Будівельні машини для земляних робіт. Машини для земляних робіт

МАШИНИ ДЛЯ ЗЕМЛЯНИХ РОБІТ

Види земляних споруд

Земляними спорудами називають пристрої в грунті, отримані в результаті його видалення за межі споруди, або з грунту, внесеного в спорудження ззовні. Перші називають виїмками, а другі - насипами. Залежно від форми і розмірів виїмок розрізняють котловани, траншеї, канави, кювети, канали, ями, свердловини і шпури. Котловани і ями мають сумірні розміри у всіх трьох напрямках, при цьому глибина котловану зазвичай менше, а ями - більше двох інших розмірів. Крім того, ями мають невеликий обсяг. Довжини траншей, канав, кюветів і каналів істотно перевищують розміри їх поперечних перерізів. Свердловини - це закриті виїмки, один розмір яких (глибина або довжина в залежності від орієнтації виїмки щодо відкритої поверхні грунту) істотно перевищує розміри їх поперечних перерізів. Свердловини діаметром до 75 мм включно називають шпурами. Свердловини можуть бути вертикальними, горизонтальними і похилими.

При влаштуванні виїмок вийнятий з них грунт видаляють за межі робочого майданчика або укладають поруч в кавальєри для його подальшого використання при зворотній засипці. При спорудженні насипів грунт доставляють ззовні або з бічних резервів.

розрізняють тимчасові земляні споруди (Траншеї для укладання в них підземних комунікацій і т. п.) і земляні споруди тривалого користування (придорожні кювети, дорожні насипи, дамби, греблі і т. п.). Тимчасові земляні споруди відривають на час будівництва, наприклад, на час укладання трубопроводу і монтажу трубопровідної арматури, після чого вихідну земляну поверхню відновлюють. Залежно від виду і стану грунту, погодних умов, а також тривалості існування тимчасових земляних споруд, щоб уникнути обвалення, їх стінки зміцнюють або залишають без кріплення. Бічні укоси земляних споруд тривалого користування зазвичай зміцнюють дерном, дерев'яними рейками і т. П. Найчастіше насипу відсипав з пошаровим ущільненням ґрунту.

До земляним споруд відносяться також сплановані смуги і площадки, які можуть бути як тимчасовими, так і спорудами тривалого користування. Залежно від проектного рівня по відношенню до вихідного рельєфу, необхідності заміни природного грунту доставленим ззовні ці земляні споруди можуть виконуватися за схемою утворення виїмок або насипів, а також комбінованим способом: видаленням грунту з височин і засипанням їм западин.

Якщо при утворенні виїмок виконуються роботи тільки по відділенню частини грунту від масиву, пов'язаного з руйнуванням його зв'язності, і його переміщенням, то при спорудженні насипів, крім переміщення грунту, зазвичай вирішується зворотна задача - відновлення колишнього щільного стану грунту.

Способи розробки грунтів

Найбільш енергоємною з усіх операцій по влаштуванню виїмок є відділення грунту від масиву (руйнування грунту), в зв'язку з чим способи розробки ґрунтів визначаються по способам їх руйнування, що характеризується видом енергетичного впливу. Найбільше застосування в будівництві знайшло механічне пошкодження ґрунтів зосередженим контактним силовим впливом робочого органу машини на грунт, званим також різанням. Для реалізації цього способу робочі органи грунторазрабативающіх машин оснащують клинчастими ріжучими інструментами, що переміщуються щодо грунтового масиву. Залежно від швидкості і характеру впливу ріжучого інструменту розрізняють статичну і динамічну руйнування грунтів. При статичному руйнуванні ріжучий інструмент рухається рівномірно або з незначними ускорениями при швидкості до 2 ... 2,5 м / с. Цей спосіб застосовується як основний при розробці грунтів екскаваторами, землерийно-транспортними машинами, розпушувачами і буровими машинами обертальної дії. В машинах, що розробляють міцні скельні породи, реалізується як статичний, так і динамічний способи їх руйнування, зокрема, ударний. Відомі також вібраційний і виброударной способи, які поки ще не набули широкого промислового застосування. Енергоємність механічного руйнування піщаних і глинистих ґрунтів в залежності від їх фортеці і конструкції ріжучих інструментів становить від 0,05 до 0,5кВтч / м 3. Цим способом виконують до 85% всього обсягу земляних робіт в будівництві.

Робочий процес машини для механічної розробки грунту може складатися тільки з операції руйнування грунту, як, наприклад, у розпушувача при руйнуванні міцних грунтів, або включати цю операцію як складову частину робочого процесу. В останньому випадку одночасно з відділенням від масиву грунт захоплюється ковшовим робочим органом або накопичується перед ним - при відвальної робочому органі, наприклад, при розробці бульдозером, автогрейдером. Переміщення грунту ковшовим або відвальним робочим органом також є складовою частиною робочого циклу машини, а відсипання ґрунту, виконувана в кінці цієї операції, полягає в цілеспрямованій його розвантаження зі робочого органу. Для збільшення дальності переміщення грунту деякі машини обладнають спеціальними транспортують пристроями, наприклад, екскаватори безперервної дії. З тією ж метою такі машини як скрепери після відділення грунту від масиву і заповнення їм ковша перевозять грунт до місця відсипки на значні відстані власним ходом. При екскаваторної розробці для перевезення грунту використовують спеціальні транспортні машини - землевози, а також автосамоскиди, залізничні платформи або баржі.

Для інтенсифікації процесу руйнування грунту використовують комбіновані способи, наприклад, газомеханічний, який забезпечувався б імпульсною подачею газів під тиском в отвори на землерийних робочому органі. Вихідні через отвори гази розпушують ґрунт, зменшуючи цим опір переміщенню робочого органу.

Опір руйнуванню водонасичених мерзлих грунтів може бути знижена шляхом введення в них хімічних реагентів зі зниженою температурою замерзання (хлористого натрію, хлористого калію та ін.).

При влаштуванні гідротехнічних земляних споруд (гребель, дамб), а також в деяких інших випадках на водоймах або поблизу їх широко застосовують гідравлічне руйнування грунтів струменем води з використанням гідромоніторів та землесосних снарядів. Таким же способом видобувають пісок, гравій або піщано-гравійну суміш для подальшого використання як будівельного матеріалу. Енергоємність процесу досягає 4 кВт год / м 3, а витрата води - до 50 ... 60 м 3 на 1 м 3 розробленого грунту. Тим же способом розробляють ґрунти на дні водойм. Малосвязние грунти при цьому розробляють всмоктуванням без попереднього розпушування, а міцні грунти заздалегідь розпушують фрезами. Спосіб розробки грунтів з використанням напору струменя води і землесосних снарядів, яким розробляють близько 12% загального обсягу грунтів в будівництві, називають гидромеханическим.

Міцні скельні породи і мерзлі грунти зазвичай руйнують вибухом під тиском газів, що утворюються при запаленні вибухових речовин, які закладають в спеціально пробурені свердловини (шпури), в прорізні вузькі щілини або в траншеї. Для буріння шпурів застосовують машини механічного буріння, А також термо- і термопневмобури. Щілини і траншеї зазвичай розробляють механічним способом. У термобуре реалізується термомеханічний спосіб руйнування грунту: його прогрів високотемпературної (до 1800 ... 2000 ° С) газовим струменем з подальшим руйнуванням термоослабленного шару грунту ріжучим інструментом. При термопневматіческом бурінні грунт руйнується і виноситься з свердловини високотемпературної газової струменем зі швидкістю до 1400 м / с. Розробка грунтів вибухом найбільш енергоємна, а отже, найбільш дорога з усіх розглянутих вище способів.

Для дроблення валунів і негабаритних каменів, що утворюються в результаті руйнування грунтів вибухом, застосовують установки, що реалізують електрогідравлічний спосіб руйнування ґрунтів, що використовує ударну хвилю, яка утворюється в искровом розряді в рідині. При цьому отримана в розрядному каналі теплота нагріває і випаровує прилеглі шари рідини, утворюючи парогазову порожнину з високим тиском, яке впливає на грунт.

рідше застосовують фізичні способи руйнування грунтів без комбінування з іншими способами. Вони засновані на впливі на грунт температурних змін (пропалювання міцних грунтів, відтавання мерзлих грунтів), струмів високої частоти ультразвуку, електромагнітної і інфрачервоної енергії і т. П.

Вибір способу розробки залежить, перш за все, від міцності грунту, в тому числі і від сезонної, пов'язаної з його промерзанням. При правильній організації планових (неаварійних) робіт можна уникнути або звести до мінімуму енергетичні та інші витрати, пов'язані з розробкою мерзлих грунтів, виконуючи земляні роботи переважно до настання зими. У будівельній практиці використовують також способи запобігання підлягають розробці в зимовий час грунтів від промерзання шляхом їх укриття спеціальними матами або підсобними матеріалами (тирсою, що випали до промерзання грунту снігом, розпушеним шаром ґрунту і т. П.). Так, в трубопровідному будівництві, де, щоб уникнути обвалення, траншеї відривають заздалегідь з невеликим відривом за часом перед укладанням в них труб, що підлягають зимової розробці ділянки відривають до настання морозів на неповну глибину і тут же їх засипають. Розпушений грунт охороняє нижні шари від промерзання і дозволяє повторно розробляти траншеї необхідної глибини також при низьких температурах навколишнього повітря.

властивості грунтів

Грунтами називають вивітрені гірські породи, що утворюють кору землі. За походженням, станом і механічної міцності розрізняють грунти скельні -сцементірованние водостійкі породи з межею міцності у водонасиченому стані не менше 5МПа (граніти, пісковики, вапняки і т. П.), Напівскельні - зцементовані гірські породи з межею міцності до 5МПа (мергелі, скам'янілі глини, гіпсоносние конгломерати і т. п.), великоуламкові - шматки скельних і напівскельних порід, піщані - складаються з незцементованих дрібних частинок, зруйнованих гірських порід розміром 0,05 ... 2 мм, глинисті - з розміром частинок менше 0,005 мм.

За гранулометричним складом, оцінюваного пайовою вмістом фракцій за масою, розрізняють ґрунти: глинисті (з розмірами частинок менше 0,005 мм), пилуваті (0,005 ... 0,05 мм), піщані (0,05 ... 2 мм), гравійні (2. ..20мм), галькові і щебеневі (20 ... 200 мм), валуни і камені (більше 200 мм). Найбільш часто зустрічаються в будівельній практиці грунти розрізняють за процентним вмістом в них глинистих частинок: глини - не менше 30%; суглинки - від 10 до 30%; супеси - від 3 до 10% з переважанням піщаних частинок над пилоподібними, піски - менше 3%.

Нижче наводяться деякі характеристики грунтів, що впливають на процес їх взаємодії з землерийними і грунтоуплотняющімі робочими органами. Грунт складається з твердих частинок, води і газів (зазвичай повітря), що знаходяться в його порах. Вологість грунтів, що оцінюється відношенням маси води до маси твердих частинок, становить від 1 ... 2% - для сухих пісків до 200% і більше - для текучих глин і мулів. У деяких випадках, наприклад, при оцінці ступеня примусового ущільнення грунтів, користуються так званої оптимальною вологістю, яка змінюється від 8 ... 14% для дрібних і пилуватих пісків до 20 ... 30% для жирних глин.

При розробці грунти збільшуються в обсязі за рахунок утворення пустот між шматками. Ступінь такого збільшення обсягу оцінюють коефіцієнтом розпушення, рівним відношенню обсягу певної маси грунту після розробки до її об'єму до розробки (табл.1). Значення коефіцієнта розпушення коливаються від 1,08 ... 1,15 для пісків до 1,45 ... 1,6 для мерзлих грунтів і скельних порід. Після укладання грунту в відвали і природного або примусового ущільнення ступінь їх розпушення зменшується. Її оцінюють коефіцієнтом залишкового розпушення (від 1,02 ... 1,05 для пісків і суглинків до 1,2 ... 1,3 для скельних порід).

Уплотняемость грунтів характеризується збільшенням їх щільності внаслідок витіснення з пір води і повітря і компактного укладання твердих частинок. Після зняття зовнішнього навантаження стислий в порах повітря розширюється, викликаючи оборотну деформацію грунту. При повторних навантаженнях з пір видаляється все більше повітря, внаслідок чого оборотні деформації зменшуються.

Таблиця 1
характеристики грунтів
Категорія грунту	Щільність кг / м 3	Число ударів щільно-мера Дорн	Коефі цієнт розпушити-ня	Питомий опір, кПа
резанию	копання при роботі:
Прямими і зворотними лопатами	Драглай-нами	екскаваторами безперервної дії
поперечного копання	Траншей-ними
роторними	ланцюговими
I	1200-1500	1-4	1,08-1,17	12-65	18-80	30-120	40-130	50-180	70-230
II	1400-1900	5-8	1,14-1,28	58-130	70-180	120-250	120-250	150-300	210-400
III	1600-2000	9-16	1,24-1,3	120-200	160-280	220-400	200-380	240-450	380-660
IV	1900-2200	17-35	1,26-1,37	180-300	220-400	280-490	300-550	370-650	650-800
V	2200-2500	36-70	1,3-1,42	280-500	330-650	400-750	520-760	580-850	700-1200
VI	2200-2600	71-140	1,4-1,45	400-800	450-950	550-1000	700-1200	750-1500	1000-2200
VII	2300-2600	141-280	1,4-1,45	1000-3500	1200-4000	1400-4500	1800-5000	2200-5500	2000-6000
VIII	2500-2800	281-560	1,4-1,6	-	220-250	230-310	-	-

Ступінь ущільнення грунту характеризується залишковою деформацією, основна частка якої припадає на перші цикли навантаження. Її оцінюють коефіцієнтами ущільнення, рівним відношенню фактичної щільності до її максимального стандартному значенню, відповідному оптимальної вологості. При ущільненні грунтів необхідне значення коефіцієнта ущільнення призначають в залежності від відповідальності земляної споруди за межі від 0,9 до 1.

Міцність і деформованість грунтів визначається, в основному, властивостями складають їх часток і зв'язків між ними. Міцність частинок обумовлена внутрішньомолекулярними силами, а міцність зв'язків - їх зчепленням. При розробці грунтів ці зв'язки руйнуються, а при ущільненні відновлюються.

При взаємному переміщенні частинок грунту між собою виникають сили внутрішнього тертя, а при переміщенні грунту щодо робочих органів - сили зовнішнього тертя. Відповідно до закону Кулона ці сили пропорційні нормальному навантаженні з коефіцієнтами пропорційності, званими коефіцієнтами внутрішнього і зовнішнього тертя відповідно. Для більшості глинистих і піщаних грунтів перший становить від 0,18 до 0,7, а другий - від 0,15 до 0,55.

При взаємному переміщенні грунту і землерийного робочого органу відбувається дряпання твердими грунтовими частинками робочих поверхонь ріжучого інструменту та інших елементів робочого органу і, як наслідок, зміна його форми і розмірів, зване зношуванням. Розробка грунтів зношеним ріжучим інструментом вимагає більше витрат енергії. Здатність грунтів зношувати робочі органи землерийних машин називають абразивністю. Бόльшей абразивностью володіють більш тверді ґрунти (піщані і супіщані) з частинками, закріпленими (зцементованими) в грунтовому, наприклад, замерзлому масиві. Абразивна зношується здатність мерзлих грунтів в залежності від їх температури, вологості і гранулометричного складу може бути в десятки разів вище, ніж у тих же грунтів не мерзлого стану.

Грунти, що містять глинисті частинки, здатні прилипати до робочих поверхонь робочих органів, наприклад, ковшовим, зменшуючи тим самим їх робочий об'єм і створюючи підвищені опору переміщенню відокремленого від масиву грунту всередину ковша, внаслідок чого збільшуються витрати енергії на розробку грунту і знижується продуктивність землерийної машини. Це властивість грунтів, зване липкостью, посилюється при негативних температурах. Сили зчеплення примерзлого до робочих органів грунту в десятки і сотні разів більше, ніж ґрунту, не мерзлого стані. Для видалення прилип до робочих органів грунту доводиться робити вимушені простої машини, а в ряді випадків, наприклад, для очищення від примерзлого грунту, вживати спеціальних заходів, в основному, механічного впливу.

Грунти, що розробляються машинами, класифікують за складністю розробки по 8 категоріям (табл.1). В основу цієї класифікації, запропонованої проф. А.Н.Зеленіним, покладена щільність в фізичному вимірі [кг / м 3] і за показаннями плотномера конструкції Дорн (ріс.103). Плотномер

являє собою металевий стрижень круглого поперечного перерізу площею 1см 2 з двома шайбами-упорами, між якими вільно переміщається вантаж масою 2,5 кг. Повний хід вантажу становить 0,4 м. Довжина нижнього вільного кінця стержня - 0,1м. Для вимірювання щільності прилад нижнім кінцем встановлюють на грунт, піднімають вантаж до упору в верхню шайбу і відпускають його. При падінні вантаж вдаряє об нижню шайбу, здійснюючи роботу в 1Дж і змушуючи впроваджуватися в грунт нижній кінець стрижня. Щільність грунту оцінюють числом ударів, відповідним впровадження в грунт стрижня до упору в нижню шайбу.

Відповідно до класифікації проф. А.Н.Зеленіна грунти розподілені за категоріями в такий спосіб: I категорія - пісок, супісок, м'який суглинок середньої міцності вологий і розпушений без включень; II категорія - суглинок без включень, дрібний і середній гравій, м'яка волога або розпушена глина; III категорія - міцний суглинок, глина середньої міцності волога або розпушена, аргіліти і алевроліти; IV категорія - міцний суглинок, міцна і дуже міцна волога глина, сланці, конгломерати; V категорія - сланці, конгломерати, затверділі глина і лес, дуже міцні крейда, гіпс, пісковики, м'які вапняки, скельні і мерзлі породи; VI категорія - ракушечники і конгломерати, міцні сланці, вапняки, пісковики середньої міцності, крейда, гіпс, дуже міцні опоки і мергель; VII категорія - вапняки, мерзлий грунт середньої міцності; VIII категорія - скельні і мерзлі породи, дуже добре визрівання (шматки не більше 1/3 ширини ковша).

Робочі органи землерийних машин і їх взаємодія з грунтом

Робочі органи, за допомогою яких грунт відокремлюють від масиву (екскаваторні ковші, бульдозерні відвали, зуби розпушувачів) (ріс.104) називають землерийними. У конструкціях землерийних і землерийно-транспортних машин, робочий процес яких складається з послідовно виконуваних

операцій відділення грунту від масиву, його переміщення і відсипання, землерийні робочі органи поєднують з транспортують - ковшами (екскаватори, скрепери) або відвалами (бульдозери, автогрейдери). Перші називають ковшовими, а другі - відвальними. Зуби розпушувачів (ріс.104, а) відокремлюють грунт від масиву без суміщення з іншими операціями.

Ковшовий робочий орган представляє собою ємність з ріжучої кромкою, оснащеної зубами (ріс.104, б - г, е) або без них (ріс.104, д, ж, з). Ковші з ріжучими крайками без зубів частіше застосовують для розробки малосвязних пісків і супісків, а ковші з зубами - в основному для розробки суглинків, глин і міцних грунтів. При розробці грунту ківш переміщається щодо грунтового масиву так, що його ріжучакромка або зуби впроваджуються в грунт, відокремлюючи його від масиву. Розпушений внаслідок цієї операції грунт надходить в ківш для подальшого переміщення в ньому до місця розвантаження.

Відвальні робочі органи (ріс.104, і) оснащують в нижній частині ножами, в цьому випадку їх ще називають ножовими. Для руйнування більш міцних грунтів на ножі додатково встановлюють зуби. Робочий процес відвального робочого органу відрізняється від описаного вище способом переміщення грунту до місця укладання - волоком по непорушеному грунту перед відвалом.

Ріжуча частина землерийного робочого органу має форму загостреного клина (ріс.105), обмеженого передній 1 і задній 2 гранями, лінію перетину яких називають ріжучої крайкою. кут δ , Утворений з напрямком

руху ріжучого клина його передньою гранню, називають кутом різання, а кут Θ , Утворений з тим же напрямком задньої гранню - заднім кутом. Руйнівна здатність різального клина тим більше, чим більше реалізованого робочим органом активного зусилля доводиться на одиницю довжини різальної крайки .. При одному і тому ж зусиллі вузький ріжучий клин ефективніше широкого. Оскільки сумарна довжина ріжучих крайок всіх зубів, встановлених на ковші або відвалі, завжди менше довжини кромки того ж робочого органу без зубів, то робочий орган із зубами має більшу руйнує здатністю в порівнянні з робочим органом без зубів. Чим менше на робочому органі зубів, тим більше його руйнує здатність.

При взаємодії з грунтом, що володіє абразивними властивостями, ріжучий клин затупляется, його ріжучакромка стає все менш вираженою, а енергоємність розробки їм грунту зростає.

Для підвищення зносостійкості ріжучих інструментів землерийних робочих органів передню грань

упрочняют твердим сплавом у вигляді наплавлень зносостійкими електродами або напайок з металокерамічних твердосплавних пластин (ріс.106). Останні більш ефективні в порівнянні з наплавленнями. Вони мають високу твердість, сумірною з твердістю оксидів кремнію, що містяться в піщаних грунтах, але схильні до крихкого руйнування при зустрічі з валунами .. Зміцнений по передній грані ріжучий інструмент має ефект самозатачіванія, який проявляється в тому, що державка 1, що має більш низьку твердість по порівняно з зміцнюючих шаром (платівкою) 2, зношується швидше останнього (форми зносу показані на ріс.106 тонкими лініями), так що ріжучий інструмент під весь час роботи залишається практично гострим з затуплення м лише за товщиною зміцнюючого шару. Такий ріжучий інструмент забезпечує менш енергоємну розробку грунту, ніж незміцнене. Реалізовані ріжучим клином зусилля на відділення грунту від масиву (зусилля різання) майже стабільні при розробці пластичних глинистих ґрунтів (ріс.107, а ). У всіх інших випадках зусилля різання змінюються від мінімальних значень до максимальних з певним періодом, подібно показаному на ріс.107, б .

Ріс.107. Типові графіки зовнішнього навантаження

Амплітуда цих коливань зростає в міру збільшення міцності і крихкості грунтів. Процесу різання супроводжує переміщення грунту перед робочим органом, всередині його (при ковшового робочому органі) або по ньому (при відвальної органі). Сукупність цих переміщень разом з різанням називають копанням.

Опір грунту різанню залежить тільки від виду грунту і параметрів різального інструменту, в той час як опір копання, крім того, залежить від способу розробки (типу землерийної машини), що відображено в таблиці 1.

Вибір способу виробництва земляних робіт залежить від властивостей грунту, обсягів робіт, виду земляних споруд, гідрогеологічних умов та інших факторів. Технологічний процес виконання земляних робіт складається з розробки грунту, транспортування, укладання у відвал або насип, ущільнення та планування. Для механізації земляних робіт застосовують одноковшеві з дизельним двигуном будівельні екскаватори з гнучкою і жорсткою підвіскою робочого обладнання у вигляді прямої і зворотної лопати, драглайна, грейфера, землерийно-планувального, планувального і навантажувального пристроїв; екскаватори безперервної дії, до яких відносяться ланцюгові багатоковшеві, ланцюгові скребкові, роторні багатоковшеві і роторні бесковшовие (фрезерні); бульдозери, скрепери, грейдери (причіпні та самохідні), грейдери-елеватори, розпушувачі, бурильні машини. У комплект машин для механізованої розробки грунту крім провідної землерийної машини включаються також допоміжні машини для транспортування грунту, підчищення виїмки дна, ущільнення грунту, обробки укосів, попереднього розпушування грунту і т. п. в залежності від виду робіт.

Розробка грунту одноковшевими екскаваторами

У промисловому і цивільному будівництві застосовують екскаватори з ковшем місткістю від 0,15 до 4 м3. При виконанні великих обсягів земляних робіт на гідротехнічному будівництві застосовуються більш потужні екскаватори з місткістю ковша до 16 м3 і більше.

Екскаватори на колісному ходу рекомендується застосовувати при роботах на грунтах з високим несучою здатністю при розосереджених обсягах робіт, при роботах в міських умовах з частими перебазування; екскаватори на гусеничному ходу застосовують при зосереджених обсягах робіт при рідкісних перебазування, при роботах на слабких грунтах і розробці скельних порід; навісні екскаватори на пневмоколісних тракторах - при розосереджених обсягах робіт і при роботі в умовах бездоріжжя.

Розробка грунту одноковшевими екскаваторами ведеться проходками. Число проходок, забоїв і їх параметри передбачаються в проектах і технологічних картах виконання земляних робіт для кожного конкретного об'єкта відповідно до параметрів земляних споруд (за робочими кресленнями) з оптимальними робочими розмірами обладнання екскаваторів.

Одноковшеві екскаватори відносяться до машин циклічної дії. Час робочого циклу визначається сумою окремих операцій: тривалість заповнення ковша, поворот на вивантаження, розвантаження і поворот в забій. Найменші витрати часу на виконання робочого циклу забезпечуються за таких умов:

ширина проходок (вибоїв) приймається з таким розрахунком, щоб забезпечити роботу екскаватора із середнім поворотом не більше 70 градусів;
глибина (висота) вибоїв повинна бути не менше довжини стружки грунту, необхідної для заповнення ковша з шапкою за один прийом копання;
довжина проходок приймається з урахуванням можливо меншого числа вводів і висновків екскаватора в забій і з забою.

Забоєм називається робоча зона екскаватора. До цієї зони належить майданчик, де розміщується екскаватор, частина поверхні розроблювального масиву і місце установки транспортних засобів або майданчик для укладання розробляється грунту. Геометричні розміри і форма забою залежать від обладнання екскаватора і його параметрів, розмірів виїмки, видів транспорту і прийнятої схеми розробки ґрунту. В технічні характеристики екскаваторів будь-якої марки наведені, як правило, максимальні їх показники: радіуси різання, вивантаження, висота вивантаження і ін. При виробництві земляних робіт приймають оптимальні робочі параметри, складові 0,9 максимальних паспортних даних. Оптимальна висота (глибина) забою повинна бути достатньою для заповнення ковша екскаватора за одне черпання, вона повинна бути дорівнює вертикальному відстані від горизонту стоянки екскаватора до рівня напірного вала, помноженому на коефіцієнт 1,2. Якщо висота забою відносно мала (наприклад, при розробці планувальної виїмки), доцільно використовувати екскаватор разом з бульдозером: бульдозер розробляє грунт і переміщує його до робочого місця екскаватора, потім підгортає грунт, забезпечуючи при цьому достатню висоту забою. Екскаватор і транспортні засоби повинні бути розташовані так, щоб середній кут повороту екскаватора від місця заповнення ковша до місця його вивантаження був мінімальним, так як на поворот стріли витрачається до 70% робочого часу циклу екскаватора.

У міру розробки грунту в забої екскаватор переміщається, відпрацьовані ділянки називаються проходками. У напрямку руху екскаватора відносно поздовжньої вісі виїмки розрізняють поздовжній (з лобовим або торцевим забоєм) і поперечний (бічний) способи розробки. Поздовжній спосіб полягає в розробці виїмки проходками, напрямок яких вибирається по найбільшій стороні виїмки. Лобовий забій застосовується при розробці з'їзду в котлован і при ритті початку виїмки на крутих косогорах. При лобовому забої грунт розробляється на всю ширину проходки. Торцевої забій застосовується при розробці виїмок нижче рівня стоянки екскаватора, при цьому екскаватор, пересуваючись заднім ходом по поверхні землі або на рівні, розташованому вище дна виїмки, розробляє торець виїмки. Бічні забої застосовуються для розробки виїмки прямою лопатою, при цьому шляху транспортних засобів влаштовуються паралельно осі переміщення екскаватора або вище підошви забою. При бічному способі повна ширина проходки може бути отримана шляхом послідовної розробки ряду проходок. Поперечним (бічним) способом розробляють виїмки з відсипання ґрунту в напрямку, перпендикулярному осі виїмки. Поперечний спосіб застосовується при розробці протяжних вузьких виїмок з відсипання кавальєрів або при влаштуванні насипів з бічних резервів.

Деякі види виїмок (наприклад, планувальні) можна розробляти боковим забоєм з рухом транспорту на одному рівні з екскаватором. Іноді для переходу до розробки з боковим забоєм необхідно спочатку відривати так звану пионерную траншею, яку екскаватор починає розробляти, спустившись на дно забою по пандусу. Якщо висота вивантаження екскаватора більше або дорівнює сумі глибини виїмки, висоти борту самоскида і «шапки» над бортом (0,5 м), пионерную траншею розробляють боковим забоєм при русі транспорту по денній поверхні на відстані не менше 1 м від краю виїмки. При значних в плані розмірах виїмки її розробляють поперечними проходками уздовж меншої сторони, при цьому забезпечується мінімальна довжина пионерной траншеї, що дозволяє організувати найбільш продуктивне кільцевий рух транспорту. Виїмки, глибина яких перевищує максимальну глибину забою для даного типу екскаватора, розробляють в кілька ярусів. При цьому нижній ярус розробляють аналогічно верхньому, а автомобілі подають до екскаватора так, щоб ківш знаходився на кузов ззаду. Траса руху автомобіля в цьому випадку повинна бути паралельна осі проходки екскаватора, але спрямована в протилежний бік.

Екскаватор, обладнаний зворотною лопатою, застосовується при розробці грунту нижче рівня стоянки і найбільш часто використовується при риття траншей для укладання підземних комунікацій і невеликих котлованів під фундаменти і інші споруди. При роботі з зворотною лопатою також застосовують торцевий або бічній забій. Найбільш доцільно застосовувати екскаватор із зворотною лопатою для розробки котлованів глибиною не більше 5,5 м і траншей до 7 м. Жорстке кріплення ковша зворотної лопати дає йому можливість рити вузькі траншеї з вертикальними стінками. Глибина розроблювальних вузьких траншей більше, ніж глибина котлованів, так як екскаватор може опускати стрілу з руків'ям у найнижче положення, зберігаючи стійкість.

Екскаватор з робочим обладнанням драглайн застосовується при розробці великих і глибоких котлованів, при зведенні насипу з резервів і т. П. Перевагами драглайна є великий радіус дії і глибина копання до 16-20 м, можливість розробляти забої з великим припливом грунтових вод. Драглайн розробляє виїмки торцевими або бічними проходками. Для торцевої і бічний проходок організація робіт драглайна аналогічна роботі зворотної лопати. При цьому зберігається таке ж співвідношення максимальної глибини різання. Драглайн зазвичай пересувається між стоянками на 1/5 довжини стріли. Розробка грунту драглайном найчастіше проводиться в відвал (односторонній або двосторонній), рідше - на транспорт.

Екскаватори відривають котловани і траншеї на глибину, дещо меншу проектної, залишаючи так званий недобір. Недобір залишають, щоб уникнути пошкодження підстави і не допускати переборовши грунту, він становить зазвичай 5-10 см. Для підвищення ефективності роботи екскаватора застосовують скребковий ніж, насаджений на ківш. Це пристосування дозволяє механізувати операції по зачистці дна котлованів і траншей і вести їх з похибкою не більше плюс-мінус 2 см, що виключає необхідність ручних доробок.

Розробка грунту екскаваторами безперервної дії здійснюється при відсутності в грунтах каменів, коренів і т. П. До початку роботи вздовж траси траншеї бульдозером планується смуга землі шириною не менше ширини гусеничного ходу, потім розбивається і закріплюється вісь траншеї, після чого починається уривка її з боку низьких відміток (для стоку води). Багатоковшеві екскаватори розробляють траншеї обмежених розмірів і, як правило, з вертикальними стінками.

Розробка грунту землерийно-транспортними машинами

Основними видами землерийно-транспортних машин є бульдозери, скрепери і грейдери, які за один цикл розробляють грунт, переміщують його, розвантажують в насип і повертаються в забій порожняком.

Виробництво земляних робіт бульдозерами

Бульдозери застосовуються в будівництві для розробки грунту в неглибоких і протяжних виїмок і резервах для переміщення його в насипу на відстань до 100 м (при застосуванні могутніших машин відстань переміщення грунту може бути збільшено), а також на розчищення території та планувальних роботах, на зачистці підстав під насипу і фундаменти будівель та споруд, при влаштуванні під'їзних шляхів, розробці грунту на узгір'ях і т. п.

Мал. 7.:
а - звичайне різання; б - гребінчастий різання

У практиці земляних робіт є кілька способів різання грунту бульдозером (рис. 7):

звичайне різання - ніж спочатку заглиблюється на граничну для даного грунту глибину і в міру завантаження поступово піднімається, так як зростає опір призми волочіння, на яке витрачається тягове зусилля трактора;
гребінчастий різання - відвал заповнюється декількома чергуються заглиблених і підняттями.

Гребенчатая схема дозволяє зменшити довжину різання за рахунок збільшення середньої глибини стружки. Крім того, при кожному зануренні ножа сколюється грунт під призмою волочіння і на відвалі ущільнюється вже зрізаний грунт. Завдяки цьому скорочується час різання і збільшується обсяг грунту на відвалі.

При виробництві земляних робіт бульдозерами успішно застосовується спосіб різання під ухил, заснований на раціональному використанні тягового зусилля трактора. Суть його в тому, що при русі трактора під ухил вивільняється частина тягового зусилля, необхідного для переміщення самої машини, за рахунок чого грунт можна руйнувати більш товстим шаром. При роботі бульдозера під ухил полегшується сколювання грунту, знижується опір призми волочіння, яка рухається частково під дією власної ваги. При відсутності природного ухилу його можна створювати першими проходками бульдозера. При роботі під ухил 10-15 градусів продуктивність зростає приблизно в 1,5-1,7 рази.

Мал. 8.:
а - одношаровим заріз; б - траншейним заріз. Цифрами вказана черговість різання

Бульдозер працює за схемами, наведеними на рис. 8. одношарові різанням з перекриттям смуг на 0,3-0,5 м знімають рослинний шар. Потім бульдозер переміщує грунт в відвал або проміжний вал і повертається до місця нового різання без розвороту, заднім ходом (човникова схема), або з двома поворотами. Траншейна розробка проводиться з залишенням перемичок шириною 0,4 м в зв'язкових грунтах і 0,6 м в малосвязних. Глибина траншей приймається 0,4-0,6 м. Перемички розробляються після проходу кожної траншеї.

Виробництво земляних робіт скреперами

Експлуатаційні можливості скреперів дозволяють використовувати їх при уривку котлованів і плануванні поверхонь, при влаштуванні різних виїмок і насипів. Скрепери класифікуються:

по геометричному обсягом ковша - малий (до 3 м3), середній (від 3 до 10 м3) і великий (понад 10 м3);
за родом агрегатування з тягачем - причіпні і самохідні (в тому числі напівпричіпні і сідельні);
за способом завантаження ковша - завантажуються за рахунок сили тяги тягача і з механічною (елеваторної) завантаженням;
за способом розвантаження ковша - з вільною, полупрінудітельной і примусової розвантаженням;
за способом приводу робочих органів - гідравлічні і канатні.

Скреперами ведуть розробку, транспортування (дальність транспортування грунту коливається від 50 м до 3 км) і укладання піщаних, супіщаних, лесових, суглинних, глинистих та інших грунтів, які не мають валунів, а домішка гальки і щебеню не повинна перевищувати 10%. Залежно від категорії грунтів різати їх найбільш ефективно на прямолінійній ділянці шляху при русі під ухил 3-7 градусів. Товщина розроблювального шару в залежності від потужності скрепера коливається від 0,15 до 0,3 м. Розвантажують скрепер на прямолінійній ділянці, при цьому поверхню грунту розрівнюють днищем скрепера.

Мал. 9.:
а - з наповненням ковша стружкою постійної товщини; б - з наповненням ковша стружкою змінного перерізу; в - гребінчастий спосіб наповнення ковша стружкою; г - наповнення ковша способом клевков

Розрізняють декілька способів зрізання стружки при роботі скрепера (рис. 9):

стружкою постійної товщини. Спосіб застосовують при планувальних роботах;
стружкою змінного перерізу. При цьому грунт зрізається з поступовим зменшенням товщини стружки в міру наповнення ковша, т. Е. З поступовим виглибленням ножа скрепера до кінця набору;
гребінчастим способом. При цьому грунт зрізається з поперемінним заглибленням і поступовим підйомом ковша скрепера: на різних стадіях товщина стружки змінюється від 0,2-0,3 м до 0,08-0,12 м;
клевками. Наповнення ковша здійснюється шляхом багаторазового заглиблення ножів скрепера на можливо велику глибину. Спосіб застосовують при роботі в пухких сипучих грунтах.

Залежно від розмірів земляної споруди, взаємного розташування виїмок і насипів застосовують різні схеми роботи скреперів. Найбільш поширеною є схема роботи по еліпсу. При цьому скрепер кожен раз повертається в одну сторону.

Мал. 10.:
а - траншейний-гребінчастий; б - ребристо-шаховий

При роботі в широких і довгих забоях наповнення ковша скрепера здійснюється траншейний-гребінчастим і ребристо-шаховим способами. При траншейний-гребінцевої способі (рис. 10) розробка забою ведеться від краю резерву або виїмки паралельними смугами постійної глибини 0,1-0,2 м, однаковими по довжині. Між смугами першого ряду залишають смуги незрізаною грунту - гребені, по ширині рівні половині ширини ковша. У другому ряду проходів забирають грунт на повну ширину ковша, зрізуючи гребінь і утворюючи під ним траншею. Товщина стружки в цьому випадку в середині ковша 0,2-0,4 м, а по краях 0,1-0,2 м.

При ребристо-шаховому способі (рис. 10) розробка забою проводиться від краю виїмки або резерву паралельними смугами так, щоб між проходками скрепера залишалися смуги не зрізати грунту, рівні по ширині половині ширини ковша.

Другий ряд проходок розробляють, відступаючи від початку першого ряду на половину довжини проходки першого ряду. Роботу скрепера слід поєднувати з роботою бульдозера, використовуючи їх для розробки підвищених ділянок і переміщення грунту на невеликі відстані в понижені місця.

Виробництво земляних робіт грейдерами

Грейдери використовують при плануванні території, укосів земляних споруд, зачистці дна котлованів і уривку канав глибиною до 0,7 м, при зведенні протяжних насипів висотою до 1 м і нижнього шару більш високих насипів з резерву. Автогрейдерами профилируют дорожнє полотно, проїзди і дороги. Найбільш ефективно використовувати автогрейдери при довжині проходки 400-500 м. Щільні грунти до розробки грейдером попередньо розрихлюються. При зведенні насипу з розроблювального резерву похилий ніж зрушує зрізаний грунт в сторону насипу. При наступній проходці грейдера цей грунт переміщується ще далі в тому ж напрямку, тому доцільно організовувати роботу двома грейдерами, один з яких зрізає, а інший переміщує зрізаний грунт.

При зведенні насипів і профільованого дорожнього полотна заріз грунту починають від внутрішньої бровки резерву і ведуть пошарово: спочатку вирізають стружку трикутної форми, потім до кінця шару стружка виходить прямокутної. При розробці широких резервів в грунтах, які не потребують попереднього розпушування, заріз починають від зовнішньої бровки резерву і ведуть пошарово, при всіх проходах стружка трикутної форми; можливий інший спосіб: стружка при цьому виходить трикутної і чотирикутної форми.

При виконанні різних операцій кути нахилів грейдера змінюються в наступних межах: кут захоплення - 30-70 градусів, кут різання - 35-60 градусів, кут нахилу - 2-18 градусів. У практиці будівництва застосовується кілька способів укладання грунту:

грунт укладають шарами, відсипаючи його від бровки до осі дороги (профіліровочниє роботи в нульових відмітках при висоті насипу, що не перевищує 0,1-0,15 м);
валики розміщують один біля одного із зіткненням їх тільки підставами (відсипання насипів висотою 0,15-0,25 м);
кожний наступний валик частково притискають до раніше укладеної, перекриваючи його підставою на 20-25%; гребені цих двох валиків розташовуються на відстані 0,3-0,4 м один від іншого (відсипання насипів висотою до 0,3-0,4 м);
кожний наступний валик притискається до раніше укладеної без всякого зазору; новий валик переміщують відвалом впритул до раніше укладеної з захопленням його на 5-10 см; утворюється один широкий щільний вал вище першого валика на 10-15 см (відсипання насипів висотою до 0,5-0,6 м).

Розробка мерзлих грунтів

Мерзлі грунти мають такими основними властивостями: підвищеною механічною міцністю, пластичними деформаціями, пучинистом і підвищеним електроопору. Прояв цих властивостей залежить від виду грунту, його вологості і температури. Піщані, грубозернисті і гравійні грунти, що залягають потужним шаром, як правило, містять мало води і при негативних температурах майже не мерзнуть, тому їх зимова розробка майже не відрізняється від літньої. При розробці взимку котлованів і траншей в сухих сипучих грунтах вони не утворюють вертикальних укосів, що не пучинятся і не дають осідань навесні. Пилуваті, глинисті і вологі грунти при замерзанні значно змінюють свої властивості. Глибина і швидкість промерзання залежить від ступеня вологості грунту. Земляні роботи взимку здійснюються наступними методами:

методом попередньої підготовки грунтів з подальшою їх розробкою звичайними способами;
методом попередньої нарізки мерзлих грунтів на блоки;
методом розробки грунтів без попередньої підготовки.

Попередня підготовка грунту для розробки взимку полягає в запобіганні його від промерзання, відтаванні мерзлого грунту і попередньому розпушуванні мерзлого грунту. Найбільш простий спосіб захисту поверхні грунту від промерзання полягає в утепленні його термоізоляційними матеріалами; для цього використовуються торф'яна дрібниця, стружки і тирса, шлак, солом'яні мати та т. п., які укладаються шаром 20-40 см безпосередньо по грунту. Поверхневе утеплення застосовують в основному для невеликих за площею виїмок.

Для утеплення значних за площею ділянок застосовується механічне розпушування, при якому грунт орють тракторними плугами або розпушувачами на глибину 20-35 см з подальшим боронуванням на глибину 15-20 см.

Механічне розпушування мерзлого грунту при глибині промерзання до 0,25 м проводиться важкими розпушувачами. При промерзанні до 0,6-0,7 м при уривку невеликих котлованів і траншей застосовують так зване розпушування розколюванням. Ударні мерзлоторихлітелі добре працюють при низьких температурах грунту, коли для нього характерні тендітні деформації, що сприяють його розколювання під дією удару. Для розпушування грунту при великій глибині промерзання (до 1,3 м) використовується дизель-молот з клином. Розробка мерзлого грунту різанням полягає в нарізці взаємно перпендикулярних борозен глибиною, що складає 0,8 глибини промерзання. Розмір блоку повинен бути на 10-15% менше розміру ковша екскаватора.

Відтавання мерзлого грунту здійснюється за допомогою гарячої води, Пара, електричного струму або вогневим способом. Відтавання є найбільш складним, трудомістким і дорогим способом, тому до нього вдаються у виняткових випадках, наприклад, при проведенні аварійних робіт.

Машини для земляних робіт

До атегорія:

Машини для земляних робіт

Машини для земляних робіт

Машини для земляних робіт в цивільному будівництві використовують при розпушуванні щільних, скельних і мерзлих грунтів, плануванні будівельних майданчиків, підготовку основ під дороги і проїзди, розробці котлованів під фундаменти будівель та споруд, риття траншей відкритим способом при прокладанні міських комунікацій і будівництві підземних споруд, копанні ям і приямків, зачистці дна і укосів земляних споруд, зворотній засипці котлованів і траншей після зведення фундаментів і укладання комунікацій, ущільненні грунтів і т. п.

Машини здійснюють розробку грунтів трьома основними способами:
механічним, при якому грунт відділяється від масиву пасивними і приводними (активними) ріжучими органами - ножами, зубами, скребками, клинами, різцями, фрезами і т. п .;
гидромеханическим, при якому грунт руйнується у відкритому вибої спрямованої за допомогою гідромонітора струменем води під тиском до 6 МПа або всмоктуванням попередньо зруйнованого (гідромонітором або фрезою) грунту з дна річки чи водойми ґрунтовим насосом-землесосом;
вибуховим, при якому руйнування грунту (породи) відбувається під тиском розширюються продуктів згоряння (газів), вибухових речовин.

Іноді застосовують комбіновані способи розробки ґрунтів, наприклад вибуховий (попереднє розпушування) в поєднанні з механічним (подальша розробка землерийної машиною з ножовим або ковшовим робочим органом).

В даний час близько 95% земляних робіт в будівництві здійснюється механічним способом.

Під час виконання земляних робіт використовують широку номенклатуру різних за призначенням, конструкції і принципу дії машин, які поділяються на: - машини для підготовчих робіт; - землерийно-транспортні; - екскаватори; - бурильні; - для безтраншейної прокладки комунікацій; - для гідромеханічної розробки грунту; - для ущільнення ґрунтів.

Розрізняють землерийні машини - одноковшеві з дизельним двигуном і багатоковшеві екскаватори, землерийно-транспортні машини - бульдозери, скрепери, грейдери, грейдер-елеватори; машини для ущільнення грунту, що працюють за принципом укочування, трамбування і вібраційного дії, - катки, трамбування, вібраційні машини.

землерийні машини

Одноковшеві екскаватори копають грунт і переміщають його рухом ковша. Зусилля до ковша передається від двигуна через трансмісію. Сам екскаватор при цьому залишається на місці (одноковшевий екскаватор) або повільно пересувається (багатоковшовий екскаватор-канавокопач).

Екскаватори переміщують грунт на невеликі відстані (тільки на довжину робочого органу). Їх використовують для копання грунту і відвантаження його тут же в відвал або для копання і навантаження грунту в транспортні засоби при перевезенні на великі відстані.

Багатоковшеві екскаватори (рис. 10) поділяються на траншейні екскаватори з ланцюговим і роторним робочим органом. Є також екскаватори поперечного копання з ланцюговим робочі органом і роторні екскаватори, призначені для розкривних і видобувних робіт при відкритій розробці корисних копалин і для виконання інших видів земляних робіт.

Одноковшевий екскаватор - найбільш поширена і універсальна землерийна машина. Вона складається з ходового обладнання, поворотної платформи, робочого обладнання. На поворотній платформі встановлюють один або кілька двигунів.

Ходовий обладнання одноківшевого екскаватора призначене для переміщення екскаватора в забої в міру вироблення грунту і на невеликі відстані в межах будівельного майданчика. Ходовий обладнання одноківшових екскаваторів буває гусеничне, пневмоколісних, що крокує. Для спеціальних робіт застосовують плаваючі екскаватори, що встановлюються на понтонах.

Гусеничне ходове обладнання одноківшових екскаваторів не призначене для тривалого пересування на великі відстані, так як при цьому швидко зношується і преходит в непридатність. Тому на відстань понад 15 км гусеничні екскаватори перевозять спеціальним транспортом на трейлерах, залізницею або водним шляхам.

Мал. 10. Траншейний багатоковшовий екскаватор: а - з ланцюговим робочим органом, б - з роторним робочим органом

ПневмокаткиБульдозериДорожні одноковшеві з дизельним двигуном екскаватори з ковшем ємністю 0,2-0,4 м3 можуть своїм ходом переміщатися з великою швидкістю на значні відстані і широко застосовуються для виконання невеликих обсягів робіт.

Крокуючі екскаватори для пересування мають висуваються лижі. Людина, що крокує хід застосовують на екскаваторах великий -потужності, призначених для роботи в слабких грунтах.

На рамі ходового обладнання встановлюють поворотний пристрій з поворотною рамою екскаватора. Поворотний пристрій складається з роликів або кульок, які перебувають між двома кільцевими доріжками, і працює як кульковий або роликовий підшипник. На верхньому кільці встановлюють поворотну платформу, яка обертається за допомогою двох зубчастих коліс. Мале зубчасте колесо обертається в підшипниках, встановлених в платформі. Велике зубчасте колесо закріплено на рамі ходового пристрою.

На поворотній платформі розміщується двигун, трансмісія, кабіна машиніста і робоче обладнання.

Залежно від виконуваної роботи на одноковшеві з дизельним двигуном екскаватори встановлюють різне робоче обладнання, показане на рис. 11.

Пряма лопата - основний вид робочого обладнання, найбільш часто вживаний для розробки грунту і навантаження його в автосамоскиди або землевозних візки, на залізничні платформи або у відвал. Зворотна лопата може бути встановлена замість прямої лопати, причому у більшості універсальних екскаваторів для монтажу зворотної лопати використовують ківш, рукоять, стрілу, блоки прямої лопати.

Зворотну лопату застосовують при ритті котлованів і траншей для укладання труб.

Драглайн застосовують для розробки грунту і навантаження його у відвал.

Навантаження грунту драглайном в-транспортні засоби проводиться рідко, так як ківш підвішений на канатах, які при розвантаженні погойдуються і вивантаження в точно призначений місце (наприклад, кузов автомашини) утруднена. За допомогою драглайна відривають котловани, канали, відсипав з резерву залізничні насипи, добувають корисні копалини.

Екскаватор-кран зі стрілою драглайна використовують на будівництві для монтажу споруд.

Крім названих видів змінного робочого обладнання, екскаватори використовують з наступним обладнанням:

грейфер для вантажно-розвантажувальних робіт і для розробки колодязів; корчеватель для видалення пнів; струг для планування; скребок і засипатель для котлованів.

Крім того, до стріли екскаватора може бути підвішена трамбують плита для ущільнення грунту, металева куля, або клин-молот для руйнування мерзлих грунтів, старих дорожніх покриттів і будівель, що підлягають знесенню.

Мал. 11. Змінне робоче обладнання універсального одноківшевого екскаватора

Універсальні будівельні екскаватори виготовляють різних розмірів з ковшами ємністю від 0,15 до 2,5 м3 і застосовують залежно від обсягу виконуваних робіт.

Кар'єрні і розкривні одноковшеві з дизельним двигуном екскаватори на уширению гусеничному і крокуючому ходу випускають з ковшами ємністю від 2 до 25 м'і більш. Наприклад, екскаватор ЕШ 25/100 має ківш ємністю 25 м3 при довжині стріли 100 м. Новокраматорський завод освоює екскаватор значно більшої потужності і продуктивності.

Ці машини призначені головним чином для відкритої розробки корисних копалин та в цьому підручнику не розглядаються.

Велика маневреність ковша одноківшевого екскаватора і значних зусиль, разівается на зубах, дозволяють використовувати одноковшеві з дизельним двигуном екскаватори для розробки неоднорідних грунтів з твердими включеннями. Багатоковшеві екскаватори з великим успіхом застосовують для розробки однорідних грунтів.

Для безперебійної роботи екскаваторів обох типів розмір твердих включень в грунтах не повинен перевищувати 0,20-0,25 ширини ковша. при великих розмірах включень багатоковшеві екскаватори працювати не можуть, а у одноківшових екскаваторів знижується продуктивність.

При сприятливих умовах (однорідний грунт, однотипна робота та ін.) Доцільно використовувати багатоковшеві екскаватори. Крім того, управління одноківшевим екскаватором вимагає постійної участі машиніста, управління ж багатоковшовим екскаватором майже автоматизовано, так як вимагає тільки періодичного втручання для регулювання, напрямки, пуску, зупинки і постійного спостереження за роботою машини.

Землерийно-транспортні машини

До землерийно-транспортних машин відносяться бульдозери, скрепери, грейдери, плужні канавокопачі і деякі інші машини.

Землерийно-транспортні машини складаються з колісного або гусеничного тягача і причіпної або навісного робочого обладнання. Ці машини ріжуть грунт, переміщують і укладають його, а також виробляють планувальні роботи.

Землерийно-транспортні машини відрізняються від землерийних машин тим, що різання і переміщення грунту здійснюються тільки при переміщенні машин і незмінному або майже незмінному положенні робочого органу щодо трактора, а також тим, що для різання і переміщення грунту використовують тягове зусилля тягача.

Перераховані машини відрізняються простою конструкцією, високою продуктивністю, завдяки чому вартість земляних робіт виходить низькою. Тому такі машини отримують з кожним роком все більше застосування в народному господарстві країни.

Землерийно-транспортні машини - універсальні машини, так як вони можуть виконувати різні земляні роботи і переміщати грунт на різні відстані. Однак в умовах бездоріжжя, дощів і сипучих пісків застосовувати їх не можна.

Машини для ущільнення грунтів

Ущільнення грунтів проводиться таким чином: - статичним тиском - вулицями гладких, ребристих, кулачкових катків або ковзанок з пневматичними шинами; - ударами трамбуючих робочих органів - трамбовками; - за допомогою вібрації - вібраційними машинами.

Причіпні катки складаються з рами, зварного або литого полого барабана і зчіпних пристроїв. Барабан забезпечений люками для завантаження в нього баласту, який збільшує вагу катка і дає можливість ущільнювати грунт на велику глибину (рис. 12).

Барабан обертається в підшипниках ковзання, закріплених на рамі. Гладкий барабан причіпного катка може бути обладнаний кулачками, прикріпленими до сталевих ободів, надітим на барабан.

На рамі катка кріплять скребок для очищення барабана, два зчіпних пристрої - переднє і заднє - і знімні косинки по кутах для причеплення додаткових ковзанок. Часто працюють двома катками, з'єднаними один з іншим, іноді трьома і рідше працюють зчіпкою з п'яти ковзанок. Кулачкові катки ущільнюють грунт на глибину 0,25-0,3 м, проте невеликий верхній шар грунту в 4-6 см залишається неущільнений.

Свіжонасипаний грунт досить добре ущільнюється пневматичними шинами скреперів і самоскидів. При цьому грунт треба відсипати невеликими шарами.

Для рівномірного ущільнення грунту деякі ковзанки виготовляють з роздільним підвіскою пневматичних коліс, т. Е. Кожне колесо зі своїм вантажем є хіба самостійний причіп.

Мал. 12. Причіпний кулачковий каток:
1 - трактор. 2 - рама. 3 - барабан, 4 - кулачки, 5 - скребки, 6 - люк

Трамбують машини ущільнюють грунт на глибину 0,6-2,5 м і використовуються в тих випадках, коли не можна застосовувати метод укочування, наприклад в умовах обмеженого простору. Недолік цього способу ущільнення - можливість пошкодити від сотрясенія.грунта знаходяться поблизу споруди, будівлі, каналізаційні та інші труби, прокладені в землі і т. Д. Перевага - можливість ущільнення грунту на велику глибину.

Мал. 13. Вібраційна машина для ущільнення грунту:
а - загальний вигляд, б - схема роботи; 1 - плита, 2-двигун, 3 - вал, 4 - дебаланси

Грунт можна ущільнювати трамбуванням за допомогою екскаватора-крана, на якому замість вантажу підвішують спеціальну плиту вагою 1,5-4 т, яку поперемінно піднімають і кидають, роблячи по грунту 10-20 ударів в хвилину.

Використовується також навісне обладнання на тракторі Т-100. Робочим органом цієї машини є дві квадратні плити, підвішені на канатах ззаду трактора. Поперемінний підйом і скидання плит здійснюють кривошипно-поліспастний механізмами, змонтованими перед радіатором трактора. Ці механізми приводяться в дію від колінчастого вала двигуна через редуктор.

Вібраційні машини застосовують для ущільнення пухких свежеотсипанних незв'язних грунтів, а також для ущільнення супесей і суглинків.

Вібрацією називаються коливання з малою амплітудою, вироблені вібратором, який складається з декількох обертових неврівноважених деталей-дебалансов. При обертанні дебалансов відбувається коливання корпусу, в якому вони обертаються. Коливання корпусу передаються грунту і викликають переміщення частинок грунту, внаслідок чого грунт ущільнюється.

Вібраційні машини бувають причіпні і самохідні. Вібраційна самопередвигающееся машина складається з віброплити, одновального четирехбалансного вібратора, середні де-баланси якого обертаються в бік, протилежний обертанню двох крайніх дебалансов (рис. 13).

Змінюючи вручну за допомогою спеціальної передачі становище одних дебалансов щодо інших, машиніст може регулювати величину і напрямок коливань віброплити і тим самим змінювати напрямок руху машини.

Причіпний виброкаток складається з рами з дишлом, двигуна, встановленого на рамі, і барабана, всередині якого змонтовано вібратор. Двигун з'єднаний з вібратором клиноремінною передачею.

Основними земляними роботами при будівництві автомобільних доріг є: зведення насипів, розробка грунту в виїмках, резервах і канавах, оздоблювальні роботи, підготовка котлованів під опори мостів, а також планувальні роботи. Земляні роботи діляться на зосереджені і лінійні.

До зосереджених відносяться роботи по влаштуванню великих виїмок і насипів з обсягом понад 15 000 м3 на 1 об'єкт, в тому числі пристрій підходів до штучних споруд, переходів через болота і т. Д.

До лінійним відносяться роботи по влаштуванню дрібних виїмок і насипів, профілізації земляного полотна, обробці узбіч і укосів. Насипу зазвичай споруджують з грунту бічних резервів. Зосереджені і лінійні роботи виконують різними спеціалізованими загонами, оснащеними призначеними для цих цілей машинами.

Широко застосовуються три основних способи виробництва земляних робіт - механічний, гідравлічний і вибуховий.

Механічний спосіб полягає в відділенні частини грунту робочим органом - ковшем, ножем або різцем; при гідравлічному способі грунт розмивають струменем води, яка подається під тиском гідромонітором, або засмоктують забірної трубою землесоса з-під води, іноді з попередніми механічним подрібненням грунту спеціальним наконечником у вигляді фрези; в основу вибухового способу покладено розпушування грунту або в разі необхідності переміщення земляних мас в потрібному напрямку (вибух на викид) шляхом вибуху зарядів вибухових речовин.

Кожен з цих способів має свої області застосування. Тому жоден з цих способів не можна вважати найкращим у всіх випадках. Всі вони взаємно доповнюють один одного, і в кожному окремому випадку необхідно правильно поєднувати їх відповідно до конкретними умовами роботи.

Залежно від складності розробки грунтів, під якою мається на увазі головним чином їх опір копання, вибирають спосіб розробки та необхідні машини.

До атегорія: - Машини для земляних робіт

Міністерство освіти Російської Федерації

Південно-Уральський державний університет

Кафедра "Технологія будівельного виробництва"

С.Б. Коваль, М.В. Молодцов

Технологія Зведення Будівель і Споруд

Курс лекцій для заочників

Технологія зведення земляних споруд

Челябінськ

видавництво ЮУрГУ

УДК 69.05 (075.8) + 69.003.1 (075.8)

Коваль С.Б., Молодцов М.В. Технологія зведення будівель і споруд: Курс лекцій для заочників. Технологія зведення земляних споруд - Челябінськ: Вид. ЮУрГУ, 2003. - 25 с.

Наведено класифікації земляних споруд і вимоги, що пред'являються до них. Розглянуто основні способи розробки ґрунтів. Описано послідовності і особливості виконання робіт закритим способом буропідривних способом. Розглянуто питання взаємоузгодження робіт.

Курс лекцій призначений для студентів архітектурно-будівельного факультету вечірньої та заочної форм навчання.

Іл. 24, табл. 3.

Схвалено навчально-методичною комісією архітектурно-будівельного факультету.

Рецензенти: Кромський Є.І.

Челябінськ 1

Класифікація земляних споруд. 4

Способи розробки ґрунту. 5

Мал. 3 Схеми розташування зосереджених зарядів 10

Взаимоувязка процесів виробництва земляних робіт. 27

Класифікація земляних споруд.

земляна споруда - інженерна споруда, що влаштовується з грунту в грунтовому масиві або споруджений з грунту, укладеного на поверхні землі.

Класифікація земляних споруд здійснюється в залежності від різних ознак:

по відношенню до поверхні землі поділяють

виїмки- земляні споруди створені в ґрунтовому масиві нижче поверхні землі;

насипу- споруди зводяться з грунту вище поверхні землі;

підземні виробки- зводяться на певній глибині і закриті з поверхні землі;

за функціональним призначенням:

гідротехнічні- гребля, дамба, канал ...;

меліоративні- штучні ставки, водопідвідний і осушувальні канали ...;

дорожні- нижню будову автомобільних і залізниць;

промислового і цивільногопризначення - сплановані площадки, котлован, траншея, тунель, відвал ...;

за термінами служби:

постійні- експлуатація протягом тривалого часу;

тимчасові- влаштовуються для виконання наступних будівельно-монтажних робіт.

Способи розробки ґрунту.

1) механічний спосібполягає у відділенні ґрунту від земляного масиву різанням за допомогою землерийно-транспортних та землерийних машин без попередньої обробки і розпушування.

2) гідромеханічний спосібполягає в розробці грунту за допомогою напірної водяного струменя гідромоніторних установок і / або намивання грунту при влаштуванні вертикального планування і т. д.

3) вибуховою спосібполягає в розробка грунту за допомогою вибухів призначений для зведення різних інженерних земляних споруд.

4) комбінований спосібполягає у виконанні різних підготовчих заходівз метою поліпшення властивостей грунту перед його подальшою розробкою: розпушування, розморожування, регулювання вологості і т. д.

5)закритий спосібвиконується при розробках підземних виробок, а також при прокладці інженерних споруд без розробки грунту. Розрізняють такі основні методи закритої проходки: проколювання, продавлювання, горизонтальне буріння, вібропрокаливаніе, щитова проходка, штольневая проходка, буропідривний спосіб.

механічний спосіб

Механічний спосіб виробництва земляних робіт дозволяє значно скоротити трудомісткість виконання робіт, поліпшити будівельні якості грунту і скоротити обсяги земляних робіт. Ці завдання вирішує цілий парк машин і механізмів застосовуються в будівництві (рис. 1).

Механічним способом виконують вертикальне планування, улаштування виїмок і насипів (табл. 1).

Таблиця 1

Вид робіт	механізми	технологічні особливості виконання робіт
Вертикальне планування майданчика	бульдозер	Розробляється грунт I і II груп, і III групи з попередніми розпушуванням. Ефективно застосовувати при переміщенні грунту до 100 метрів.
		Розробляється грунт I і II груп. Ефективне застосування: причіпних -1000 м, самохідних -5000 м.
	Екскаватор пряма лопата	Розробляються I, II, III гр. і IV, V, VI з попередніми розпушуванням. Ефективно застосовувати з автосамосвалами при дальності отвозкі більше 1000 м. Висота зрізаного шару грунту повинна забезпечувати повне заповнення ковша за один раз.

пристрій виїмок	Екскаватор пряма лопата	Побудова котлованів глибиною до 4 м., Більше 4 м робота уступами. Обсяг ковша 0.15 ... 0.65 м 3 по зрізку захисного шару.
	Екскаватор зворотна лопата	Пристрій траншей і невеликих котлованів глибиною до 4 м. Об'єм близько 0.5 м 3
	драглайн	Глибокі котловани до 20 м.
		Пристрій вузьких і глибоких котлованів, колодязів.
	Бульдозер-екскаватор зворотна лопата, драглайн.	Невеликі котловани з переміщенням грунту до 100 м, що зрізається шарами по 0.6 ... 0.8 м, з наступним навантаженням в автосамоскиди.
	Багатоковшеві екскаватори.	Пристрій траншей глибиною до 3.5 м і шириною до 0.85 м. Траншеї влаштовуються тільки з вертикальними стінками.
Пристрій насипів, земляного полотна	бульдозер	Висота насипу в межах 1.5м. Грунт береться з бічного резерву в межах 100 м від насипу.
		При роботі по "еліпсу" висота насипу становить близько 1.5 м при дальності транспортування 1000 м. За "вісімці", відповідно, 6 м і 2000 м, а по звивистій схемою 6 м. І тривалість необмежена.
		Висота насипу близько 1 м, при протяжності до 3000 м. Розмір захватки 300 м.
	екскаватор драглайн	Розміри насипу не обмежені. Обов'язково ущільнення грунту.

екскаваторизастосовують з ковшем місткістю 0,15-2 м 3 рідше до 4 м 3. Комплект змінного обладнання включає пряму і зворотну лопати, драглайн і грейфер. Крім того, стріла, що входить в комплект драглайна і грейфера, може бути обладнана вантажним гаком або клином-бабою.

Основні робочі параметри одноківшових екскаваторів при розробці виїмок, котлованів і траншей:

1. максимально можлива глибина копання - H,

2. висота копання + Н,

3. найбільший і найменший радіуси копання на рівні стінки екскаватора R максі R хв,

4. радіус вивантаження R в,

5. висота вивантаження Н в.

Робочий цикл одноківшевого екскаватора складається з копання (заповнення ковша), переміщення до місця вивантаження, вивантаження у відвал або в транспортні засоби і зворотного ходу в забій.

забій- робоча зона екскаватора, в яку входять:

- майданчик, на якій знаходиться екскаватор;

- частина масиву грунту, що розробляється екскаватором з однієї стоянки;

- майданчик, на якій встановлюється транспорт під навантаження або розміщується відвал грунту.

Геометричні розміри і форма забою залежать від обладнання екскаватора і його параметрів, розмірів виїмки, видів транспорту і прийнятої схеми розробки ґрунту. Оптимальна висота або глибина забою повинна бути достатньою для заповнення ковша екскаватора за одне черпання. Якщо висота забою відносно мала, доцільно використовувати екскаватор спільно з бульдозером. Бульдозер розробляє грунт і переміщає його і робочого місця екскаватора.

Екскаватор і транспортні засоби повинні бути розташовані таким чином, щоб середня величина кута повороту екскаватора від місця заповнення ковша до місця вивантаження була мінімальною, тому що на час повороту стріли може витрачатися до 70% робочого часу циклу екскаватора.

Виїмка, що утворюється в результаті послідовної розробки грунту при періодичному переміщенні екскаватора в забої, називається екскаваторної проходкою.

Грунт розробляють:

А) лобовим забоєм - екскаватор розробляє грунт перед собою і відвантажує його на транспортні засоби, які подають до екскаватора по дну забою.

Залежно від ширини проходки лобові забої поділяються на вузькі (ширина проходки менше 1,5 розміру найбільшого оптимального радіуса різання R 0), нормальні (ширина 1,5-1,9 R 0 ), розширені (при ширині 2-2,5 R 0) і поперечно-торцеві (при ширині до 3,5 R 0).

Ширина лобових проходок Ввизначається за формулами:

для лобової прямолінійною:

для зигзагоподібної:

для поперечно-торцевої:

де Rо - оптимальний радіус різання екскаватора, м;

l П - довжина робочої пересування екскаватора (зазвичай різниця між максимальним і мінімальним радіусами різання), м;

R C - радіус різання на рівні стоянки, м;

п- число поперечних передвіжек екскаватора.

Середній кут повороту платформи екскаватора для навантаження грунту в транспортні засоби, особливо при роботі у вузьких вибоях, може досягти 180 °, що збільшує час робочого циклу і знижує продуктивність екскаватора. Тому спосіб лобового забою використовують обмежено.

Б) боковим забоєм - транспорт подається під навантаження збоку вироблення, завдяки чому значно зменшується кут повороту стріли екскаватора при навантаженні ґрунту в транспортні засоби. Транспортні шляхи проходять паралельно осі переміщення екскаватора і, як правило, на рівні його стоянки.

Ширину бічної проходки Ввизначають по, формулою

Виїмки, глибина яких перевищує максимальну висоту забою для даного типу екскаватора, розробляють в кілька ярусів . При цьому нижній ярус розробляють аналогічно верхньому, а автомашини подають до екскаватора таким чином, щоб ківш наводився на кузов ззаду. Траса руху автомобіля в цьому випадку повинна бути паралельною осі проходки екскаватора, але спрямована в протилежний бік.

Для в'їзду в котлован влаштовують траншею з ухилом 10 ... 15 ° шириною до 3,5 м при односторонньому русі і до 8 м при двосторонньому русі. Розроблений екскаватором грунт перевозять самоскидами, тракторами з причепами, залізничними складами, гідравлічним транспортом, рідше - стрічковими конвеєрами. У промисловому і цивільному будівництві грунт переважно перевозять автосамоскидами. Зазвичай в автосамосвал входить 3-6 ковшів грунту. Допустимий недовантаження - 10%, перевантаження - 5%.

Масу ґрунту, погружаемого за один цикл роботи екскаватора, Gвизначають за формулою:

де q - геометрична місткість ковша, м 3;

Щільність грунту, т / м 3;

До р - коефіцієнт розпушення;

до в- коефіцієнт використання місткості ковша (відношення обсягу грунту в щільному стані, що розробляється за один цикл, до геометричної місткості ковша).

Залежно від змінного обладнання застосовують наступні екскаватори:

1. Екскаватор з прямою лопатою використовують для розробки грунтів, розташованих вище рівня стоянки екскаватора, переважно з навантаженням на транспорт.

2. Екскаватор із зворотною лопатою використовують при розробці грунтів, які знаходяться нижче рівня стоянки екскаватора, і переважно під час риття невеликих котлованів і траншей. Поярусно розробка виїмки при цьому виді обладнання, як правило, не практикується. Розробку грунту ведуть нижче рівня стоянки екскаватора лобовим або бічними забоями з навантаженням грунту в транспортні засоби або укладанням в відвал.

3. Екскаватор-драглайн застосовують для розробки ґрунтів, розташованих нижче рівня стоянки екскаватора (для риття глибоких котлованів, широких траншей, зведення насипів, розробки грунту з-під води і т.п.), а також для оздоблювальних земляних робіт при плануванні площ і зачистці укосів. Перевага драглайна - більший радіус дії (до 10 м) і глибина копання (до 12 м).

Розробку грунту драглайном здійснюють лобовими і бічними проходками аналогічно екскаватора зі зворотною лопатою.

Так як ківш драглайна гнучко підвішений, ефективними є човникові способи роботи - поперечно-човниковий і поздовжньо-човниковий (рис. У.22). При поперечно-човниковому способі автосамосвал по дну виїмки підходить до місця завантаження і завантажується поперемінним черпанням ковша по обидві сторони від кузова. При поздовжньо-човниковому способі грунт набирають перед задньою стінкою кузова автосамосвалами і, піднявши ківш, розвантажують його над кузовом. Кут повороту екскаватора при навантаженні за поздовжньо-човникової схемою наближається до 0 °, а при поперечно-човникової - до 15 ... 20 °; при цьому тривалість розвантаження зменшується за рахунок того, що ківш спорожняється без припинення поворотного руху екскаватора в момент проносу ковша над кузовом машини.

4. Екскаватор-грейфер застосовують для риття колодязів, вузьких глибоких котлованів, траншей і подібних споруд, особливо в умовах розробки грунтів нижче рівня грунтових вод. Цими машинами відривають котловани і траншеї на глибину, дещо меншу проектної, з залишенням так званого « недобору». Шар недобору (5 .., 10 см) залишають для того, щоб уникнути пошкодження підстави і не допускати переборовши грунту.

Для підвищення ефективності роботи екскаваторів застосовують скребковий ніж, насаджений на ківш екскаватора. Це пристосування дозволяє механізувати операцію по зачистці дна котлованів і траншей і вести їх з точністю до ± 2 см, що виключає необхідність ручних доробок.

Для розробки недобору грунту застосовують також бульдозер. Бульдозер переміщує грунт до нижньої бровки котловану човниковим способом при робочому ході в одному напрямку і залишає захисний шар товщиною 4 ... 5 см, який зачищається вручну перед пристроєм фундаментів. Товщина стружки грунту, що зрізається бульдозером за один прохід, не перевищує 5 ... 6 см. Число проходів бульдозера встановлюється за місцем (рис. V. 23.).

екскаватори безперервної дії:

Найбільш поширені екскаватори поздовжнього копання (для розробки траншей).

Робочий орган цих екскаваторів - ковшова ланцюг (транші глибиною до 3,5 м в основному з вертикальними стінками) або ковшевой ротор (траншеї глибиною до 2,5 м, переважно з укосами).

На ковші ротора встановлюють укісниками. Ковші наповнюються грунтом при русі їх вгору по похилій або криволінійної поверхні розробляється виїмки. Випорожнюються ковші в момент досягнення ними найвищої точки їх траєкторії, де вони перекидаються. Висипається з них грунт потрапляє на стрічковий конвеєр, який доставляє його на навантаження в транспортні засоби або у відвал.

Розробку грунту:

Поверхня землі по трасі траншеї планують бульдозером (ширина спланованою смуги повинна бути не менше ширини гусеничного ходу екскаватора.

Розбивки осі траншеї

Риття траншеї ведуть назустріч траншеї.