экскаватора относительно его перемещения в процессе разработки грунта проходка может быть лобовой или боковой. Траншеи разрабатываются за одну лобовую проходку. Разработка котлованов выполняется одной или несколькими параллельными и проходками. При значительной глубине выемки она разрабатывается сами, постепенно углубляясь до проектной отметки.

В зависимости от размеров выемки и вида рабочего оборудования экскаватора назначают вид, размеры и количество проходок. Одноковшовые экскаваторы с рабочим оборудованием прямая лопата — наиболее производительные. Экскаватор с таким оборудованием размещается на дне забоя и разрабатывает грунт выше уровня стоянки. Разработка грунта, как правило, ведется с погрузкой в транспортные средства. В зависимости от ширины котлована лобовая проходка экскаватора может быть прямолинейной, зигзагообразной и поперечно-торцовой. Боковая проходка применяется при разработке широких котлованов. Очертания выемки при различных проходках представлены на рис. Ширина лобовых проходок определяется по формулам, имеющимся в технической литературе. Для въезда в котлован устраивают траншею с уклоном 10-15 и шириной до 3,5 м при одно стороннем движении и до 8 м — при двухстороннем.

Экскаваторы с рабочим оборудованием «обратная лопата» и драглайн применяют для разработки выемок (котлованов, траншеи и др.) любой ширины и глубиной, не превышающей максимальной глубины резания. Поярусная разработка выемки при этом виде оборудования, как правило, не практикуется. Экскаватор размещается выше забоя, что облегчает разработка мокрых и обводненных грунтов.

Разработка грунта может осуществляться в направлении, совпадающем с перемещением экскаватора, — торцовой проходкой и перпендикулярно направлению перемещения — боковой. В последнем случае глубина разработки меньше, чем при торцовой. Драглайн более производительно работает с перемещением грунта в отвал или насыпь.

Многоковшовые экскаваторы — землеройные машины непрерывного действия, наиболее элективные при разработке выемок постоянного поперечного сечения и большой протяженности.

В строительстве наибольшее распространение получили многоковшовые экскаваторы продольного копания, которые применяют для разработки траншей при устройстве инженерных коммуникаций с глубиной прокладки до 3,5 м. экскаваторы поперечного копания используют, как правило, при разработке карьеров, больших котлованов, прокладке каналов, планировке откосов постоянных выемок значительных размеров и т.д.

Технологические возможности этих машин зависят от конструкции рабочего органа. Он может быть выполнен в виде ковшового ротора или рамы с ковшовой цепью. Последние обеспечивают разработку траншей на большую глубину. Схемы работы экскаваторов и пробили траншей представлены на рис.

Производительность экскаватора зависит от скоростей движения машины и рабочего органа, которые, в свою очередь, определяются видом разрабатываемого грунта, профилем и размерами траншей. Разработка траншей многоковшовыми экскаваторами эффективна в грунте; не имеющем камней и остатков корнёй древесной растительности.

В силу конструктивных особенностей многоковшовых экскаваторов дно разрабатываемой выемки повторяет продольный профиль поверхности, по которой движется экскаватор. Для получения траншеи с заданным уклоном требуется регулирование заглубления рабочего органа в зависимости от изменения отметок дневной поверхности по трассе прокладки коммуникаций. Это регулирование осуществляется с использованием полуавтоматических и автоматических устройств, устанавливаемых на экскаваторе или устройства на основе фотоэлементов.

При планировке площадок и разработке выемок с укладкой грунта в насыпь или отвал целесообразно применение землеройно-транспортных машин. Наиболее эффективны для этих целей скреперы и бульдозеры, которые могут также применяться при разработке траншей и неглубоких котлованов простой конфигурации.

Землеройно-транспортные машины — машины цикличного действия, в процессе работы, выполняющие послойную разработку грунта, перемещение его на значительные расстояния и укладку слоем равномерной толщины. Все операции рабочего цикла могут осуществляться только при движении машины, поэтому в технологическом проектировании и выполнении работ для достижения высокой производительности необходимо обеспечить на каждой операции цикла максимальную скорость и наименьший путь при передвижении из возможных в конкретных условиях производства работ.

Планировку площадок и возведение земляного полотна дорог предпочтительнее выполнять скреперами. Технологические возможности скрепера определяются емкостью ковша и типом ходовой части. В настоящее время применяют прицепные, полуприцепные и самоходные скреперы с емкостью ковша 6, 8, 10 и 15 . Скреперы большой емкости ковша при прочих равных условиях имеют более высокую производительность в расчете на I емкости ковша и обеспечивают оптимальное транспортирование грунта на большие расстояния. Целесообразная дальность транспортирования грунта прицепными скреперами /0,3-1,0 км/ значи­тельно меньше по сравнению с полуприцепными и самоходными /3-5 км/.

В производстве работ применяют схемы движения скрепера по эллипсу, восьмеркой, зигзагом, спирально и поперечно-челночно /рис. /. Схему движения выбирают в зависимости от вида и размеров земляного сооружения или планируемой площадки. Оптимальной является схема, обеспечивающая высокую производительность и движение без резких поворотов. Движение скрепера по эллипсу чаще используется при планировке площадок по обмерке для возведения сооружений и при планировке из двухсторонних выемок, по схеме «зигзаг» — при устройстве траншей и насыпей большое протяженности, по поперечно-челночной — при возведении невысоких насыпей из двухсторонних резервов и разработке неглубоких котлованов.

При наборе грунта скрепер испытывает наибольшее сопротивление движению, поэтому необходимо выбирать оптимальны режим резания. Для сокращения времени этой операции набор грунта следует осуществлять при прямолинейном движении, желательно под уклон, совершая резание по шахматно-гребенчатой схеме и резание клиновидным или гребенчатым забоем. В тяжелых грунтах применяют предварительное рыхление на толщину резания. Повысить производительность скрепера можно, используя на участке набора тракторы-толкачи, что обеспечивает загрузку ковша с «шапкой» и сокращение времени набора грунта.

Бульдозеры широко применяют для разработки грунта и его перемещения на расстояние до 100 м, для разравнивания грунта в насыпях и отвалах, снятия растительного слоя и т.д. Технологические возможности бульдозеров определяются классом базовой машины, т.е. тяговым усилием трактора или тягача, на котором смонтирован отвал, и системой управления рабочим оборудованием. Чем выше класс машины, тем больше размеры установленного на ней отвала и, как следствие, выше производительность. Гидравлическая система управления отвалом обеспечивает большую точность высотных отметок при планировке и более широкие возможности автоматизации работы бульдозера.

В зависимости от вида возводимого земляного сооружения и дальности перемещения грунта схема движения бульдозера может быть челночная, поперечно-челночная, по эллипсу, спирали и т.д. Разработка грунта осуществляется послойно при небольшой площади выемки или поярусно — траншейным способом. Резание грунта в забое производится стружкой клиновидной или гребенчатой формы.

В связи с конструктивными особенностями рабочего оборудования бульдозера потери грунта при перемещении прямо пропорциональны дальности транспортирования, то естественно снижает производительность при дальности более 50 м. Для повышения производительности используют разработку грунта с движением машины под уклон, с промежуточными валками, траншейно — полосную и поярусно-траншейную схемы разработки, групповую работу бульдозеров с движением в линию «отвал в отвал», установку отвала с боковыми открылками.

Разработка грунта землеройно-транспортными машинами

К основным землеройно-транспортным машинам относятся скреперы, бульдозеры, грейдеры, которые разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.

Скреперы предназначены для послойного копания грунтов в материковом залегании, их транспортирования и отсыпки в зем­ляные сооружения с планированием слоями равномерной толшины. Скреперы применяют для разработки талых грунтов I и II групп, в том числе грунтов с каменистыми включениями.

При работе на непереувлажненных суглинках, лессах, черно­земах и почвах с примесями гравия и гальки скреперы загружают­ся с «шапкой» и разгружаются полностью; эти же грунты, но вы­сохшие и отвердевшие, а также глины, солончаки и дресву необ­ходимо предварительно разрыхлить плугами или рыхлителями, чтобы обеспечить нормальную загрузку скреперов.

При сухих сыпучих песках скреперы загружаются на 60. 70 % геометрической вместимости. На липких и переувлажненных грун­тах работа скреперов малопроизводительна вследствие прилипа­ния грунта к днищу и стенкам ковшей. На горизонтах ниже уров­ня грунтовых вод скреперы неработоспособны.

Применяют прицепные (с объемом ковша 3. 10 м 3 ), полупри­цепные (4,5. 5 м 3 ) и самоходные (8. 25 м 3 ) скреперы (рис. 5.22).

Рис. 5.22. Скреперы:

а, б — прицепные двух- и одноосные; в — полуприцепной; г — самоходный; д — самоходный в паре с бульдозером-толкачом

Прицепные и полуприцепные скреперы наиболее эффективны при транспортировке грунта на расстояние до 1000 м, а самоходные — на расстояние до 3000 м.

Рабочий цикл скрепера состоит из последовательно повторяю­щихся операций: порожний ход, загрузка ковша, груженый ход и разгрузка.

Скрепер снимает ковшом стружку грунта толщиной 0,12. 0,35 м.

Набор грунта производят при прямолинейном движении скре­пера или движении под уклон. При разработке плотных грунтов для увеличения толщины стружки применяют тракторы-толкачи (см. рис. 5.22, д), число которых зависит от типа скрепера, вме­стимости ковша и дальности транспортировки (1 толкач на 2. 6 скреперов).

Скреперы набирают грунт (в зависимости от его вида) различ­ными способами (рис. 5.23). Способ набора грунта постоянной тол­щины тонкой прямой стружкой применяют на связных грунтах при работе под уклон; клиновой стружкой (переменной толщины) — при разработке связных грунтов на горизонтальных участках; гре­бенчатой стружкой с переменным заглублением и выглублением ковша — при разработке сухих суглинистых и глинистых грунтов па горизонтальных участках; клевковой стружкой (разновидность гребенчатого способа) — при разработке сухих песчаных и супес­чаных грунтов. В зависимости от характера возводимого сооруже­ния, взаимного расположения мест разработки и укладки грунта и местных условий применяют эллиптическую, спиральную, «восьмеркой», зигзагообразную, челночно — поперечную и челночно — продольную (см. рис. 5.23, д—к) схемы движения скреперов.

Рис. 5.23. Схемы срезания грунта скреперами и траектории их движения: а, б, в, г — соответственно срезание грунта постоянной толщины (И) и длины (L), клиновой, гребенчатый и клевковый способы; д, е, ж, з — траектории движения соответственно эллипс, спираль, восьмерка, зигзаг; и, к — челночно — поперечная и челночно — продольная траектории движения

Тяжелые грунты, а также грунты с примесями, предваритель­но разрыхляют на толщину срезаемой стружки. Для рыхления при­меняют рыхлители, являющиеся прицепным оборудованием к гусеничному трактору или навесным — к бульдозеру.

Бульдозеры бывают с неповоротным и поворотным отва­лом. Бульдозеры используют для обратной засыпки, сооружения на­сыпей из грунтов боковых резервов, грубого планирования зем­ляных поверхностей и подготовительных работ, а также для рас­пределения грунтовых отвалов при работе экскаваторов и землевозов, формирования террас на косогорах, штабелирования сы­пучих материалов и др.

Бульдозеры применяют при перемещении грунта на расстоя­ние 10. 70 м и более при благоприятных условиях (попутных ук­лонах путей перемещения, легких грунтах). Для уменьшения по­терь отвалы могут оборудоваться открылками и козырьками.

В цикл работы бульдозера (рис. 5.24) входят следующие опера­ции: резание и набор грунта методом снятия стружки; перемеще­ние грунта с надвижкой его отвалом; возвратный холостой ход.

Планировка площадок бульдозерами выполняется преимуще­ственно траншейным и послойным способами.

Рис. 5.24. Схемы основных операций при работе бульдозера: а — транспортное положение и рыхление грунта; б — резание и набор грунта; в — перемещение грунта; 1 — трактор; 2 — отвал; 3 — толкающий брус; 4 — рыхли­тель; 5 — призма грунта перед отвалом

0,4. 0,6 м

Рис. 5.25. Схемы резания и перемещения грунта бульдозером:

О — под уклон; б — на горизонтальном участке; в — траншейным способом; г — послойным способом; / — участок резания; 2 — участок перемещения; 3 — участок разгрузки; 4 — насыпь; 5 — выемка

При траншейном способе (рис. 5.25, в) выемку разбивают на ярусы глубиной 0,4. 0,5м. Разработку каждого яруса ведут траншеями на ширину отвала, оставляя между ними полосы не­тронутого грунта шириной 0,4. 0,6 м. Эти валы срезают бульдозе­рами в последнюю очередь. Траншейный способ исключает зна­чительные потери грунта при его транспортировании и поэтому более производителен.

При послойном способе (рис. 5.25, г) выемку разрабатывают слоями на толщину снимаемой стружки за один проход бульдозе­ра последовательно по всей ширине выемки или отдельными его частями. Этот способ прост и используется чаще, чем траншей­ный.

При перемещениях грунта на расстояние свыше 40 м применя­ют способ разработки с промежуточным валом, а также спаренную работу двух бульдозеров. Отсыпку грунта ведут послойно, начиная с более удаленной точки от места забора. При дальности переме­щения до 70 м бульдозер возвращается в забой для повторения цикла задним ходом без разворота машины. При работе бульдозе­ра в особо плотных грунтах (выше III группы) грунт предвари­тельно разрыхляют.

Грейдеры (рис. 5.26) предназначены для планировочных и профилировочных работ при строительстве дорог, аэродромов и других линейных и площадных объектов. По трудности разработки грейдерами грунты подразделяют на I, II и III группы. Грейдеры применимы в грунтах с отметкой выше уровня грунтовых вод и неработоспособны на заболоченных землях.

Эффективность работы грейдеров обеспечивается при рабочих ходах протяженностью более 0,5 км.

Рис. 5.26. Конструкция и схемы работы грейдера:

а — вид сбоку; б — резание грунта; в, д — планирование дорожного полотна и откоса выемки; г — поворот отвала; 1 — рама; 2 — поворотный круг; 3 — тяговая рама; 4 — ось тяговой рамы; 5 — ось поворотного круга; 6 — отвал

Рис. 5.27. Схемы работы и агрегирования грейдер-элеваторов:

а, б — сооружение дорожной насыпи и канала; в, г — полуприцепной и навесной грейдер-элеваторы; 1 — транспортер; 2 — плуг

Грейдер-элеваторы (рис. 5.27) применяются при копании грунта I. III групп в равнинных местностях и отсыпке его в линейно-протяженные земляные сооружения из боковых резервов. Они под­ разделяются на полуприцепные (к трактору) или навесные (на антогрейдеры).