книги из ГПНТБ / Упоров, Н. Г. Землесосные снаряды и перекачивающие установки учебник

Н. Г. УПОРОВ, С. Б. ЭКАРЕВ

ЗЕМЛЕСОСНЫЕ

СНАРЯДЫ

И

ПЕРЕНАЧИВАЮЩИЕ

УСТАНОВНИ

ИЗДАНИЕ 2-е, ДОПОЛНЕННОЕ

И ПЕРЕРАБОТАННОЕ

Одобрено Ученым советом Государственного ко­ митета Совета Министров СССР по профессиональ­ но-техническому образованию в качестве учебника для профессионально-технических учебных заведе­ ний

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1974

6С7.3 У67

НИКОЛАЙ ГЛЕБОВИЧ УПОРОВ, СЕРГЕЙ БОРИСОВИЧ ЭКАРЕВ

ЗЕМЛЕСОСНЫЕ СНАРЯДЫ И ПЕРЕКАЧИВАЮЩИЕ УСТАНОВКИ

Редактор Н. В. Тихонова. Переплет художника Е. Сергеевой. Художественный редактор Т. М. Скворцова. Технический редактор Н. В. Яшукова. Корректор Г. А. Чечеткина

Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14, издательство «Высшая школа»

Великолукская городская типография управления издательств, полиграфии и книжной торговли Псковского облисполкома, г. Великие Луки, Половская, 13. Зак. 391

IГос. публичная

!научно-техп.'.ч; с*кя

ТУ

Упоров Н. Г., Экарев С. Б.

У67 Землесосные снаряды и перекачивающие установки. Учебник для проф.-техн. учеб, за­ ведений. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Высш.

школа», 1974.

288 с. с ил.

В книге изложены общие сведения о производстве земляных

работ, описаны устройство, монтаж и демонтаж механического оборудования земснаряда и перекачивающих установок. Рассмот­ рена технология разработки, транспортирования и укладки грун­ та способом гидромеханизации, даны сведения о вспомогатель­ ных и сопутствующих работах при гидромеханизации, а также правила техники безопасности.

Издательство «Высшая школа», 1974

ВВЕДЕНИЕ

Главная задача девятой пятилетки —■обеспечение значительного подъема материального и культурного уровня жизни советского на­ рода на основе высоких темпов развития социалистического произ­ водства, повышения его эффективности, научно-технического про­ гресса и ускорения роста производительности труда.

Решение этой задачи во многом зависит от успешного выполне­ ния планов капитального строительства в соответствии с Директи­ вами XXIV съезда КПСС. Одним из главных условий успешного претворения грандиозной программы капитального строительства является всемерное повышение уровня механизации и автоматиза­ ции строительно-монтажных работ.

Строительство новых заводов, электростанций, городов, осво­ ение полезных ископаемых, гидромелиоративные работы в сельском хозяйстве, гидротехническое строительство связаны с выполнением огромных объемов земляных работ. Только комплексная механиза­ ция земляных работ позволяет осуществлять разработку и переме­ щение миллиардов кубических метров грунта в сжатые сроки и с наименьшими затратами труда.

Наиболее эффективным способом комплексной механизации производства земляных работ является гидромеханизированный способ. Гидромеханизация — единый технологический процесс раз­ работки, транспортирования и укладки грунта с помощью воды.

Овраги, русла рек есть результат размыва грунта водными пото­ ками. Это навело человека на мысль о возможном применении энер­ гии движущейся воды для разработки, транспортирования и уклад­ ки грунта.

В России гидромеханизация впервые была применена во второй

Р. Э. Классон предложил гидравлический способ разработки тор­ фяных месторождений, который заключался в следующем: торфя­ ную массу размывали мощной водяной струей и образующуюся смесь воды с торфом с помощью специальных машин-торфонасосов перекачивали на поля для сушки. Наибольшее применение этот спо­ соб нашел в нашей стране после Великой Октябрьской социалисти­ ческой революции.

3

На строительстве Днепрогэса в 1929—1931 гг. часть земляных работ была впервые в нашей стране выполнена с помощью гидро­ механизации. Затем гидромеханизация была применена в

СССР был осуществлен намыв напорных земляных сооружений. В 1936—1941 гг. на строительстве Верхневолжских гидроузлов (Ры­ бинском и Угличском) около 20% всех земляных работ было выпол­ нено способом гидромеханизации: здесь намывались железнодорож­ ные насыпи высотой до 20 м, разрабатывался широкий отводной ка­ нал от гидроэлектростанции на р. Шексне, добывались и обогаща­

лись песок и гравий.

С 1938 г. гидромеханизация начинает внедряться в транспортное строительство (железнодорожная линия Синарская — Челябинск, карьеры балласта на р. Оке, в районе Серпухова и Каширы).

Бурное развитие гидромеханизация получает после Великой Отечественной войны в гидротехническом строительстве на Дону, Волге, Днепре. До 70% от общего объема земляных работ было выполнено способом гидромеханизации на строительстве Волжских, Днепровских ГЭС, комплекса гидротехнических сооружений канала Волго-Дон. На строительстве гидроэлектростанций на Волге — имени Ленина и имени XXII съезда КПСС — были достигнуты ре­ кордные в мировой строительной практике показатели интенсивно­ сти земляных работ способом гидромеханизации: 35 млн. м3 в год, 5,5 млн. м3 в месяц и 310 тыс. м3 в сутки.

Применение гидромеханизации на строительстве гидротехниче­ ских сооружений благоприятно влияет на решения по компоновке элементов гидроузла, поскольку затраты на строительство судоход­ ных или энергетических каналов в обводненных грунтах, намыв песчаных земляных плотин составляют относительно небольшую долю в общей стоимости сооружений.

Внастоящее время гидромеханизация нашла широкое примене­ ние в промышленном и гражданском строительстве, в горной про­ мышленности и промышленности строительных материалов, в ирри­ гационном и гидротехническом строительстве.

Всвязи с резким увеличением объемов строительных работ в восточных и северных районах страны, где преобладают тяжелые глинистые и гравийные грунты, созданы и продолжают совершен­ ствоваться оборудование и технология гидромеханизации. Освоены

инаходят большое применение роторно-напорные земснаряды, фре­ зы отвального и плужного типов, проходят испытания глубинные, дражные и эрлифтные земснаряды, выпускаются автоматизирован­ ные земснаряды.

Технология разработки и укладки грунта совершенствуется на

основе накопленного опыта производства работ.

Промышленному, энергетическому, транспортному, гидромелио­ ративному строительствам необходимы квалифицированные и ини­ циативные кадры рабочих и инженерно-технических работников,

4

Р А З Д Е Л П Е Р В Ы Й

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

ГЛАВА I.

РАЗРАБОТКА ГРУНТА

§ 1. Грунты и их свойства *

Классификация грунтов. Все грунты, которые приходится раз­ рабатывать, можно разделить на следующие основные группы: скальные, полускальные, связные, несвязные (сыпучие), илы и плы­

вуны.

К скальным грунтам относятся изверженные (гранит, базальт, диабаз, метаморфические сланцы, кварциты и др.) и осадочные по­ роды (песчаники, известняки, доломиты, гипсы и др.). Эти грунты не размокают, не набухают и обладают высокой прочностью.

Полускальные грунты — это мергели, опоки, агрелиты, алев­ ролиты и известняки-ракушечники. Грунты этой группы также не размокают и не набухают, но обладают меньшей прочностью, чем скальные грунты.

Связные грунты обладают сцеплением между частицами, под воздействием воды размокают, набухают, теряют свои прочностные свойства. К связным грунтам относятся глины, суглинки, лёсс.

К несвязным грунтам относятся валунно-галечниковые, гравий­ но-песчаные, песчано-гравийные образования. Эти грунты не размо­

осадки, водонасыщенные пески и пылеватые суглинки. Эти грунты в водонасыщенном состоянии не имеют прочности и не могут слу­ жить основанием для сооружения.

Несвязные грунты легко разрабатываются гидравлическим спо­ собом; связные также можно разрабатывать гидравлическим спо­ собом, но при этом энергии на разработку требуется затратить больше, чем при разработке несвязных грунтов. Скальные и полу­ скальные грунты разрабатызают гидравлическим способом только с предварительным рыхлением.

Размеры земляных сооружений, способы их возведения, выбор оборудования и способ разработки грунта во многом зависят от фи­ зико-механических свойств грунта.

Основные физико-механические свойства грунтов следующие: объемная масса, плотность, влажность, пористость, гранулометри­ ческий состав, угол естественного откоса и водопроницаемость.

Физико-механические свойства грунтов определяют в полевых условиях, в лабораториях при геологических и инженерно-геологиче­

6

ских изысканиях, которые проводят перед началом каждого строи­ тельства. Для определения физико-механических свойств грунтов геологи при проведении изысканий отбирают пробы грунтов, приме­ няя в зависимости от характера грунтов специальные методы, ко­ торые позволяют сохранить все свойства, какими грунты обладают в естественном залегании.

О б ъ е м н а я м а с с а г р у н т а (кг/м3, т/м3) выражается отно­ шением общей массы грунта к его объему, включая объем пор. Объ­ емная масса грунта зависит от его плотности, пористости и влажно­ сти и всегда меньше плотности.

Различают объемную массу влажного грунта (уо), т. е. объем­ ную массу грунта при его естественной влажности и пористости, и объемную массу скелета грунта (уск), т. е. массу единицы объема грунта за вычетом массы содержащейся в нем воды с сохранением присущей ему естественной пористости. Объемная масса грунта с данной пористостью будет наибольшей при максимальном запол­

нении пор водой.

Объемная масса грунта естественной влажности является рас­ четной величиной, необходимой для вычисления объемной массы скелета и пористости грунта, бытового давления на заданной глу­ бине, определения расчетного сопротивления грунта в основании сооружения, расчета осадки сооружений и др.

П л о т н о с т ь твердого вещества — отношение массы в воздухе определенного объема этого вещества при установленной темпера­ туре к массе в воздухе такого же объема дистиллированной воды при той же температуре. Это определение показывает, что плот­ ность является величиной безразмерной. Однако международной системой единиц (СИ) плотность обозначена килограмм на кубиче­ ский метр (кг/м3). Плотность грунта зависит от плотности и содер­ жания входящих в его состав минералов и не зависит от пористости и влажности.

Величина плотности необходима для вычисления объемной мас­ сы скелета грунта, объемной влажности и осадки основания соору­

жения.

В л а ж н о с т ь различают естественную, максимальную моле­ кулярную и гигроскопическую.

Естественной влажностью грунта называется количество воды, содержащееся в порах грунта в его естественном залегании.' Естест­ венная влажность в значительной степени влияет на свойства грун­ тов; многие грунты при насыщении водой теряют прочность.

Естественная влажность W (%) выражается массовой влажно­ стью — отношением массы воды в образце грунта Ww к массе абсо­ лютно сухого грунта в данном объеме Ws:

Однако массовая влажность не дает представления о том, какая часть объема грунта или его пор занята водой, поэтому естествен­ ную влажность выражают объемной влажностью — процентным от­

7

ношением объема воды в образце грунта к объему образца. Объем­ ную влажность W0 можно определить через массовую влажность W и объемную массу скелета грунта уСк

^ 0 = W - То,

Максимальной молекулярной влажностью называется наиболь­

два показателя: пористость п — отношение суммарного объема пор в образце к полному объему образца грунта, выраженное в %; ко­ эффициент пористости Е — отношение суммарного объема пор к объему твердых частиц, выраженное в долях единицы.

От размера и формы пор и от численного значения пористости п зависят водопроницаемость, влагоемкость, сжимаемость и некото­

рые другие свойства грунтов.

Численное значение пористости для данного грунта не являет­ ся постоянным, оно изменяется под воздействием природных усло­ вий (выветривание, химические реакции и пр.) и в результате деятельности человека (возведение сооружений, создание водохра­

рактеристика содержания частиц различной крупности в грунтовом массиве. Размеры частиц бывают от тысячных долей миллиметра (глинистые частицы) до десятков и сотен сантиметров (валуны). Частицы грунта, близкие по крупности, называются фракциями. Размеры фракций определяются их диаметрами и выражаются

вмиллиметрах.

Взависимости от размера фракций, мм, грунт классифицируют

следующим образом:

Гранулометрический состав грунта может быть представлен либо в табличной, либо в графической форме (кривые).

Для определения гранулометрического состава данного грунта исследуют образцы с различной его глубины. Результаты исследо­ вания записывают в таблицу. Например, при бурении скважины взято с различной глубины три образца грунта. В этом случае таб­ лица гранулометрического состава будет выглядеть следующим об­ разом (табл. 1).

Те же данные, которые приведены в табл. 1, можно представить графически (рис. 1). На графиках обычно указывается осредненный

8

(средневзвешенный) гранулометрический состав грунта в карьере. По вертикальной линии (оси ординат) этого графика отложено про­ центное содержание фракций, а по горизонтальной (оси абсцисс) — диаметры частиц. По этому графику определяют эффективный диаметр.

ТАБЛИЦА 1

Гранулометрический состав грунта, °/о

Рис. 1. График гранулометрического состава грунта

Эффективным диаметром называется диаметр частиц, содержа­ ние которых в грунте составляет менее 10%. Обозначается эффек­ тивный диаметр dio- В приведенном графике d10 = 0,12 мм (точка /).

Посредством графика определяют коэффициент неоднородности грунта — отношение диаметра частиц, которых в данном грунте ме-

9