книги / Машины для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. Техника и оборудование для строительства автомобильных дорог

Таблица 1 . 4

При определении свойств песчаного заполнителя учитывают следующие его характеристики: влажность, плотность, коэффициент пористости; при определении свойств пылевато-глинистого заполнителя – дополнительно число пластичности и консистенцию. Основным показателем песчаных грунтов, определяющим их прочностные и деформационные свойства, является плотность сложения. По плотности сложения пески подразделяются по коэффициенту пористости е, удельному сопротивлению грунта при статическом зондировании qс и условному сопротивлению грунта при динамическом зондировании qd (табл. 1.5).

11

Таблица 1 . 5 Подразделение песчаных грунтов по плотности сложения

По степени засоленности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяют на незасоленные и засоленные. Крупнообломочные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей (% от массы абсолютно сухого грунта) равно или более:

–2 % – при содержании песчаного заполнителя менее 40 % или пылева- то-глинистого заполнителя менее 30 %;

–0,5 % – при содержании песчаного заполнителя 40 % и более;

–5 % – при содержании пылевато-глинистого заполнителя 30 % и более. Песчаные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание

указанных солей составляет 0,5 % и более.

12

Пылевато-глинистые грунты подразделяют по числу пластичности Ip (табл. 1.6) и консистенции, характеризуемой показателем текучести IL

(табл. 1.7).

Таблица 1 . 6 Подразделение пылевато-глинистых грунтов по числу пластичности

Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять лессовые грунты и илы. Лессовые грунты – это макропористые грунты, содержащие карбонаты кальция и способные при замачивании водой давать под нагрузкой просадку, легко размокать и размываться. Ил – водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийся в результате протекания микробиологических процессов, имеющий влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости, значения которого приведены в табл. 1.8.

Таблица 1 . 7 Подразделение пылевато-глинистых грунтов по показателю текучести

Пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки и глины) называют грунтами с примесью органических веществ при относительном содержании этих веществ 0,05 < Iот ≤ 0,1. По степени засоленности супеси суглинки и глины подразделяют на незасоленные и засоленные. К засоленным относятся грунты, в которых суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей составляет 5 % и более.

13

Таблица 1 . 8

Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании: просадочные и набухающие. К просадочным относятся грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают осадку (просадку), и при этом относительная просадочность εsl ≥ 0,01. К набухающим относятся грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме; при этом относительное набухание без нагрузки εsw ≥ 0,04. В особую группу в нескальных грунтах выделяют грунты, характеризуемые значительным содержанием органического вещества – биогенные (озерные, болотные, аллювиально-болотные). В состав этих грунтов входят заторфованные грунты, торфы и сапропели. К заторфованным относятся песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие в своем составе 10–50 % (по массе) органических веществ. При содержании органических веществ 50 % и более грунт называется торфом. Сапропели (табл. 1.9) – пресноводные илы, содержащие более 10 % органических веществ и имеющие коэффициент пористости, как правило, более 3, а показатель текучести более 1.

Почвы – это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры. По гранулометрическому составу почвы подразделяют так же, как крупнообломочные и песчаные грунты, а по числу пластичности – как пылевато-глинистые грунты.

14

Кнескальным искусственным грунтам относятся грунты, уплотненные

вприродном залегании различными методами (трамбованием, укаткой, виброуплотнением, взрывами, осушением и др.), насыпные и намывные. Эти грунты подразделяются в зависимости от состава и характеристик состояния так же, как и природные нескальные грунты.

Скальные и нескальные грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, относятся к мерзлым грунтам, а если они находятся в мерзлом состоянии от 3 лет и более – к вечномерзлым.

1.4. Основные технические операции при строительстве автомобильных дорог

Производству земляных работ предшествуют подготовительные работы: корчевание пней, отвод поверхностных вод, устройство землевозных дорог и др. Способы производства земляных работ устанавливают в зависимости от их назначения, сроков возведения сооружения и баланса грунтов с учетом наиболее рационального перемещения земляных масс из выемок в насыпи, а также характеристики грунтов и календарного графика строительства.

Земляные работы – это строительные работы, включающие разработку (выемку) грунта, перемещение в заданное место и укладку (отсыпку) его; укладка почти всегда сопровождается разравниванием (планировкой) и уплотнением. Цель земляных работ – создание инженерных сооружений из грунта, подготовка оснований под инженерные сооружения или удаление земляных масс для вскрытия залежей полезных ископаемых, например железной руды

идр. Различают земляные работы на поверхности земли (открытые), подземные (туннели, шахты) и подводные.

Земляные работы производятся строительными машинами: на поверхности – экскаваторами, скреперами, бульдозерами, грейдерами, средствами гидромеханизации и т.п., а под водой – землесосами и землечерпательными снарядами. В основном механизированы, и лишь при незначительных объемах работ допускается применение ручного способа их производства.

Различают рабочий и профильный объем земляных работ. Рабочий объем – объем грунта, разработанный ведущей землеройной машиной, перемещенный

иуложенный с помощью других машин; при этом количество машин, участвовавших в технологическом процессе переработки грунта (отвозка, разравнивание, перекидка, уплотнение и т.п.), рабочего объема не увеличивает. Профильный объем – геометрический объем сооружений(выемки, насыпи).

Основные способы производства земляных работ: механический, гидравлический и взрывной.

15

При механическом способе земляные работы выполняются экскаваторами, скреперами, бульдозерами, грейдерами, грейдерами-элеваторами и др. Грунт из выемки транспортируется в насыпи или направляется в бесполезный отвал. Насыпи возводятся из грунта полезных выемок для строительства зданий и сооружений, а также из специально закладываемых выемок-резервов – в случае их расположения непосредственно у возводимого сооружения, или карьеров – при расположении на значительном расстоянии от сооружения. Производство земляных работ требует отвода поверхностных и подземных (грунтовых) вод.

При необходимости перемещения грунта из выемок на значительные расстояния применяется транспортный способ, при котором выемка производится землеройными машинами (экскаваторы и др.) с погрузкой грунта в рельсовый и безрельсовый транспорт, на ленточные конвейеры или в гидротранспорт (в двух последних случаях – через бункер). При разработке каналов, железнодорожных или автодорожных выемок, котлованов с небольшими расстояниями перемещения грунта (150–200 м) обычно применяется бестранспортный способ; экскаваторы-драглайны отваливают грунт (с несколькими перекидками) за пределы контуров сооружений. Этим способом разрабатываются выемки и каналы глубиной до 20–25 м. Бестранспортный способ весьма эффективен, дешев и в несколько раз повышает производительность труда по сравнению с транспортным. При этом способе могут применяться самые мощные драглайны и не требуется устройство землевозных дорог. Зависимость от погоды и времени года незначительна. В связи с увеличением размеров выпускаемых экскаваторов-драглайнов область применения бестранспортного способа расширяется.

При необходимости разработки выемок с транспортированием грунта в полезные или бесполезные насыпи на расстояние до 5000 м весьма эффективно использование самоходных скреперов с ковшами емкостью 15–25 м3 и более, имеющих большую (до 15–20 км/ч) скорость перемещения. Наиболее целесообразно применение самоходных скреперов в случае использования грунтов из выемки для полезной насыпи (например, при разработке каналов с приканальными дамбами), так как они разрабатывают выемку горизонтальными (или слабо наклонными) слоями, что позволяет отбирать для укладки в насыпь качественные грунты. Высыпая грунты на месте укладки тонким слоем (12–50 см), скреперы уплотняют их давлением, что значительно уменьшает необходимость специального уплотнения грунтов.

Разработка неглубоких выемок, планировочные работы, полувыемкиполунасыпи (на косогорах), разравнивание, обратные засыпки с перемещением грунта на 100–150 м производятся бульдозерами. Особенно эффективно

16

работают бульдозеры группами по 2 или 3 в ряд, что увеличивает производительность каждого бульдозера за счет уменьшения потерь грунта.

Для рытья траншей применяются многоковшовые (траншейные) и роторные траншейные экскаваторы, а также одноковшовые экскаваторы с ковшом драглайна или обратной лопатой. Точные планировочные работы, а также профилировка автодорог выполняются самоходными грейдерами. Грейдеры могут также производить рытье небольших канав различного назначения (нагорные, кюветы и др.). Канавы небольших сечений с отсыпкой при них дамб выполняются грейдерами-элеваторами, работающими на прицепе к тракторам.

При возведении особо ответственных насыпей (плотин, дамб и др.) сначала подготавливается основание под сооружения: удаляются неустойчивые и слабые грунты, устраиваются прорези и траншеи и т.д. Доставленный для отсыпки насыпей грунт разравнивается при помощи бульдозеров и уплотняется. Толщина слоев задается в зависимости от типа уплотняющих механизмов и степени уплотнения. Уплотнение производится: катками (гладкими, шиповыми, на пневматических шинах), взрывными трамбовками, трамбовочными плитами на экскаваторах или кранах, трамбующими машинами, гидровибраторами. Грунты, подлежащие уплотнению, увлажняются водой.

Гидравлический способ земляных работ, называемый гидромеханизацией, применяется при наличии грунтов, которые могут размываться и транспортироваться водой при достаточном количестве воды и электроэнергии. При гидромеханизации все три элемента земляных работ (разработка, транспорт, укладка грунтов) объединяются в непрерывный производственный процесс, что обусловливает высокую эффективность и малую трудоемкость этого метода.

Применяются также комбинированные способы работы: грунт разрабатывается экскаваторами или другими землеройными машинами, а для перемещения и укладки грунта служит гидравлический способ.

К преимуществам способа гидромеханизации относятся: небольшая потребность в квалифицированной рабочей силе, возможность переработки больших объемов грунта при ограниченном фронте работ, а также незначительность веса, простота и малая стоимость оборудования. Недостатком этого способа является большая, по сравнению с другими способами, механизация, зависимость ее от природных условий (характер грунтов, рельеф местности, расстояние от источника водоснабжения), значительно влияющих на стоимость производства работ. От рельефа местности зависит объем подготовительных и вспомогательных работ (устройство обвалований, отвод осветленной воды и т.п.), напор в водопроводах и пульповодах.

17

В ряде случаев весьма экономично и эффективно выполнение земляных работ взрывным способом, при котором расход рабочей силы и горючего значительно меньше, чем при экскаваторном способе.

Выполнение больших объемов земляных работ требует применения не только различного землеройного оборудования, но и весьма часто всех трех способов производства земляных работ – механического, гидравлического и взрывного. Рациональное сочетание их позволяет значительно уменьшить сроки выполнения этих работ и снизить их стоимость. Выбор методов производства, землеройных машин и видов транспорта обосновывается проектом производства работ.

18

2.ЭКСКАВАТОРЫ

2.1.Назначение и классификация экскаваторов

Экскаваторы отличаются высокими рыхлящими способностями. Транспортирующие способности их невелики и определяются радиусом действия этих машин. Экскаваторы разделяют на несколько групп по назначению и мощности. Если машина производит все операции в определенном порядке, повторяя их через некоторые промежутки времени, она относится к машинам прерывного (цикличного) действия; если производит все операции одновременно – машиной непрерывного действия. К экскаваторам прерывного действия относятся одноковшовые, а к экскаваторам непрерывного действия – многоковшовые, скребковые и фрезерные.

Одноковшовые и многоковшовые экскаваторы бывают сухопутные и плавучие. Сухопутные экскаваторы имеют гусеничное, пневмоколесное, рельсовое и шагающее ходовое устройство.

Все механизмы экскаватора приводятся в движение дизелями, карбюраторными, паровыми или электрическими двигателями. Наиболее экономичными являются дизельные и электрические двигатели. Выбор двигателя определяется условиями, в которых будет работать экскаватор. Так, на экскаваторах, работающих в карьере, выгодно применять электродвигатели, так как электричество – наиболее дешевый вид энергии, а при работе на строительстве дорог, где машину часто перевозят с одного места на другое, целесообразно использовать дизельные двигатели.

Если все механизмы экскаватора приводятся в движение от одного двигателя, такой привод называют одномоторным. Если в экскаваторе каждый механизм (или группа механизмов) приводится в движение отдельным двигателем, такой привод называется многомоторным.

С целью передачи движения от двигателя к рабочим механизмам используют следующие виды приводов:

–механический, когда движение передается с помощью валов, шестерен, червячных пар, цепных передач;

–гидравлический объемный, где функцию привода выполняют гидронасос, маслопроводы и гидромоторы (или гидроцилиндры); в маслопроводах циркулирует жидкость, передающая энергию от насосов к гидромоторам (или гидроцилиндрам), приводящим рабочие механизмы в движение;

–гидромеханический, в котором для передачи энергии используют гидротрансформатор в сочетании с механической трансмиссией;

19

–электрический, применяемый на экскаваторах с многомоторным приводом в сочетании с механическим;

–смешанный, состоящий из приводов двух видов, например механического и электрического.

Классификация экскаваторов:

–по способу перемещения (плавучие и сухопутные);

–типу силового оборудования (с дизелем, карбюраторным, электрическим, дизель-электрическим двигателем и т.д.);

–числу двигателей (одномоторные, многомоторные);

–виду привода (механические, гидравлические, гидромеханические, электрические);

–типу ходового устройства сухопутных экскаваторов (гусеничные, пневмоколесные, рельсовые и с шагающим ходовым оборудованием).

Каждая из групп экскаваторов отличается частными признаками – размерами, мощностью, назначением.

Одноковшовые экскаваторы классифицируют по назначению. Существуют три основные группы:

–строительно-универсальные: с ковшами емкостью до 3 м3, предназначенные для производства земляных работ;

–карьерные: с ковшами емкостью от 2 до 8 м3, предназначенные для работы в карьерах на разработке рудных и угольных месторождений;

–вскрышные: с ковшами емкостью более 6 м3, предназначенные для разработки верхних слоев пород (вскрыши).

В качестве сменных рабочих органов экскаваторов (рис. 2.1) при выполнении обычных земляных работ используют ковши обратных 1–3 и прямых 4 лопат различной вместимости. Ковши для дренажных работ 5 и рытья узких траншей 6, ковши с зубьями и со сплошной режущей кромкой для планировочных 7 и зачистных 8 работ, двухчелюстные грейферы для рытья траншей

икотлованов 9 и погрузки крупнокусковых материалов и камней 10.

Также применяются погрузочные ковши большой вместимости для погрузочных работ 11–13, бульдозерные отвалы 14 для засыпки ям, траншей и небольших котлованов, захваты для погрузки труб и бревен 15, крановая подвеска 16 для различных грузоподъемных и монтажных работ, многозубые 17 и однозубые 18 рыхлители для рыхления мерзлых и плотных грунтов и взламывания асфальтовых покрытий, пневматические, гидравлические 19 и гидропневматические 20 молоты многоцелевого назначения со сменными рабочими инструментами для разрушения скальных и мерзлых грунтов, железобетонных конструкций, кирпичной кладки и фундаментов, дорожных покрытий, дробления негабаритов горных пород, трамбования грунтов, погружения свай и шпунта (с бурами – для бурения шпуров и скважин и т.д.).

20