Разработка грунтов землеройно-транспортными машинами

Разработка грунтов землеройно-транспортными машинами. Способы повышения несущей способности грунтов

Скреперы и бульдозеры относятся к землеройно-транспортным машинам, предназначенным для послойного резания грунта, его перемещения, а также отсыпки с разравниванием и частичным уплотнением. Их используют при планировке площадок, разработке неглубоких выемок, обратной засыпке траншей с трубопроводами (после их гидравлического испытания) и на подобных других работах.

Разработка грунта скреперами.

Рабочим органом скрепера является ковш с ножевым устройством, который при движении осуществляет послойное резание (копание) грунта с одновременным набором его в ковш. Переход в транспортное положение осуществляется выглублением ковша с одновременным его закрытием. Разгружается грунт в процессе движения послойно при помощи наклона ковша или перемещения задней стенки ковша. Полный рабочий цикл включает: наполнение ковша, перемещение грунта к месту разгрузки и укладки ровным слоем заданной толщины. Толщина стружки срезанной при наборе, зависит от мощности двигателя тягача, типа скрепера и от вида грунта и может достигать 20…35 см для прицепных и 30…36 см для самоходных скреперов. Скреперами можно разрабатывать грунты 1 – 3 групп с каменистыми включениями до 300…600 мм.

Различают следующие способы срезания стружки при работе скрепера: стружкой постоянной толщины, стружкой переменного сечения, гребенчатой, клевками.

В зависимости от типа взаимосвязи рабочего оборудования с тягачами применяемые в настоящее время скреперы подразделяются на прицепные, полуприцепные и самоходные. Прицепные скреперы наиболее эффективно использовать при перевозке грунта: в зависимости от вместимости ковша на расстоянии до 1500 м, а самоходные – на расстояние до 5000 м.

При планировке площадок скреперами применяют следующие схемы разработок грунта: последовательная, через полосу и ребристо-шахматная проходка. Наиболее эффектными являются разработки проходками через полосу и ребристо-шахматной (рисунок 1). Разработка последовательной проходкой не рациональна из-за потерь грунта в виде баковых валиков.

При ребристо-шахматной последовательности проходок толщина стружки грунта остается постоянной, а для облегчения работы двигателя в конце набора ширина срезаемой стружки уменьшается вдвое, что снижает coпротивление резания и позволяет вести набор ковша бeз его выглубления.

Основная часть продолжительности рабочего цикла скрепера составляет его движение к месту разгрузки и обратно. Поэтому при проектировании разработки грунта этим механизмом особое внимание уделяется выбору наиболее рациональной схемы его движения, при которой достигаются наименьшие значения средней длины возки и количество поворотов.

При планировке площадок скреперами применяют поперечную и продольную возку и различают следующие схемы движения (рисунок 2):

по эллипсу — применяется, как правило, при планировке площадок и отсыпке насыпей из резервов при ограниченной длине захваток. При этом, чтобы избежать износа ходовых частей скрепера и транспорта, необходимо периодически изменять направление движения;

по восьмерке — применяют при выполнении тех же процессов, что и по эллипсу, но при большей длине фронта работ. Односторонний износ ходового оборудования при этом исключается;

по спиpaли – целесообразна при возведении низких насыпей, когда не требуется большие объемы работ по устройству съездов;

по зигзагу — применяют при возведении насыпи из односторонних резервов большей протяженности с применением колонны скреперов, двигающихся один за другим;

челночная – возможна при концентрированном перемещении трудовых масс и большем удалении их друг от друга.

Рисунок 1 – Планировка площадок скреперами а – а – разработка грунта по схеме «полоса рядом с полосой»; б – то же, через полосу; в – то же, ребристо-шахматными проходками; 1-28 - проходки

Производительность скрепера при движении по восьмерке и спиральной схеме выше, чем по эллиптической.

Сменная эксплуатационная производительность скрепера определяется по формуле:

где Т — продолжительность смены, ч;

q — геометрическая емкость ковша, м;

К_в — коэффициент использования сменного времени, равный 0,8-0,9;

К_н— коэффициент наполнения ковша;

К_р— коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера в зависимости от его состояния;

t_ц — продолжительность цикла работы скрепера, мин.

,

где l_н — длина пути наполнения ковша грунтом, м;

V_n — скорость дви­жении скрепера при наборе грунтa, м/с;

l_г,l_п — расчетная длина пути, прохо­димого груженным и порожним скрепером, м;

V_г — скорость движения груженного скрепера, м/с;

l_р — длина пути, проходимого скрепером при разгрузке ковша, м

где К_н – коэффициент наполнения ковша скрепера;

q – объем ковша скрепера, м;

h – толщина укладываемого грунта в рыхлом состоянии;

b – ширина захвата ковша скрепера, м;

V_р — скорость движения скрепера при разгрузке ковша, м/с;

t_п — время затрачиваемое на повороты скрепера, мин.

Разработка грунта бульдозерами.

Процесс разработки грунта бульдозером состоит из трех основных операций: набор, транспортирование и укладка грунта.

Наибольшая глубина резания бульдозерами колеблется от 20 до 60 см.

Бульдозеры применяют для: разработки неглубоких выемок (до 2 м), перемещения гранта в отвал или непосредственно в насыпи высотой до 1,5 м, грубой планировки площадок, откосов выемок и насыпей, обрат­ной засыпки траншей и пазух котлованов; окучивания разработанного грунта в зоне работы погрузчиков. Бульдозер также широко используют на вспомогательных работах в комплексе с другими и при производстве подготовительных работ (расчистке участка от кустов, деревьев, пней, растительного слоя, камней).

Планировку площадок бульдозерами выполняют преимущественно двумя способами траншейным и послойным (рисунок 3)

Траншейный способ разработки применяют для уменьшения потерь при перемещении грунта на расстоянии до 50 м. Параллельные полосы — траншеи глубиной от 0,4 до 0,6 получают путем нескольких проходов бульдозера по одному и тому же месту. Ширину траншеи принимают равной длине отвала бульдозера, а перемыч­ки, оставляемые между траншеями, шириной 0,4 м в связанных грунтах и 0,6 м — в малосвязанных. Перемычки разрабатывают после прохода каждой траншеи. При дальности перевозки свыше 50 м через 25 м ус­траивают промежуточные валы, которые затем перемещают двумя или тремя спаренными бульдозерами.

а — траншейным нарезанием: б — послойным; 1,2,3... — последо­вательность резания

Рисунок 3 – Схема разработки грунта бульдозером

При послойной схеме разработку грунтa производят параллельными полосами, причем каждая предыдущая перекрывается последующей на величину от 0.3 до 0,5 м. Как землеройно-транспортная машина в зави­симости от мощности бульдозер эффективен на расстояние до 150 м.

Отсыпку грунта производят двумя способами: послойно с одновре­менным уплотнением и грудами без послойного его уплотнения

Сменная эксплуатационная производительность бульдозера опреде­ляется по формуле

где Т — продолжительность работы бульдозера в смену, ч;

q — объем грунта в плотном состоянии, перемещаемого бульдозером за рейс, м³;

a — коэффициент, учитывающий потери грунта в про­цессе перемещения;

K_в — коэффициент использо­вания машины во времени (при перемещении разрыхленного скаль­ного грунта – 0,75; в других случаях – 0,8);

Т_н — продолжитель­ность набора грунта, мин;

Т_п – время затрачиваемое на переклю­чение скоростей, мин;

L_г, l_п — расчетное расстояние перемещения с грузом и порожняком, м;

V_г, V_п — соответственно скорости бульдо­зера в груженом и порожнем состоянии, м/мин.

Значения q, V_г, V_n,, T_н, T_п — определяют по инструктивно-нор­мативной литературе.

Работы по обратной засыпке, подсыпке, уплотнению грунтов.

Укладку и уплотнение грунтов выполняют при планировочных работах, возведении различных насыпей, обратных засыпок траншей и пазух фундаментов.

Необходимо учитывать, что обратные засыпки траншей, приямков и пазух котлованов в большинстве случая служит основанием дорог, отмосток, а внутри зданий – основанием под полы, все они должны выполняться с обязательным уплотнением для обеспечения их несущей способности (прочность, устойчивость) и беспросадочность.

Необходимая степень уплотнения грунта и высокое качество обратных засыпок на практике обеспечиваются послойным уплотнением грунта при условии отсыпки его слоями одинаковой толщины.

Для отсыпки насыпи не следует применять пылеватые пески, легкие супеси, жирные глины, торф, меловые и трепельные грунты и грунты с примесью органических материалов и легкорастворимых солей. Отсыпку следует вести от краев насыпи к середине для лучшего уплотнения грунта, ограниченного отсыпными краевыми участками насыпи (рисунок 4).

а – отсыпка насыпи горизонтальными слоями; б – то же, при переувлажненных и слабых основаниях и на болотах; в – веерный способ; г – эстакадный способ, д – способ отсыпки «с головы»

Рисунок 5 – Способы отсыпки насыпей, направления отсыпки и уплотнения грунта

При возведении насыпей на переувлажненных, слабых основаниях отсыпку ведут в обратном порядке до высоты 3 м, чтобы выжимать воду из основания, а выше 3 м – от краев к середине. Отсыпку насыпи следует начинать с наиболее высоких точек рельефа и организовать движение землевозных машин так, чтобы они уплотняли предыдущий слой грунта. На промежуточных поверхностях по высоте насыпи, а также на ее верхней поверхности не должно быть замкнутых пониженных участков, в которых может скапливаться влага. Вблизи от нулевой линии вместо послойного способа возведения насыпи применяют веерный, а при засыпке глубоких оврагов – послойный способ возведения насыпи с эстакады. Насыпь следует отсыпать с запасом по высоте на естественную осадку, которую принимают при отсутствии уплотнения до 6 % для скальных грунтов и до 9 % для нескальных. Искусственные сооружения следует засыпать горизонтальными слоями по всей длине одновременно с обеих сторон.

Работы по уплотнению грунта ведут при их влажности, близкой к оптимальной, при которой достигается наибольший эффект.

Механические методы уплотнения в зависимости от характера воздействия рабочих органов на грунт и конструктивного решения средств механизации делятся в основном на следующие виды: укатка, вибрирование, трамбование и комбинированный метод.

Пневмокатками в зависимости от их типа и характеристики грунта могут уплотняться связные грунты с толщиной слоя (в рыхлом состоянии) 15 – 75см и несвязные – при толщине слоя 25 – 90см, число проходов катка по одному следу при опытном уплотнении соответственно равно 5 – 12 и 4 – 10 раз.

Кулачковыми катками уплотняют только связные грунты при толщине слоя 20 – 85 см и числе проходов 6 – 14 раз.

Катки с гладкими вальцами используют для уплотнения связных и несвязных грунтов при толщине слоя 10 – 15 см.

При уплотнении грунта укладкой различают две схемы движения катков: челночная и по кругу.

При уплотнении грунта вибрированием применяются вибрационные катки (виброкатки), виброплиты, вибротрамбовки и глубинные виброуплотнители. Этот метод рационален в основном для несвязных и малосвязных грунтов.

Виброкатки с гладкими вальцами применяют для уплотнения связных грунтов толщиной 15-50 см и несвязных – толщиной 15-70 см. Особый интерес представляют одновальцевые малогабаритные самоходные виброкатки с массой до 0,7 т, обеспечивающие ширину уплотняемой полосы 66 см. Ими производят уплотнения в стесненных условиях, в том числе в узких траншеях, вблизи трубопроводов, фундаментов и стен, где применение других машин затруднительно.

Уплотнение грунта методом трамбования осуществляется с помощью трамбовочных машин, навесных плит и механических трамбовок. Этот метод дает хороший эффект при уплотнении связных и несвязных, в том числе крупнообломочных грунтов, а также сухих комоватых глин.

Для уплотнения грунтов в стесненных условиях целесообразно использовать такие навесные средства, как гидравлические и пневматические молоты с уплотняющими плитами. Толщина уплотняемого слоя в зависимости от типа молота будет для связных грунтов 0,25 – 0,7 м и 0,25 – 0,4 м, для несвязных – 0,3 – 0,8 м и 0,3 – 0,5 м.