Технологические решения по разработке котлована

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

До начала работ по разработке котлована производятся подготовительные работы, которые можно разделить на внешнеплощадочные и внутриплощадочные.

К внешнеплощадочным относятся работы по прокладке магистральных сооружений:

1)Автомобильных дорог;

2)Линий связи и электропередачи;

3)Водопроводов и заборных устройств;

4)Газопроводных сетей с распределительными пунктами.

К внутриплощадочным относятся следующие работы:

1)Расчистка территории строительной площадки, снос неиспользуемых в процессе строительства временных сооружений;

2)Планировка территории;

3)Создание геодезической разбивочной основы, геодезические разбивочные работы инженерных сетей, дорог, зданий и сооружений;

4)Отвод поверхностных вод, понижение уровня грунтовых вод;

5)Перенесение линий связи, электропередач и трубопроводов из зоны строительства, прокладка новых инженерных сетей;

6)Устройство постоянных и временных дорог;

7)Размещение инвентарных временных зданий и сооружений для контроля и оперативного руководства строительством, обогрева рабочих, приема пищи, хранения одежды и инвентаря;

8)Устройство складских площадей, помещений и оборудования для хранения материалов, конструкций и запасных частей, для заправки машин;

9)Устройство временного ограждения строительной площадки,

10)Обеспечение строительной площадки противопожарным оборудованием и средствами сигнализации;

11)Организация временного освещения, охраны и связи для управления производством работ.

Расчистка территории состоит в удалении деревьев, кустарника, камней и подлежащих сносу строений. Находящиеся на поверхности или верхнем слое негабаритные камни перемещают до начала земляных работ бульдозерами за пределы зоны работ, дробят накладными или шпуровыми зарядами.

Растительный слой с территории будущего котлована снимается бульдозерами и перемещается во временные кавальеры для дальнейшего использования (благоустройство территорий строительства).

Вскрышной слой также снимается бульдозерами, но перемещается в другие временные кавальеры, так как в дальнейшем используется для других нужд.

До начала земляных работ определяют положение характерных точек котлована на местности и помечают их вешками.

На весь период строительства должен быть обеспечен отвод поверхностных и грунтовых вод, для этого сооружается система специальных валов и каналов, по дну котлована отрываются специальные приямки (зумпфы), служащие для сбора воды, из зумпфов вода откачивается специальными насосами.

Для транспортного обеспечения строительства следует использовать существующие автомобильные дороги. При необходимости устраиваются временные технологические дороги.



Исходные данные

а) Размеры котлована (по дну):

Длина: 60 м, Ширина: 50 м, Глубина: 4,5 м.

б) Грунт: суглинок

в) Толщина растительного слоя: 0,2 м.

г) Расстояние до отвала грунта: 1,5 км.

Определение состава подготовительных работ

Расчет объемов работ

Подготовительные работы необходимо выполнить до начала разработки котлована. Эти работы предназначены для того, чтобы очистить местность под котлован.

Они включают в себя:

удаление растительного слоя (деревья, кустарники) путем срезки;

удаление камней;

выравнивание поверхности.

Расчет размеров котлована

Для определения объема котлована воспользуемся формулой:

Vкотл = H/ 6(a*b +a1*b1 + (a+a1)(b+b1),

где Н - глубина котлована, м;

а и b - размеры котлована понизу - размеры дна котлована, м;

a1 и b1 - размеры котлована поверху, м ;



рис 1. Определение объема котлована

m=L/H, то L=mH,

L=0,9*9,5м=8,55м (для глины при глубине котлована 9,5 м. m=0,9).

Размеры котлована поверху:

a1 = a + 2Hm;

где m - коэффициент заложения откоса, для котлованов, откапываемых прямой лопатой в суглинке, этот коэффициент принимается равным 0,9.

a1 = 60 + 2*0,9*9,5=77,1м;

b1 = b + 2Hm;

b1 = 50+2*0,9*9,5=58,55м;

Величина коэффициента заложения откоса «m» принята из табл.1.

Коэффициент заложения откоса котлована в мягких необводнённых грунтах. Таблица 1.

Грунт	Глубина, h, м
	2-4	5-6	7-8	9-10
Супесь	0,8	0,9	1,0	1,1
Суглинок	0,6	0,7	0,8	0,9
Глина	0,4	0,5	0,6	0,7

разработка котлован грунт экскаватор

Зная все данные, находим объем котлована:

Vкотл = 9,5/6 [60*50 + 77,1*58,5 + (60 + 77,1)(50 + 58,5)] = 35444 м3

Объем растительного слоя

Vраст = a1*b1*hраст,

где hраст - толщина растительного слоя, м;

hраст = 0,2 м;

Тогда: Vраст = 77,1*58,5*0,2 = 902 м3

Объем грунта, подлежащего разработке

Объем грунта, подлежащего разработке:

Vгр = Vкотл - Vраст;

Получаем, объем грунта, вывозимого в отвал, равным:

Vгр = 35444-902=34542м3.

Снятие растительного слоя

При использовании экскаваторов для разработки грунта котлована снятие растительного слоя обычно производят:

Бульдозеры до 10 т тяги (при длине участка работы до 100 м);

Скрепперы (при длине участка работы более 100 м).

Общая длина рабочего участка составляет:

, (7)

где - расстояние от края котлована до оси кавальера ().

Значит, для снятия растительного слоя принимаем бульдозер (из таблицы 4 [2]). Выбран бульдозер ДЗ-18, его характеристики:

Длина отвала - 3,97 м,

Высота отвала - 0,815 м,

Угол резанья - 470-570,

Угол перекоса -50,

Угол поворота в плане - 630 и 900,

Высота подъема - 1 м,

Способ изменения угла перекоса - вручную,

Управление отвалом - гидравлическое,

Мощность - 79 кВт/час,

Тяга - 10 т,

m = 1,86.

Снятие растительного слоя можно проводить по следующим схемам:

односторонняя ();

двухсторонняя ();

В данном проекте:

поэтому используем двухстороннюю схему снятия растительного слоя грунта, приведенную на чертеже (см. чертеж 5, приложение П). Бульдозер разрабатывает грунт, передвигаясь челночно от продольной оси котлована до оси кавальера. Расстояние перемещения грунта изменяется от при резании и наборе грунтовой призмы у продольной оси котлована до при резании грунта у края площадки; следовательно, в среднем оно составляет .Расстояние с, включающее временную берму и половину ширины кавальера, можно принять равным 5+5=10 м.

Эксплуатационная производительность бульдозера определяется по формуле:

Пэч = qц*nц*Кв,



где Пэч - эксплуатационная производительность бульдозера, м3/ч,

Кв - коэффициент использования рабочего времени, для бульдозера примем его: Кв = 0,8.

nц - количество циклов за час работы бульдозера

Расчетный объем грунта перед отвалом в конце участка транспортировки qц:

qц = q'ц*Кэ,

где q'ц - объем грунтовой призмы после завершения операции копания (набор грунта в призму), м3,

Кз - коэффициент загрузки рабочего органа,

Кз = Кп * 1/Кр * Кук,

где Кп - коэффициент потерь грунта в боковые валики при транспортировке грунтовой призмы к месту разгрузки. Он учитывает потери грунта из призмы волочением в боковые валики в процессе транспортировки.

Величина зависит от дальности перемещения, связности и влажности грунта, конструкции отвала и способа перемещения грунта.

Кп = 1 - 0,005*lтр,

где lтр - средняя транспортировочная длина, м,

lтр = а1/4 + с ,

lтр = 77,1/4+ 10 = 29,28 м.

Тогда:

Кп = 1 - 0,005*29,28 = 0,85,

Кр - коэффициент разрыхления грунта;

Примем Кр = 1,2

- коэффициент использования рабочего времени

Принимаем .

Кук - коэффициент уклона местности;

Примем Кук = 1

При количестве циклов за час работы бульдозера nц = 3600/tц.

Тогда формула для определения расчетной среднечасовой эксплуатационной производительности имеет вид

Пчэ = q'ц *3600/tц * Кп*1/Кр*Кук*Кв;

Объем грунтовой призмы зависит от размеров отвала и свойств грунта:

q'ц = В*Н2/2 * 1/Кпр,

где В - длина отвала, м;

В = 3,97 м;

Н - высота отвала, м;

Н = 0,815 м;

Кпр - коэффициент наполнения геометрического объема, определяется по таблице 22 [1]:

По исходным данным грунт - связный. Кпр = 0,55

Тогда

q'ц = 2,64/2 * 1 *1/0,55 = 2,4м3.

Длительность рабочего цикла бульдозера tц определяется по формуле:

tц = tк + tтр + tр+ tп+ tдоп,

где tк - длительность копания, с,

tк = lк/vк;

Также tк можно определить из таблице 24 [1].

По исходным данным тяговое усилие 100 кН, грунт III типа.

tк = 14,4 с

tтр - длительность транспортировки грунтовой призмы, с,

tтр = lтр/vтр,

где lтр = 29,28 м,

vтр - скорость транспортировки, м/с, определяем по таблице 24 [1];

По исходным данным тяговое усилие 100 кН, грунт III типа.

vтр = 0,7 м/с;

Тогда:

tтр = 29,28/0,7 = 42 с.

tр - длительность раскладки грунта, с. При сосредоточенной разгрузке призмы принимается равным tр = 0 с,

tп - длительность порожнего хода, с,

tп = (lк + lтр + lр)/2*vп,

где lк - длина пути копания, м, принимается равной lк = 5 м;

lтр = 29,28 м;

lр = 0 м;

vп - скорость порожнего хода, м/с, определяем по таблице 24 [1];

По исходным данным тяговое усилие 100 кН, грунт III типа.

vп = 1,23 м/с;

Тогда:

tп = (5 + 28,29 + 0)/2*1,23 = 21с,

tдоп - дополнительное время на переключение передач, установку отвала и поворот бульдозера, с,

Примем tдоп = 20 с

Тогда:

tц = 14,4 + 42 + 0 + 21 + 20 = 97 с

В итоге:

Пчэ = 2,4 * (3600/97) * 0,85*0,7 = 53 м3/ч

Выбор экскаватора, принципиальная схема разработки котлована

Ориентировочный срок выполнения работ 1 месяц. За этот период необходимо переработать 34542 грунта, поэтому принимается экскаватор с объемом ковша 1,0 [2, стр. 41].

Разработку котлованов под промышленные и гражданские сооружения обычно осуществляют в один ярус экскаватором обратная или прямая лопата с гидравлическим приводом на гусеничном (предпочтительно) или колёсном ходу. При глубине котлована 2…6 м возможно использование обратной лопаты, при глубине 7…10 м следует применять экскаватор прямая лопата.

Разработка котлована осуществляется экскаватором прямая лопата, так как глубина котлована 6 м.

При выборе марки экскаватора с ковшом определённого объёма следует учитывать, что высота забоя (т. е. глубина котлована) должна быть такой, чтобы обеспечивалось наполнение ковша за одно черпанье. Таким образом, основным исходным фактором при выборе величины объема ковша является интенсивность ведения земляных работ, которая устанавливается на основании определяемых на стадии календарного планирования объемов и сроков производственных работ.

При месячном объеме переработке грунта 20…60 тыс. м3 рекомендуемый объем ковша экскаватора 1 - 1,3 м3[1].

Вместе с тем высота и крутизна откосов забоя должны быть такими, чтобы обеспечивать безопасность работы экскаватора в забое (исключалась возможность обрушения откоса) и его высокая производительность (минимальная длительность цикла). Как показывает опыт применения гидравлических строительных экскаваторов и расчёты размеров забоев, эти условия выполняются в том случае, если высота разрабатываемого уступа HР составляет определённую часть паспортной характеристики экскаватора Hкопmax - наибольшей глубины (высоты) копания, т.е.

HР=в Hкопmax,

где HР - высота разрабатываемых уступов, м;

Hкопmax - наибольшей глубины (высоты) копания, м,

в - коэффициент, зависящий от грунта и экскаватора.

Для прямой лопаты величина в должна быть различной при разработке связных и несвязных грунтов. При разработке связного грунта обязательно соприкосновение зубьев ковша с грунтом на всем пути резанья, образование «козырька» не допускается из-за возможности его обрушения в виде блоков. При разработке несвязного грунта выполнение этого условия необязательно, так как при черпании грунта из нижней части откоса забоя грунт осыпается и откос забоя выхолаживается. Коэффициент высоты забоя может быть принят в соответствии с таблицей 3 приложения [2],[1].

Экскаватор выбираем, соответствующий требованиям как по минимальной, так и по максимальной высоте забоя.

По этим данным выбираем экскаватор типа ЭО - 6122, его характеристики:

( таблица №2 приложения [2])

Объем ковша - 2,5 м3;

Наибольший радиус копания Rкопmax = 10,2 м;

Наибольшая глубина копания Нкоп max = 10,7 м;

Наибольшая высота выгрузки Нвыг max = 6,0 м;

Радиус выгрузки при наибольшей высоте выгрузки Rвыг = 5,7 м;

Радиус копания на уровне стоянки Rст = 5,4 м;

Продолжительность цикла 23 с;

Масса 56,6 т

Разработка котлована начинается с проходки пионерной (разрезной) траншеи лобовым забоем по длинной оси котлована

Последующая разработка осуществляется одинаковыми боковыми забоями в обе стороны от разрезной траншеи. Если при расчётах окажется, что количество боковых забоев нечётно, ось пионерной траншеи сместится в сторону от оси котлована.

Для прямой лопаты устройство наклонного входа в котлован является первой и обязательной стадией его разработки: экскаватор начинает разрабатывать грунт ниже отметки стояния, постепенно заглубляясь до отметки Hp в конце наклонного входа - на границе подошвы котлована.

Очевидно, что разработка грунта должна быть начата от будущей подошвы котлована на расстоянии L=Hр/0,1, L=9,3/0,1=93м.

Разработка котлована экскаватором прямая лопата

Пионерную траншею, являющуюся продолжением наклонного входа в котлован, можно разрабатывать как узким (ширина забоя поверху Bпт < 1,5Rкопmax), так и нормальным (Bпт = (1,6…1,9) Rкопmax) лобовым забоем. Обычно используют нормальный забой, при котором облегчается маневрирование и установка под нагрузку автосамосвалов. Последующая разработка идет одинаковыми боковыми забоями, подбор оптимальной ширины которых рассмотрен ниже [1].

Ширину пионерной траншее понизу принимаем равной двум радиусам копания уровня стояния

Bпт=2Rкопmax

Bпт=2*10,2=20,4м.

bпт=2Rст,

bпт=2Rст=2*5,4=10,8м.

B1-расстояние от оси движения экскаватора до бровки откоса забоя

B1=0,8Rкопmax ;

B1=0,8*10,2=8,16м ;

B2=0,7*Rкопmax;

B2=0,7*10,2=7,14м;

B1+ B2=1,5* Rкопmax =1,5*10,2=15,3;

- ширина ленты - ширина бокового забоя поверху:

Bл= B1+ B2-mHp=15,3-0,9*9,3=7м

Определяем количество боковых забоев

nбз=(а1- Bпт)/ Bл; nбз=(77,1-20,4)/ 7 =8, Остаток 0,7 м является недобором по 0,35 м с каждой стороны котлована;

Принимаем 8 боковых забоев.

- ширина бокового забоя понизу:

Bлн=(60-10,8)/8=6,1 м.

Определение производительности экскаватора, подбор количества автосамосвалов

Производительность экскаватора определяется формулой:

где: - объем ковша;

- продолжительность цикла [2, табл.5];

- коэффициент наполнения ковша [2, табл.2] (группа грунтов - II);

- коэффициент разрыхления грунта [2, табл.2] (группа грунтов - II);

- коэффициент использования рабочего времени [2, стр.32]

Пчэ =2,5*3600/23*1,2*1/1,2*0,85=332,6м3/ч

а) Определяем количество автосамосвалов для обеспечения бесперебойной работы экскаватора:

по таблице 17 пособия [1] намечаем грузоподъёмность автосамосвала (27);

по таблице 6 пособия [2] принимаем автосамосвал марки БелАЗ-540А;

Характеристики автосамосвала:

Марка автосамосвала	БелАЗ-540
Грузоподъёмность, т	27,0
Погрузочная высота, м	3,6
Габариты, м -длина -ширина -высота	7,3 3,5 3,6
Полная масса, т	48,0

б) 14 т/м3 -объём грунта в кузове. (определяем по табл. 13 в [1]).

в) Производительность автосамосвала.

г) производительность автосамосвала определяем по формуле

где: q - объём грунта, перевозимый автосамосвалом за один цикл (q = 14);

[1] - коэффициент использования рабочего времени;

- длительность цикла (рейса), мин:

tц = tм + tn + tр+ tгх+ tпх,



где: - длительность маневрирования при погрузке и разгрузке, [1];

- время погрузки;

- время разгрузки, [1];

- время груженого хода;

- время порожнего хода.

Длительность погрузки определяем по формуле:

где: - продолжительность цикла экскаватора, с;

- количество ковшей, шт:

где: - объем грунта, перевозимый автосамосвалом за один цикл, м3;

- объем ковша экскаватора, м3;

Общее время движения самосвала туда и обратно по одной и той же трассе вычисляется по формуле:

где: - расстояние между пунктами загрузки и разгрузки (L = 1,5км);

- средняя расчетная скорость самосвала ( = 25км/ч);

г) определяем количество автосамосвалов по формуле

где: - часовая эксплуатационная производительность экскаватора, ;

- то же, автосамосвала;

Планировка дна котлована

Планировка дна котлована необходима для устранения недобора грунта после экскавации и выравнивания слоя грунта перед уплотнением. После планировки бульдозер должен оставить такой слой грунта, который после уплотнения обеспечил бы получение проектной отметки дна котлована.

Для планировки можно использовать бульдозер, которым снимали грунт, т.е. Д3-18

При планировке бульдозер может перемещаться по спирали, от откоса к оси котлована, или поступательно челночно (вперёд - рабочий ход, назад - холостой ход). Вид траектории перемещения машины следует учесть при определении времени цикла, а также при назначении величины коэффициента использования рабочего времени в ходе определения производительности по формуле:

Пчэ = F*60/tц*Кв ,

где F- площадь, планируемая за один проход бульдозера, м2;

F = L (B - 0,5),

где L - длина гона (захватки) - длина дна котлована, т.е. L = b, м;

L = 50 м,

B - длина отвала бульдозера, м;

В = 3,97 м,

0,5 - перекрытие захваток и уменьшение ширины хода из-за перекоса отвала, м;

F =50*(3,97-0,5) = 173,5 м2

tц- длительность цикла, мин.

tц = 2L/ vтр,

где vтр - средняя транспортная скорость, м/мин;

vтр = 0,7 м/с = 42 м/мин

tц = 2*50/42 = 2,4 мин

KВ - коэффициент использования рабочего времени, который должен учесть потери на повороты и холостой ход,

Примем KВ = 0,8

Пчэ =( 173,5*60/2,4)*0,8 = 3470 м2/ч

Уплотнение дна котлована

Заключительным этапом работ по устройству котлована является уплотнение его дна

Уплотнение является основным методом улучшения физико-механических свойств грунта (прежде всего прочности) без коренного изменения его химико-минералогической сущности.

Уплотнение сопровождается пространственным перераспределением фаз (твердой, жидкой и газообразной) под действием внешних сил.

Уплотнение грунта характеризуется как фактором, определенным и независимым - составом и свойствами грунта, так и фактором изменяющимся и регулируемым - видом и величиной уплотняющего воздействия.

По пособию[1] выбираем тип и марку катка с техническими характеристиками:

Марка катка	ДУ-26
Тип катка	кулачковый
Толщина уплотняемого слоя, см	25
Ширина уплотняемой полосы, см	180
Скорость движения, км/ч	4…7
Количество проходов по одному следу	6...12
Масса, т	16

Для расчётов используем формулу для определения производительности катка:

Пчэ = 1000 * vср * h * (В -b)/n * Кв, [м3/ч],

где: - средняя скорость движения катка при уплотнении, км/ч;

- толщина уплотнённого слоя, h = 0,2 м [2];

- ширина полосы уплотнения, В = 1,9 м [табл.7, 2];

- перекрытие полос при уплотнении, b = 0,20 м [2];

- количество проходов по одному следу (n = 12);

- коэффициент использования рабочего времени ( = 0,85).

Оптимальная влажность грунта

Следует учитывать оптимальную влажность грунта при его уплотнении, так как необходимая плотность грунта может быть достигнута и при влажности, меньше оптимальной, но с большей работой уплотнения.

По таблице 36 [1] определим оптимальную влажность для используемого грунта:

Суглинок - 12-15%.

Влажность района, в котором проходят работы - 12%.

Таким образом, карьерная влажность грунта соответствует оптимальной.

Пуплотсм=Пуплотч*8

Пуплотсм=102*8=822,4

Nуплотмаш-см=3000/822,4=3,68.

При разработке календарного графика следует исходить из заданных сроков сооружения котлована. Работы ведутся в 1 смены.

Календарный график земляных работ

Наименование работ	Объем работ	Использование машины	Количество машин	Количество машино-смен	Рабочие дни
Снятие растительного слоя бульдозером	902м3	ДЗ-18	1	2,2	2,2
Разработка грунта котлована экскаватором	34542 м3	ЭО-6122	1	13,5	13,5
Транспортировка грунта автосамосвалом	34542 м3	БелАЗ-540	6	13,5
Планировка дна котлована	3000 м2	Д3-18	1	0,1	0,1
Уплотнение грунта	3000 м2	ДУ-26 кулачковый	1	3,68	3,68

Размещено на Allbest.ru