KURS_LEKTsIJ_razdel_2-1

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

грунт на глубину 0,85...1 длины ковша. После внедрения ковша и остановки машины его запрокидывают до упора и поднимают стрелу в транспортное положение. При высокой квалификации машиниста процесс подъема стрелы в транспортное положение и движения к месту разгрузки можно совместить. Во избежание ударных нагрузок на конструкции и большого износа шин не рекомендуется превышать скорость движения свыше 4 км/ч. Кроме того, для погрузчиков грузоподъемностью до 6 т нежелательно производить слишком глубокое внедрение ковша, так как происходит перенапряжение гидросистемы подъема стрелы. Этот способ наиболее широко применим при погрузке сыпучих строительных материалов.

При совмещенном способе (рис., б) внедрение ковша в грунт происходит на глубину 0,5...0,6 глубины ковша, при скорости 2,5...5 км/ч ковш запрокидывают постепенно. Для наилучшего заполнения ковша необходимо, чтобы скорость движения погрузчика была близка к средней линейной скорости запрокидывания режущей кромки ковша. Тогда напорное усилие внедрения снижается в 2 - 3 раза по сравнению с раздельным способом. Данный способ копания наиболее эффективен для погрузчиков грузоподъемностью до 10 т при разработке грунтов I - II групп из целика и в разрыхленном состоянии, а также при погрузке строительных материалов.

Экскавационный способ (рис., в) заключается в том, что ковш наклоняют к основанию забоя на угол 3 - 5° и после внедрения ковша на глубину до 0,4…0,5 глубины ковша производят подъем стрелы. При выходе из забоя во избежание потерь грунта ковш запрокидывают. При разработке тяжелых грунтов, когда не обеспечивается необходимая глубина внедрения, следует производить дополнительные внедрения. Этот способ целесообразен при разработке плотного и связного грунта при высоте забоя 1,5 м и выше. Для погрузчиков грузоподъемностью более 10 т максимальное наполнение ковша, в особенности на грунтах IV - V групп, достигается при комбинированном способе разработки (рис., г): по мере внедрения ковша с наклоном днища 3...5° одновременно с напорным движением погрузчика с помощью механизмов поворота ковша и подъема стрелы осуществляют попеременно поворот ковша на угол 2…3° и подъем стрелы на 5...10° до момента выхода ковша из забоя. Такой способ из-за сложности применяют пока только высококвалифицированные машинисты. При этом производительность погрузчика повышается на 5...10 %.

Технологические схемы работы погрузчиков

Схема работы зависит от типа погрузчика. Для фронтальных погрузчиков на пневмоколесном ходу наиболее распространена схема с частичным разворотом погрузчика на различные углы при отходе от забоя. Загружаемые самосвалы при этом устанавливают параллельно или под нужным углом к фронту забоя.

51

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

Рис. Основные схемы работы погрузчиков в комплекте с автосамосвалами а, в, - с поворотом на 40 - 50°; б - челночным способом; г - с поворотом на 90°;

д- при спаренной установке транспортных средств;

е- челночным способом с разгрузкой в сторону

При работе гусеничных и мощных пневмоколесных погрузчиков рациональной является челночная схема работы, когда погрузчик перемещается вперед и назад на расстояние 10...20 м перпендикулярно фронту забоя без разворотов. При этом самосвал также совершает челночные движения параллельно фронту забоя на расстояние, достаточное для проезда погрузчика.

Минимальная дальность транспортировки (до 10 м) обеспечивается при работе полуповоротных погрузчиков. Благодаря возможности поворота рабочего оборудования в плане до 90° самосвалы можно устанавливать под различными углами к фронту забоя.

Эффективная работа погрузчиков при погрузке грунта в самосвалы обеспечивается при следующих соотношениях грузоподъемности, т:

52

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

Одноковшовые погрузчики используют по следующим технологическим схемам:

1.Схема "Выемка - транспортировка" наиболее приемлема для разработки грунтов I и II групп, реже - III группы. В этом случае используют основной ковш, хотя на мощных погрузчиках можно устанавливать и увеличенные ковши. На грунтах III - IV групп в течение непродолжительного времени могут быть применены погрузчики с уменьшенным ковшом, а также основной ковш с неполным его заполнением. Грунт разрабатывают тонкой стружкой экскавационным или комбинированным способом. Данная схема особенно эффективна в транспортном или гидротехническом строительстве (сооружение на сыпей и выемок, плотин и дамб).

2.Схема "Выемка - временное складирование - транспортировка" наиболее широко применима при планировке площадок и рекультивации земель, складирование грунта для обратной засыпки и т. д.

З. Схема "Рыхление - выемка - транспортировка" используется после предварительного рыхления грунтов IV - V групп. В этом случае могут быть применены погрузчики грузоподъемностью З т, оборудованные основным или уменьшенным ковшом.

Для повышения транспортной скорости перед началом работ необходимо спланировать и выровнять площадку, на которой будет работать погрузчик. Это значительно уменьшает потери материала из ковша при транспортировке его к мест у выгрузки, повышает износостойкость шин и безопасность движения машины при высокой скорости. Обычно погрузчики транспортируют грунт на расстояние до

150... 180 м.

Одним из направлений повышения производительности погрузчиков является совмещение операций рабочего цикла, что позволяет до 1,5...2 раза сократить время цикла.

14. Укладка и уплотнение грунтовых масс. Контроль качества уплотнения грунта.

Уплотнение грунта. Для создания устойчивых, надежных и прочных земляных сооружений укладываемый грунт необходимо уплотнять. Механизм уплотнения: уплотнение грунтов обычно протекает как процесс вытеснения из них газообразной (воздуха) и жидкой фазы (воды), вследствие чего происходит сближение твердых частиц. При максимальном уплотнении грунт содержит не более 3-5 % воздуха. Наибольшее уплотнение достигается при оптимальной для каждого грунта влажности. Укладку и уплотнение грунтов выполняют при планировочных работах, возведении различных насыпей, обратных засыпках траншей и пазух котлованов. Уплотняют грунт обычно послойно, по мере его укладки.

Насыпи возводят горизонтальными слоями с последующим уплотнением. Нижние слои могут отсыпаться из плотных глин, а верхние только из дренирующих песчаных грунтов. Коэффициент уплотнения грунта 0,95...0,98 является оптимальным и обеспечивает достаточную прочность всего сооружения, при этом

53

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

возможная со временем осадка грунта будет незначительной. В этой связи оптимальная влажность укладываемого песчаного грунта должна быть в пределах 8... 12%, а глинистых грунтов - 19...23%; такая влажность обеспечивает хороший эффект при уплотнении грунтов. В сухую, жаркую погоду грунты перед уплотнением целесообразно пролить водой.

Различают следующие способы уплотнения грунтов: укатывание,

трамбование, виброуплотнение, сейсмоуплотнение (уплотнение взрывами),

гидравлический способ (намыв). Для уплотнения связных и малосвязных грунтов (суглинков, супесей) применяется способ укатки. Несвязные грунты (песчаные, гравелистые, галечные) рекомендуется уплотнять трамбованием и вибрацией.

При укатке уплотнение происходит под статическим действием массы катка, перекатывающегося по уплотняемой поверхности. При трамбовании уплотнение грунта достигается динамическим воздействием падающего на уплотняемый материал груза. При вибрационном уплотнении вибрирующая масса сообщает колебательные движения частицам материала, в результате чего он получает большую подвижность и уплотняется.

Рис. Машины и приспособления для уплотнения грунтов

54

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

Машины для уплотнения грунтов подразделяет на следующие группы: катки статического действия с гладкими, кулачковыми и вибровальцами, с пневматическими шинами; трамбующие машины с падающим грузом, с трамбующими плитами, с виброплитами и вибропластины, ручные вибротрамбовки.

Укатывание грунта

Катки гладкие и с ребристыми вальцами уплотняют грунт на глубину до 10 см. Кулачковые катки применяют для уплотнения суглинистых и глинистых грунтов на глубину до 30 см, в песчаных грунтах уплотнение захватывает грунт на глубину 35...50 см. Масса таких катков различна - от 5 до 30 т.

Главный параметр грунтоуплотняющих машин – масса, включая балласт. Основные технологические параметры: ширина полосы уплотнения, толщина уплотняемого слоя. Катки на пневматических шинах выпускают массой вместе с балластом от 10 до 100 т. Самоходные вибрационные катки имеют массу до 10 т. Катками с гладкими вальцами на пневмоколесном ходу можно уплотнять грунты слоями по 0,4 м. Число проходов катков по одному месту при уплотнении связных грунтов колеблется от 8 до 12.

Самоходные комбинированные катки оборудуются ведущим вальцом из пневмомашин и гладким металлическим вибровальцом. Оба вальца имеют шарнирно сочлененную раму. Высокая эффективность уплотнения грунтов и дорожностроительных материалов достигается за счет последовательного воздействия вибрации и статической нагрузки. Привод ведущих пневмоколес и вибровозбудителя — гидравлический. Вынуждающая сила вибровозбудителя регулируется в широком диапазоне в зависимости от условий укатки и достигает 150...200 кН. Производительность комбинированных катков при уплотнении несвязных грунтов до 1000 м3/ч.

Вытрамбовывание грунта

Метод применяют при просадочных грунтах, грунтах с малой плотностью и прочностными характеристиками, насыпных тяжелых связных и несвязных грунтах в том числе водонасыщенных. Трамбующие машины послойно уплотняют такие грунты слоями 1...1,5 м, а также грунты в естественном залегании свободно падающими массивными трамбующими органами в виде железобетонных и чугунных плит круглой или квадратной в плане формы с площадью опорной поверхности около 1 м2. В результате вытрамбовывания в зоне котлована и вокруг него образуется уплотненная зона грунта, в пределах которой ликвидируются просадочные свойства грунта, повышаются его плотность и прочностные характеристики. Необходимая плотность насыпного грунта достигается за 3...6 ударов плиты по одному месту. Трамбование осуществляется циклично или непрерывно. Цикличное уплотнение грунта обеспечивается плитами массой 1... 1,5 т, подвешенными на стропах к подъемному канату экскаватора -драглайна или

55

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

стрелового самоходного крана. Плиты поднимают грузовой лебедкой на высоту 1...2 м и сбрасывают на уплотняемый грунт. Частота ударов не превышает 0,05...0,1 с-1, энергия единичного удара - 10...15 кДж. Трамбующие машины цикличного действия применяют в основном для работы в стесненных условиях на объектах с небольшими объемами работ.

Рис. Уплотнение грунтов трамбовками При выполнении небольших объемов работ по уплотнению несвязных грунтов,

щебня и гравия в стесненных условиях применяют самопередвигающиеся (реверсивные) вибрационные трамбующие плиты с рабочим органом в виде поддона (плиты), на котором установлены один или два двухдебалансных вибратора направленного действия. Привод вибраторов осуществляется от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. При работе вибраторов происходит уплотнение грунта и одновременное самостоятельное перемещение виброплиты в заданном направлении под воздействием горизонтальной составляющей вынуждающей силы. Масса виброплит составляет 250...1400 кг, вынуждающая сила - 12,5...63 кН.

Развитие уплотняющих машин идет в направлении расширения п роизводства пневмоколесных и комбинированных катков, трамбовочных машин ударного и вибрационного действия, повышения эффективности уплотняющих органов, применения многорежимных вибрационных уплотняющих органов с регулируемыми параметрами, применения гидравлических приводных систем и трансмиссий уплотняющего оборудования.

Контроль качества уплотнения грунта.

Процессы возведения земляных сооружений подвергают систематическому контролю, включающему в общем случае: положение выемок и насыпей в

56

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

пространстве (плановое и высотное), геометрические размеры земляных сооружений, свойства грунтов, залегающих в основании сооружений, свойства грунтов, используемых для возведения насыпных сооружений, качество укладки грунта в насыпи и обратные засыпки (характеристики уложенных и уплотненных грунтов).

Постоянный контроль качества осуществляют линейные инженернотехнические работники. Для этого организуют повседневный операционный контроль, который осуществляют производители работ и мастера с привлечением представителей геодезической службы и строительной (грунтовой) лаборатории.

При контроле положения в пространстве и размеров сооружений проверяют: расположение на плане земляных сооружений и их размеры, отметки бровок и дна выемок, отметки верха насыпей с учетом запаса на осадку, отметки спланированных поверхностей, уклоны откосов выемок и насыпей. Этот контроль осуществляют с помощью геодезических приборов (теодолитов и нивелиров), а также простейших инструментов и приспособлений - рулеток, метров, строительных уровней, отвесов, шаблонов, откосников, реек длиной 2 и 3 м с мерительными клиньями для установления величины просветов под ними, наборов визирок и вешек. Полученные измерениями данные не должны превышать допустимых нормативными документами отклонений геометрических размеров.

Рис. Измерители плотности грунтов, для проведения динамичных испытаний на сжатие с использованием нагрузочной плиты, для определения динамического модуля упругости грунтов и скальных пород. Современные импортные и отечественные динамические плотномеры грунта, измеряют скорость и величину усадки грунта. Приборами рассчитывается соотношение между скоростью усадки и амплитудой усадки, характеризующее степень уплотнения грунта. Это значение увеличивается пропорционально уменьшению амплитуды усадки. При достаточно уплотненном грунте оно должно быть менее 3,5 миллисекунды.

57

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

Оценку свойств грунтов в основаниях сооружений, карьерах(резервах), насыпях и обратных засыпках проводят для установления соответствия их ранее принятым при проектировании сооружений. Для этого определяют основные характеристики - плотность и влажность, являющиеся критериями качества. Кроме того, для сооружений I-II классов капитальности проверяют (при необходимости) гранулометрический состав, коэффициент сдвига, фильтрационные свойства.

Плотность грунта в сооружениях определяют с помощью динамических плотномеров, при этом измерения производят по сетке: при однородных грунтах – на каждом углу всех квадратов со стороной 50...100 м, а при неоднородных - дополнительно на всех участках с различными грунтами.

Влажность грунта определяют грунтовыми влагомерами, снабженными зондами длиной 200 мм.

При выполнении контрольных наблюдений за уплотнением грунта считают допустимым, что число контрольных измерений с плотностью грунта, отклоняющейся от заданной в каждую сторону, не превышает 10% от общего числа измерений, сделанных на участке.

Геотехнический контроль на строительной площадке осуществляют контрольные посты и Влагомер грунтовый TDR-100 полевые лаборатории. Контрольные посты ведут контроль на строительстве с суточным объемом

работ менее 3500 м3 перерабатываемого грунта, а полевые лаборатории - с суточным объемом более 3500 м3.

Работники контрольного поста (полевой лаборатории) на строительстве земляных сооружений выполняют следующие обязанности: следят за соответствием грунта проекту, толщиной укладываемого слоя и технологией работ по укладке и уплотнению грунта, установленной проектом производства работ, отсутствием в отсыпаемом слое растительных и некачественных грунтов, числом проходов (ударов) грунтоуплотняющих машин по одному следу, проверяют подготовку поверхности ранее уплотненного слоя для отсыпки на него последующег о слоя и влажность грунта в слое перед уплотнением, выбирают на участке опытного уплотнения - рациональный режим работы грунтоуплотняющих средств, оптимальную толщину и необходимую оптимальную влажность уплотняемого слоя грунта.

Работники контрольного поста (лаборатории) доводят до сведения технического персонала, выполняющего работы по возведению земляного сооружения, о полученных результатах лабораторных испытаний и контрольных измерений, а также о фактах несоответствия проекту и установленной технологии работ.

58

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

15. Переработка грунта гидромеханическим методом

Гидромеханический метод основан на использовании воды в качестве рабочего органа для переработки грунта. Применение этого метода целесообразно при больших объемах работ, необходимости устройства насыпей с минимальной осадкой, при наличии достаточных ресурсов воды и электроэнергии.

Технологический процесс гидромеханизации включает разработку грунта в забое и перевод его в полужидкую массу (пульпу),транспортирование и укладку (намыв) пульпы в сооружение или в отвал.

Разработку грунта в забое осуществляют двумя способами: размывом струей воды (мониторный способ) и рыхлением с засасыванием (рефулерный способ). Первый способ применяют при разработке грунта в надводных, а второй - в подводных забоях.

В надводных забоях сухой грунт размывают гидромониторным способом. Основным технологическим средством является гидромонитор, который представляет собой стальной ствол с насадкой (50...175 мм) и шарнирными сочленениями, обеспечивающими вращение ствола в вертикальной и горизонтальной плоскостях для направления водяной струи на фронт забоя. Вода подступает к гидромонитору по трубопроводу под значительным напором (60...80 м), создавая скорость движения струи по выходе из насадки 10...35 м/с. В результате ударного действия струи грунт разрушается и образуется пульпа. В зависимости от рода грунта и высоты забоя расход воды на 1м3 разрабатываемого фунта составляет

3...15 м3.

а б в

Рис. Гидромонитор с гидравлическим – а и с ручным – б приводом; пульпа - в

Разработка грунта может производиться встречным забоем, когда гидромонитор располагается на подошве забоя и размыв ведут снизу вверх, или попутным забоем - с расположением гидромонитора над фронтом забоя и размывом грунта сверху вниз. В первом случае обеспечивается высокая производительность гидромонитора за счет периодических обвалов грунта, нависающего над зоной

59

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

подмыва (вруба). Этот эффект достигается при применении для отбойки грунта воды под высоким напором или взрывчатых веществ (взрывание фунта). Так как гидромонитор может оказаться среди потоков пульпы, ее следует направлять в обход гидромонитора.

При попутных забоях производительность гидромонитора ниже, но перемещается он по сухому грунту, а поток пульпы, приобретая от водяной струи достаточную начальную скорость, обеспечивает интенсивный сток.

При благоприятном рельефе местности, размытый гидромонитором грунт по трубопроводу или лоткам самотеком направляется к месту образования насыпи. При неблагоприятном рельефе пульпа вначале поступает по канавам в зумпф или приемный колодец, затем по напорному трубопроводу перекачивается землесосом в насыпь.

В подводных забоях грунт в большинстве случаев разрабатывают земснарядами землесосным способом. При этом грунт всасывается землесосным снарядом и перекачивается к месту укладки в виде пульпы.

Грунт со дна водоема всасывается при помощи всасывающей трубы землесоса, подвешенной к специальной стреле, соединенной с мачтой и установленной на барже. При разработке плотных грунтов всасывающую трубу снабжают специальной вращающейся рыхлительной головкой или вибрационным рыхлителем. Земснаряд соединяют с магистральным пульпопроводом, проложенным по берегу, при помощи плавучего пульпопровода, смонтированного на плашкоутах, что позволяет ему передвигаться по забою вслед за движением земснаряда. Разработку начинают с заглубления всасывающей трубы с наконечником (или рыхлителем) на глубину снимаемого за одну проходку слоя.

Рис. Землесосный снаряд (рефулер): работающая (закольная) – 1 и вспомогательная – 2 сваи; 3 – плавучий напорный пульпопровод; 4 – грунтозаборное устройство; 5 – фреза-рыхлитель грунтозаборного устройства; 6 – всасывающий трубопровод; 7 – подводный забой; 8 - баржа

Кроме землесосных существуют землечерпальные (по способу забора и перемещения грунта) земснаряды, которые являются разновидностью экскаваторов,

60