Основы строительных технологий

Рис.20. Экскаваторы непрерывного действия

а, б - экскаватор продольного копания - цепной и роторный;

в - плужный канавокопатель;

г - экскаватор поперечного копания.

Роторные экскаваторы продольного копания имеют по сравнению с цепными более высокую производительность, но и большую массу. Они используются при больших объемах земляных работ и разработке выемок под крупные линейно-протяженные сооружения.

Плужные канавокопатели (рис.20, в) применяются для отрывки каналов полного профиля при создании оросительных и осушительных сетей.

Экскаваторы поперечного копания (рис.20, г) выпускаются с - цепным рабочим органом и применяются при добыче строительных материалов (песка, глины), мелиоративных и других работах.

Роторные стреловые экскаваторы (рис.21) применяются в промышленном, транспортном и мелиоративном строительстве при разработке крупных котлованов, прокладке каналов, тоннелей, устройстве дамб и плотин, разработке грунта в стесненных условиях. Они имеют небольшие размеры и обладают хорошей маневренностью. Грунт разрабатывается вращающимся ротором при одновременном повороте роторной стрелы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Срезанный грунт через ленточный транспортер перегружается в транспортное средство и отвозится от места разработки.

Производительность многоковшовых экскаваторов

Техническая производительность цепного траншейного экскаватора определяется по формуле

П_Т = 3,6 q v_ц K_H / s K_P, (2.12)

где q - емкость ковша, м³; v_ц - скорость движения ковшовой цепи, м/с; K_H - коэффициент наполнения ковша; s - шаг ковшей, м; 

K_P - коэффициент разрыхления грунта.

Техническая производительность роторного экскаватора равна:

П_Т = 0.06 q N щ K_H / K_P, (2.13)

где q - емкость ковша, м³; N - число ковшей на роторном колесе; 

щ - число оборотов роторного колеса в минуту; K_H , K_P - см. выше.

Средние значения К_Н и К_Р :

группа грунта: I II III IV

K_H: 1,05 0,95 0,87 0,8

K_P: 1,15 1,2 1,27 1,32

Для достижения расчетной производительности траншейных экскаваторов необходимо регулировать скорость движения машины в процессе копания в соответствии с размерами отрываемой траншеи:

v_э = П_Т / 60 В Н, (2.14)

где v_э - скорость экскаватора в процессе копания траншеи, м/мин; П_т - расчетная техническая производительность машины, м³/ч; ВН - поперечные размеры траншеи, м.

В соответствии с ЕНиР-2-1-88 при определении эксплуатационной производительности значения коэффициента использования машины по времени К_Впринимается: для траншейных роторных экскаваторов 0,64; для цепных - 0,8; для карьерных роторных экскаваторов - 0,9.

21. Разработка грунта скреперами, виды скреперов, их выбор. Схемы резания грунта и порядок разработки выемки скреперами

Скреперы -- наиболее высокопроизводительные землеройно-транспортные машины с рабочим органом в виде ковша. Их эксплуатационные возможности позволяют разрабатывать котлованы и планировать поверхности.

Различают прицепные (с объемом ковша 3,7 и 8 м³), полуприцепные (4,5 м³) и самоходные (8,15 и 25 м³) скреперы. Применение прицепных и полуприцепных скреперов наиболее эффективно при транспортировке грунта на расстояние до 1 км, а самоходных -- до 3 км.

С помощью скреперов ведут разработку, транспортировку и укладку грунтов I и II групп по трудности разработки (песчаных, супесчаных, лессовых, суглинистых, глинистых и др., не имеющих валунов, с примесью гальки и щебня в объеме не более 10%). Плотные грунты необходимо предварительно рыхлить.

Грунт набирают при прямолинейном движении скрепера. Для увеличения толщины стружки, сокращения затрат времени и пути наполнения ковша применяют тракторы-толкачи, число которых зависит от типа скрепера, вместимости ковша и дальности транспортировки (1 толкач на 2-16 скреперов). Длина пути наполнения ковша, при совместной работе скрепера и толкача, в супесчаных и суглинистых грунтах сокращается до 10-12 м, в глинистых -- до 15-18 м при нормальной длине пути наполнения 22-26 м. При этом толщина стружки увеличивается на 20-25%. Трактор-толкач особенно эффективен при разработке плотных и тяжелых грунтов, когда усилия тягача скрепера при наборе грунта не хватает.

В зависимости от вида скреперы набирают грунт различными способами. Способ набора грунта постоянной толщины тонкой прямой стружкой применяют на любых связных грунтах при работе под уклон. Клиновой, т.е. с переменной толщиной стружки, -- при разработке любых связных грунтов на горизонтальных участках. Гребенчатый с переменным заглублением и выглублением ковша -- при разработке сухих суглинистых и глинистых грунтов на горизонтальных участках. Клевковый с переменным заглублением ковша скрепера на возможно большую глубину и последующим полным его выглублением (разновидность гребенчатого способа) -- при разработке сухих песчаных и супесчаных грунтов на горизонтальных и наклонных участках.

Скреперные работы рационально производить в две смены.

Тяжелые грунты, а также грунты с примесями, разработка которых затруднена, предварительно рыхлят на толщину срезаемой стружки. Для рыхления применяют рыхлители -- навесное или прицепное оборудование к гусеничному трактору. Рыхлитель оборудован пятью стойками^:ножами, при рыхлении особо плотных грунтов пользуются тремя -- вторую и четвертую снимают.

Разработка выемок с продольным перемещением грунта в насыпь. Выемку разрабатывают продольными ходами. При этом скрепер перемещает грунт из выемок в насыпь по круговой схеме (рис 1). При разработке небольших выемок целесообразно перемещать грунт из выемки в обе стороны, так как при такой схеме работы уменьшается число поворотов скрепера за рабочий цикл и, следовательно, сокращается продолжительность последнего. Грунт в насыпи отсыпают послойно (Рис 2).

Рис1. Разработка выемки скреперами с продольным перемещением грунта в насыпь; 1 -- место набора грунта скреперами; 2 -- место разгрузки скреперов; 3 -- разравнивание грунта в насыпи бульдозером.

Рис2. Послойная разработка скреперами выемки (а) и планировка ими пологих откосов (б)

22. Схемы движения скреперов при производстве работ, расчет производительности скрепера

В зависимости от размеров земляного сооружения, расположения выемок, насыпей, кавальеров или отвалов грунта применяют различные схемы движения скреперов (рис. 107).

Эллиптическая схема движения скрепера, наиболее применимая, имеет две основные разновидности: поперечную и продольную. При поперечной схеме движения (рис. 107, а) наполнение ковша и его разгрузка осуществляются при движении скрепера перпендикулярно оси сооружения. При продольной схеме движения (рис. 107, б) наполнение ковша и его разгрузка осуществляются при движении скрепера вдоль оси сооружения. Одним из преимуществ указанных схем движения скреперов является то, что при выполнении работ расстояние транспортировки не меняется.

Рис. 107. Схемы движения скреперов: по эллипсу при поперечной разработке (а),

то же, при продольной разработке (б),

по восьмерке (в),

по зигзагу (г),

при разработке двух насыпей из одной выемки (д),

при разработке одной насыпи из двух выемок (е)

1 -- место набора; 2 -- место разгрузки

Поперечная схема разработки грунтов применяется при больших поперечных сечениях выемок и их малой глубине Применяются также комбинированные схемы: вначале --- поперечную схему движения, затем после увеличения глубины выемки -- продольную.

Схему движения восьмеркой (рис. 107, в) применяют при возведении насыпей из боковых резервов. При этом скрепер за один проход совершает две операции загрузки Ковша и две операции его разгрузки, что сокращает путь холостого пробега.

Схему движения для каждого конкретного случая следует выбирать с учетом местных условий так, чтобы пути движения были наименьшими.

Расчет производительности

Эксплуатационная производительность скрепера, м^3/ ч, в плотном теле

где n - число циклов в час

Т_Ц - продолжительность одного рабочего цикла скрепера; 

q - вместимость ковша скрепера, м^3; 

k_н - коэффициент наполнения ковша грунтом,

(где q₁- объем рыхлого грунта)

k_р - коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера; 

k_в- коэффициентиспользования машины по времени (k_в= 0.8…0.9).

Продолжительность рабочего цикла скрепера вычисляют по формуле:

где l₃, l_t, l_p3, l_nx - длины участков соответственно набора грунта (заполнения ковша), транспортировки грунта, разгрузки ковша, порожнего хода скрепера, м;

v₃ - скорость скрепера при заполнении ковша, м/ с, (0.5… 0.8) от паспортной скорости тягача на низшей передаче; 

v_t - скорость транспортировки грунта, м/ с, (0.5…0.75) от наибольшей паспортной скорости тягача;

v_p3 - скорость скрепера при разгрузке, м/ с; 0.75 от наибольшей паспортной скорости;

v_nx - скорость движения порожнего скрепера, м/ с, (0.5… 0.75) от наибольшей паспортной скорости тягача; 

t_n - время на переключение передач тягача, принимается в пределах 3…5 с на одно переключение; 

n₁- число переключения передач за цикл;

t_пов - время на один поворот / пов 15…20с/ ; 

n₂-число поворотов за цикл.

Длина участка набора грунта:

где b - ширина срезаемой полосы, м;

h - толщина слоя срезаемого грунта, м;

Длина пути разгрузки ковша скрепера рассчитывается по формуле:

где h_p= (0.7…0.8) h_pmax - толщина отсыпаемого слоя грунта при разгрузке ковша.

Расчетная длина пути при разгрузке грунта колеблется от 6 до 20 м в зависимости от толщины слоя отсыпки и объема ковша скрепера.

23. Разработка грунта бульдозерами, схемы резания и перемещения грунта бульдозерами

Расчет производительности и пути ее повышения.

Бульдозер представляет собой гусеничный трактор или тягач на пневматических шинах, оборудованный широким отвалом, который установлен перпендикулярно к продольной оси трактора или под углом, что позволяет перемещать грунт в сторону. В ряде конструкций бульдозеров отвал может поворачиваться в поперечной и вертикальной плоскости, наклоняться. В зависимости от выполняемой работы на раму вместо отвала можно навешивать дорожные рыхлители, кусторезы, корчеватели чем расширяется использование базового трактора.

В процессе работы бульдозер копает, перемещает и распределяет грунт. Чтобы отделить грунт от массива, нож отвала углубляют при одновременном перемещении бульдозера вперед. Грунт накапливается перед отвалом, образуя призму волочения. Резание продолжается до тех пор, пока эта призма не достигнет верхней кромки отвала. Затем бульдозер передвигает призму волочения до места и грунт разгружает кучей, поднимая отвал до отказа или разравнивания слоем необходимой толщины. Толщина слоя зависит от типа и массы машин для уплотнения.

Наибольшее сопротивление возникает при работе бульдозера в процессе копания грунта. При перемещении грунта имеются резервы мощности. При резании (копании) добиваются максимального объема вырезаемого грунта на отвале, полного использования мощности двигателя и минимальных затрат времени на набор призмы волочения. Используют три основные схемы копания грунта: прямоугольной стружкой (с постоянной толщиной), клиновой (с переменной толщиной стружки) и гребенчатой.

При копании прямоугольной стружкой отвал бульдозера сначала заглубляют максимально в грунт с учетом возможностей бульдозера по мощности и группе„грунта. Затем, не меняя положения отвала, бульдозер движется вперед, срезая ровную стружку на всем пути набора грунта. Схема эффективна при работе под уклон и разработке выемки наклонными слоями. Мощность трактора используется полностью, стружка вырезается толстая и равномерная, сокращается путь и время набора призмы волочения. Эту схему применяют при снятии растительного слоя, при этом толщина стружки органичивается не возможностями бульдозера, а технологическими условиями работ и толщиной растительного слоя.

Рис. Технология работы бульдозером: а -- резание (копание) грунта; б -- перемещение; в -- разгрузка; 1 -- прямоугольная стружка; 2-- клиновая стружка; 3 -- гребенчатая стружка; 4 -- куча грунта; 5 -- слой грунта; 6 -- призма волочения.

Клиновую схему разрезания применяют при работе на легких и слегка влажных грунтах. Отвал бульдозера в начале набора заглубляют в грунт на максимально возможную величину, затем при движении бульдозера вперед отвал постепенно поднимают, набирая на него грунт. При этой схеме копания грунта путь резания сокращается по сравнению с прямоугольным резанием и снижается время набора. При работе на тяжелых плотных грунтах из-за трудности заглубления отвала эту схему применять нецелесообразно.

Гребенчатую схему применяют при разработке тяжелых плотных грунтов. Отвал сначала максимально заглубляют в грунт. Когда число оборотов двигателя начинает снижаться, отвал поднимают примерно на 3Д глубины. Такие заглубления и подъемы повторяют 2--3 раза. Во время этих операций происходит полный набор грунта на отвал бульдозера. Работая по этой схеме, добиваются почти 100%' использования мощности трактора, время набора уменьшается по сравнению с прямоугольной схемой, уменьшается также и путь формирования призмы волочения, но машинист быстро утомляется из-за большого числа переключений рычагов управления. Применение всех схем рационально на грунтах оптимальной влажности.

Перемещение грунта бульдозером экономически выгодно на расстояние 25--50 м. Это объясняется тем, что при, перемещении часть грунта высыпается за пределы отвала. Чем длиннее путь перемещения, тем больше потери:

Сп= (0,025-0,032) L для связных грунтов и

Cп'= (0,06--0,07) L для несвязных.

Снизить потери можно, перемещая грунт траншейным способом или в грунтовых валиках, образовавшихся в начале перемещения.

Эффективна работа бульдозера отрезками, когда грунт доставляется к месту отвала не сразу, а этапами. Весь путь рабочего хода бульдозера делят на три части. Вначале грунт накапливают на первом участке, затем на втором, а после этого его перемещают на третий. Мощность трактора используется полностью, поскольку на третьем участке перемещается увеличенный объем грунта.

Потери грунта при перемещении снижаются, если использовать отвалы с боковыми открылками и козырьками. Однако в плотных грунтах условия копания ухудшаются из-за дополнительных сопротивлений на открылках. Можно использовать шарнирные открылки с гидроуправлением. Во время копания их можно убирать за отвал, а во время

перемещения устанавливать под углом 45--90°. При работе в грунтах I и II групп уширители, кроме увеличения выработки и дальности перемещения грунта, позволяют снизить удельный расход топлива на 10--20%.

Для повышения эффективности копания грунта бульдозером используют отвалы со средним выступающим вперед ножом. Это повышает выработку машины на 20--40%. Повышения выработки достигают за счет сокращения пути и длительности набора призмы волочения.

Различают техническую и эксплуатационную производительность бульдозера. 

Технической производительностью бульдозера называют наибольший объем грунта, который машина может разработать и переместить за 1 ч работы при самых благоприятных условиях.

Техническую производительность бульдозера Пт (м3/ч) определяют по формуле

Пт= (3600 V*Ку*Кс)/Тц,

где --V объем призмы волочения, м3;

Ку -- коэффициент уклона местности;

Кс -- коэффициент сохранения грунта при транспортировании (Кс = 0,005Lт);

Тц -- время рабочего цикла, с;

Lт -- длина траншеи.

Для повышения производительности бульдозера большое значение имеет количество грунта, перемещаемого отвалом за один рабочий цикл, которое характеризуется объемом призмы волочения. При срезании стружки 4 грунт собирается перед отвалом 2 в виде призмы 1, которая выступает на расстояние А. В процессе транспортирования неизбежны потери в валики 3 через боковые щиты отвала. Чем больше призма волочения, тем выше производительность бульдозера.

Объем призмы волочения Vn (м3) ориентировочно определяют из условия, что грунт располагается под углом естественного откоса ?₀, град:

V п= B*H²/2Кp tg<?₀,

где В--ширина отвала, м;

Н--высота отвала, м; 

Кр -- коэффициентрыхления грунта, равный 1,1 …1,35 в зависимости от его плотности и влажности.

Рис. Призма волочения грунта:

1 -- призма, 2-- отвал, 3-- боковые валики, 4-- стружка.

Эксплуатационная производительность машины определяется за час илисмену работы и учитывает простои машин, связанные с необходимостью ежесменного технического обслуживания, возможными поломками и технологическими перерывами в работе, отдыхом машиниста.

Пэ = V/Т

где V -- объем отрытой траншеи, м3%;

Т -- часы работы в смену с учетом техобслуживания машины, отдыха машиниста, равное 6,82 ч;

Пути повышения производительности:

1.Выбор оптимальной схемы грунта и схемы среза;

2.Спаренная работа бульдозера.

24. Укладка и уплотнение грунтов в насыпи. Обратная засыпка траншей бульдозерами

Уплотнение грунтов выполняют с целью повышения его плотности, водонепроницаемости, сопротивлению размыву и повышаемся статическая устойчивость эксплуатации.

Уплотнение грунта зависит от механического состава, связанности грунта, начальной плотности и влажности, а также толщины уплотняемого слоя.

Уплотнение грунта в значительной мере зависит от влажности грунта. При уплотнении грунта влажность должна иметь оптимальные значения- это такая влажность, при которой максимальная плотность достигается с минимальными затратами.

При недостаточной влажности грунты увлажняют, при избыточной - подсушивают.

Увлажнение производят для каждого уложенного слоя грунта поливочными машинами равномерно и выдерживают для распределения воды по толще.

Примеры: (песчаные грунты 7-10%; супесчаные 10-15%; суглинки 15-20%; глины 20-30%)

Проектную плотность грунта получают многократным воздействием грунтоуплотняющими машинами по одному месту 4-12раз.

Способы уплотнения грунтов:

-механический;

-замачивание грунта (пески);

-естественное самоуплотнение.

Методы механического способа:

-статический;

-динамический;

-вибрационный;

-комбинированный.

Для статического метода используют машины статического действия-катки:

а - валец с гладкогокатка; 

б -пневмошинный каток;

в - кулачковый каток;

Катки являются наиболее дешевым и экономичным средством уплотнения грунта.

Толщина уплотняемого слоя зависит от вида грунта, влажности грунта и массы катка.

Комбинированное уплотнение:

Кроме статического прикладывается вибрационное воздействие, под действием которого нарушается сцепление между частицами грунта, что приводит к эффективности уплотнения, глубина в грунте увеличивается, что позволяет уменьшить затраты.

Используют катки с дополнительными гладкими вальцами.

При уплотнении в стесненных условиях для комбинированного уплотнения используют ручные, самопередвигающиеся вибрационные плиты.

Динамический способ.

При этом способе грунты уплотняются ударными нагрузками на небольшие участки грунта подвесными или ручными трамбовками.

Подвесные трамбовки используют при прокладке коммуникаций, обратной засыпке пазух котлованов.

Вибрационный способ:

Применяют в редких случаях.

При обратной засыпке грунта в узкие котлованы и траншеи особенно удобен бульдозер с поворотным отвалом; он движется вдоль траншеи, а косостоящий отвал сбрасывает в нее грунт. 

При выполнении больших объемов работ обратную засыпку грунта и его уплотнение целесообразно выполнять механизированным способом, максимально используя для этого весь имеющийся в наличии парк землеройной техники. 

25. Способы разработки грунта зимой. Виды мерзлых грунтов

Особенность разработки грунта в "мерзлом состоянии заключается в том, что при замерзании грунта механическая прочность его возрастает, а разработка затрудняется. Зимой значительно возрастает трудоемкость разработки грунта (ручных работ в 4...7 раз, механизированных в 3...5 раз), ограничивается применение некоторых механизмов - экскаваторов, бульдозеров, скреперов, грейдеров, в то же время выемки зимой можно выполнять без откосов. Вода, с которой много неприятностей в теплое время года, в замерзшем состоянии становится союзником строителей. Иногда отпадает необходимость в шпунтовых ограждениях, практически всегда в водоотливе.

В зависимости от конкретных местных условий используют следующие методы разработки грунта:

-предохранение грунта от промерзания с последующей разработкой обычными методами;

-оттаивание грунта с разработкой его в талом состоянии;

-разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением;

-непосредственная разработка мерзлого грунта.

Виды мерзлых грунтов:

-твердомерзлые;

-пластично-мерзлые;

-сыпучие мерзлые (пески с влажностью меньше 3%) разрабатываются теми же способами, что и талые грунты, но с более мощными машинами.

26. Сущность и способы предохранения грунтов от промерзания

Этот метод основан на искусственном создании на поверхности участка, намеченного к разработке в зимнее время, термоизоляционного покрова с разработкой грунта в талом состоянии. Предохранение проводится до наступления устойчивых отрицательных температур, с заблаговременным отводом с утепляемого участка поверхностных вод. Применяют следующие способы устройства термоизоляционного покрытия: предварительное рыхление грунта, вспахивание и боронование грунта, перекрестное рыхление, укрытие поверхности грунта утеплителями и др.

Предварительное рыхление грунта, а также вспахивание и боронование осуществляется накануне наступления зимнего периода на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях. При рыхлении поверхности грунта верхний слой приобретает рыхлую структуру с заполненными воздухом замкнутыми пустотами, обладающими достаточными теплоизоляционными свойствами. Вспашку производят тракторными плугами или рыхлителями на глубину 30...35 см с последующим боронованием на глубину 15...20 см. Такая обработка в сочетании с естественно образующимся снеговым покровом отдаляют начало промерзания грунта на 1,5 мес, а на последующий период уменьшают общую глубину промерзания примерно на 113.

Глубинное рыхлениепроизводят экскаваторами на глубину 1,3... 1,5 м путем перекидки разрабатываемого грунта на участке, где в последующем будет располагаться земляное сооружение.

Перекрестное рыхлениеповерхности на глубину 30...40 см, второй слой которого располагается под углом 60...90°, а каждая последующая проходка выполняется с нахлесткой на 20 см. Такая обработка, включая снежный покров, отодвигает начало замерзания грунта на 2,5...3,5 мес, резко снижается общая глубина промерзания.

Укрытие поверхности грунта утеплителями. Для этого используют дешевые местные материалы - древесные листья, сухой мох, торфяная мелочь, соломенные маты, стружки, опилки, снег. Наиболее простой способ - укладка этих утеплителей толщиной слоя 20...40 см непосредственно по грунту. Такое поверхностное утепление применяют в основном для небольших по площади выемок.

Укрытие с воздушной прослойкой. Более эффективным является использование местных материалов в сочетании с воздушной прослойкой. Для этого на поверхности грунта раскладывают лежни толщиной 8.-..10 см, на них горбыли или другой подручный материал - ветки, прутья, камыши; по ним сверху насыпают слой опилок или древесных стружек толщиной 15...20 см с предохранением их от сдувания ветром.

Такое укрытие чрезвычайно эффективно в условиях срединной России, оно фактически предохраняет грунт от промерзания в течение всей зимы. Целесообразно площадь укрытия (утепления) увеличивать с каждой стороны на 2...3 м, что предохранит грунт от промерзания не только сверху, но и сбоку.

27. Сущность и способы оттаивания мерзлых грунтов

Оттаивание происходит за счет теплового воздействия и характеризуется значительной трудоемкостью и, энергетическими затратами. Применяется в редких случаях, когда другие методы недопустимы или неприемлемы - вблизи действующих коммуникаций и кабелей, в стесненных условиях, при аварийных и ремонтных работах.

Способы оттаивания классифицируются по направлениюраспространения теплоты в грунте и по применяемому теплоносителю(сжигание топлива, пар, горячая вода, электричество).

Оттаивание грунта сверху вниз. Теплота распространяется в вертикальном направлении от дневной поверхности вглубь грунта. Способ наиболее прост, практически не требует подготовительных работ, наиболее часто применим на практике, хотя с точки зрения экономного расхода энергии наиболее несовершенен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, поэтому неизбежны значительные потери энергии в окружающее пространство.

Оттаивание грунта снизу вверх.Теплота распространяется от нижней границы мерзлого грунта к дневной поверхности. Способ наиболее экономичный, так как оттаивание происходит под защитой мерзлой корки грунта и теплопотери в пространство практически исключены. Потребная тепловая энергия может быть частично сэкономлена за счет оставления верхней корки грунта в промерзшем состоянии. Этот тонкий слой грунта в 10... 15 см будет беспрепятственно разработан экскаватором, для этого вполне хватит мощности машины. Главный недостаток этого способа в необходимости выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения.

Радиальное оттаиваниегрунта занимает промежуточное положение между двумя предыдущими способами по расходу тепловой энергии. Теплота распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревных элементов. Для того, чтобы их установить и подключить к работе требуются значительные подготовительные работы.

Для выполнения оттаивания грунта по любому из этих трех способов необходимо участок предварительно очистить от снега, чтобы не тратить тепловую энергию на его оттаивание и недопустимо переувлажнять грунт.

В зависимости от применяемого теплоносителя существует несколько методов оттаивания.

Оттаивание непосредственным сжиганием топлива. Если в зимнее время необходимо выкопать 1...2 ямы, самое простое решение - обойтись простым костром. Поддерживание костра в течение смены, приведет к оттаиванию грунта под ним на 30...40 см. Погасив костер и хорошо утеплив место прогрева опилками, оттаивание грунта внутрь будет продолжаться за счет аккумулированной энергии и за смену может достигнуть общей глубины до 1 м. Применяют способ крайне редко, так как только незначительная часть тепловой энергии расходуется продуктивно.

Огневой способприменим для отрывки небольших траншей, используется звеньевая конструкция (рис. 1) из ряда металлических коробов усеченного типа, из которых легко собирается галерея необходимой длины, в первом из них устраивают камеру сгорания твердого или жидкого топлива (костер из дров, жидкое и газообразное топливо с сжиганием через форсунку). Тепловая энергия перемещается к вытяжной трубе последнего короба, создающей необходимую тягу, благодаря которой горячие газы проходят вдоль всей галереи и грунт под коробами прогревается по всей длине. Сверху короба желательно утеплить, часто утеплителем используют талый грунт. После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее оттаивание продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла. Рис. 1

Установка для оттаивания грунта жидким топливом:

а - общий вид; б - схема утепления короба; 1 - камера сгорания; 2 - вытяжная труба; 3 - утеплитель (обсыпка талым грунтом)

Электропрогрев. Сущность данного метода состоит в пропускании электрического тока через грунт, в результате чего он приобретает положительную температуру. Используют горизонтальные и вертикальные электроды в виде стержней или полосовой стали. Для первоначального движения электрического тока между стержнями необходимо создать токопроводящую среду. Такой средой может быть талый грунт, если электроды забить в грунт до талого грунта, или на поверхности грунта, очищенного от снега, насыпать слой опилок толщиной 15...20 см, смоченных солевым раствором с концентрацией 0,2...0,5%. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, верхний слой грунта нагревается, оттаивает и сам становится проводником тока от одного электрода к другому. Опилочный слой защищает обогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, его целесообразно накрыть рулонными материалами или щитами. Этот способ достаточно эффективен при глубине промерзания или оттаивания грунта до 0,7 м.

Оттаивание грунта полосовыми электродами, укладываемыми на поверхность грунта, очищенной от снега и мусора, по возможности выровненной. Концы полосового железа отгибают кверху на 15...20 см для подключения к электропроводам. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15...20 см и смачивают раствором.

Способ применим при глубине отогрева до 0,6...0,7 м, так как при больших глубинах напряжение падает, грунты менее интенсивно включаются в работу, значительно медленнее нагреваются.

Оттаивание грунта стержневыми электродами (рис.). Данный метод осуществляют сверху вниз, снизу вверх и комбинированным способами. При оттаивании грунта вертикальными электродами стержни из арматурного железа с заостренным нижним концом забиваются в грунт в шахматном порядке, обычно используя рамку 4x4 м с крестообразно натянутыми проволоками; расстояние между электродами оказывается в пределах 0,5...0,8 м.

При прогреве сверху вниз предварительно очищают от снега и наледи поверхность, стержни забивают в грунт на 20...25 см, укладывают слой опилок, пропитанных раствором солей. По мере прогрева грунта электроды забивают глубже в грунт. Оптимальной .будет глубина прогрева в пределах 0,7...1,5 м. Продолжительность оттаивания грунта воздействием электрического тока примерно 1,5...2,0 сут, после этого увеличение глубины оттаивания будет происходить за счет аккумулированной теплоты еще в течение 1...2 сут. Расстояние между электродами 40...80 см.

Оттаивание грунта глубинными электродами:

а - снизу вверх; б - сверху вниз; 1 -талый грунт; 2 - мерзлый грунт; 3 - электрический провод; 4 - электрод- 5 - слой гидроизоляционного материала; 6 - слой опилок; I-IY-- слои оттачивания.

При прогреве снизу вверх пробуривают скважины и вставляют электроды на глубину, превышающую глубину промерзшего грунта на 15...20 см. Ток между электродами идет по талому грунту ниже уровня промерзания, при нагреве грунт отогревает вышележащие слои, которые также включаются в работу. При этом методе применять слой опилок не требуется.

Комбинированный способ используетсяпри заглублении электродов в подстилающий талый грунт и устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором. Электрическая цепь замкнется наверху и внизу, оттаивание грунта будет происходить сверху вниз и снизу вверх одновременно.

Оттаивание грунта теплоэлектронагревателями.

Данный метод основан на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяются электроматы, изготавливаемые из специального теплопроводящего материала, через который пропускают электрический ток. Прямоугольные маты, размеры которых могут закрывать поверхность от 4...8 м², укладываются на оттаиваемый участок и подсоединяются к источнику электричества напряжением 220 В. При этом образующееся тепло эффективно распространяется сверху вниз в толщу мерзлого грунта, что приводит к его оттаиванию.

28. Механическое рыхление мерзлых грунтов, их сущность

Разработка грунта мерзлыми блоками.

Механическое рыхление мерзлого грунта с использованием современных строительных машин повышенной мощности приобретает все большее распространение.

Механическое рыхление базируется на резании, раскалывании или сколе мерзлого грунта статическим или динамическим воздействием

При динамическом воздействии на грунт осуществляется его раскалывание или сколы молотами свободного падения и направленного действия. Этим способом разрыхление грунта производят молотами свободного падения (шар- и клин-молотами), подвешенными на канатах на стрелы экскаваторов, либо молотами направленного действия, когда рыхление осуществляется сколом грунта. Рыхление механическим способом позволяет осуществлять его разработку землеройными и землеройно-транспортными машинами. Молоты массой до 5 т сбрасывают с высоты 5...8 м.

Молот в форме шара рекомендуется применять при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, клин-молоты - для глинистых (при глубине промерзания 0,5...0,7 м). В качестве молота направленного действия широко применяют дизель-молоты на экскаваторах или тракторах; они позволяют разрушать промороженный грунт на глубину до 1,3 м.

Статическое воздействие основано на непрерывном режущем усилии в мерзлом грунте специального рабочего органа - зуба-рыхлителя, который может быть рабочим оборудованием гидравлического экскаватора «обратная лопата» или быть навесным оборудованием на мощных тракторах.

Рыхление статическими рыхлителями на базе трактора подразумевает в качестве навесного оборудования специального ножа (зуба), режущее усилие которого создается за счет тягового усилия трактора. Машины этого типа рассчитаны на послойное рыхление грунта на глубину 0,3...0,4 м. Число зубьев зависит от мощности трактора. Разрыхление грунта осуществляют параллельными послойными проходками через 0,5 м с последующими поперечными проходками под углом 60...90° к предыдущим. Перемещение разрыхленного грунта в отвал осуществляют бульдозерами. Целесообразно навесное оборудование крепить непосредственно на бульдозер и использовать его для самостоятельного перемещения разрыхленного грунта.

Рыхление мерзлых грунтоввзрывомэффективно при значительных объемах разработки мерзлого грунта. Метод применяют преимущественно на незастроенных участках, и ограниченно застроенных - с использованием укрытий и локализаторов взрыва (тяжелых пригрузочных плит).

В зависимости от глубины промерзания грунта взрывные работы выполняют:

_методом шпуровых и щелевых зарядов при глубине промерзания грунта до 2 м;

-методом скважинных и щелевых зарядов при глубине промерзания свыше 2 м.

Шпуры просверливают диаметром 22...50 мм, скважины -- 900...1100 мм, расстояние между рядами принимается от 1 до 1,5 м. Щели на расстоянии 0,9... 1,2 м одна от другой нарезают щеленарезными машинами фрезерного типа или баровыми машинами. Из трех соседних щелей взрывчатое вещество помещается только в среднюю, крайние и промежуточные щели служат для компенсации сдвига мерзлого грунта во время взрыва и для снижения сейсмического эффекта.

Разрыхленный взрывами грунт разрабатывается экскаваторами или землеройно-транспортными машинами.



29. Техника безопасности при производстве земляных работ

1.При наличии подземных коммуникаций в районе ведения работ необходимо получить наряд-допуск на земляные работы, согласованный со всеми коммуникациями.

2.Котлованы и траншеи в населенном пункте должны огораживаться, в ночное время необходимо включить сигнальное освещение.

3.При обнаружении взрывоопасных сооружений по периметру срочно сообщить в органы МВД и МЧС.

4.Запрещается разрабатывать грунт подкопом.

5.Толщина откоса должна быть не более допустимых значений.

6.Состояние устойчивости грунта в откосах проверяется вначале каждой смены мастером или прорабом.

7.При наличии крепления откосов также контролируют их состояние.

8.При разработке грунтов экскаваторами нахождение посторонних лиц в опасной зоне запрещается.

Радиус опасной зоны= максимальный радиус действия + 5м.

9.Опасная зона при работе многоковшовых экскаваторов распространяется в стороны и в перед на 5 м от наиболее выступающих частей экскаватора.

10.Необходимо соблюдать минимальное допустимое расстояние от элементов машин до ближайшего провода ЛЭП:

-до 1кВ - min 1,5м;

-до 20 кВ - min 2м;

-до 110 кВ - min 4м;

-до 750 кВ - min 9м;

- при большем напряжении 15 м.



30. Контроль качества земляных работ и сооружений

Процессы возведения земляных сооружений систематически контролируют, проверяя:

-положение выемок и насыпей в пространстве (в плане и высотное);

-геометрические размеры земляных сооружений;

-свойства грунтов, залегающих в основании сооружений;

-свойства грунтов, используемых для устройства насыпных сооружений;

-качество укладки грунта в насыпи и обратные засыпки (характеристики уложенных и уплотненных грунтов).

Постоянный контроль за качеством производства работ осуществляют инженерно-технические работники, операционный контроль производят с привлечением представителей геодезической службы и строительной 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. Данный контроль осуществляют с помощью геодезических приборов, а также простейших инструкций.

31. Назначения и классификация свай. Схема расположения свай в плане, заделка свай в ростверк

Сваи применяют для устройства фундаментов под различные здания и сооружения, повышения несущей способности слабых грунтов, шпунтовые сваи - для укрепления стенок котлованов от обрушения.Сваи подразделяют по целому ряду признаков на несколько групп:

- по материалу - деревянные, металлические, бетонные и железобетонные, комбинированные, грунтовые;

- по конструкции - квадратные, трубчатые, прямоугольные и многоугольные, с уширением и без него, цельные и составные, призматические и конические, сплошного сечения и пустотелые, винтовые и сваи-колонны; - по способу устройства - забивные, изготовляемые на заводе или на самой площадке и погружаемые в грунт, и набивные, устраиваемые непосредственно в грунте (в заранее пробуренной скважине); - по характеру работы (по способу передачи нагрузки на основание) - сваи-стойки, которые передают нагрузку от здания своими концами на скальный или практически несжимаемый грунт, и висячие сваи, передающие нагрузку за счет трения грунта по боковой поверхности сваи; - по виду воспринимаемой нагрузки -- центральная, вертикально действующая нагрузка, нагрузка с эксцентриситетом, и усилия выдергивания; - по виду армирования железобетонных свай - с напрягаемой и ненапрягаемой продольной арматурой, с поперечным армированием и без него.

Типы свайных фундаментов

а - на сваях-стойках; б - на висячих сваях 1)плотный известняк 2)суглинок илистый пластичный 3)ил 4)илистый песок 5)торф 6)растительный слой

По расположению свай в плане различают следующие виды свайных фундаментов:1) одиночные сваи применяют под легкие сооружения в качестве опор (теплицы, склады), когда несущей способности одной сваи достаточно для передачи нагрузки на грунт.Сложность: необходимо точно забить (погрузить), отклонение от оси в плане у одиночных свай ±5 см, от вертикальной оси не более 5є.

2) группы свай (свайный куст), устраивают под колонны или отдельные опоры конструкций, передающие значительные вертикальные нагрузки (рис.а).3) ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий и другие протяженные конструкции. Сваи в таком фундаменте располагаются в один или несколько слоев и сваи в шахматном порядке (рис.б). 4) сплошные свайные поля устраивают под тяжелые сооружения башенного типа, имеющие ограниченные размеры в плане. Сваи располагаются в определенном порядке под всем сооружением (рис. в).

а- свободное опирание; б - жесткое опирание; 1 - свая; 2 - ростверк; 3 - песчаная подготовка; 4 - выпуск арматуры из сваи; 5 - арматурная сетка. Сопряжение свайного ростверка со сваями бывает свободно опирающимся и жестким. Свободное опирание ростверка на сваи должно учитываться в расчете как шарнирное сопряжение и при монолитных ростверках должно выполняться путем заделки голов свай в ростверке на глубину 5--10 см. Заделка выпусков арматуры в ростверке в этом случае не обязательна .Свободное опирание принимают для центрально нагруженных свай. Жесткое сопряжение свай по сборным ' ростверкам должно обеспечиваться замоноличиванием свай в отверстия, предусмотренные в ростверке.

32. Выбор способа погружения свай. Виды копровых установок и молотов

Способ погружения сваи определяется грунтовыми условиями и ее конструктивными особенностями - длинной, диаметром, массой. Чаще всего применяется ударный метод монтирования забивных свай, осуществляемый при помощи падающих дизельных или механических молотов. Ударное погружение целесообразно применять в любых грунтах для свай забивных металлических и железобетонных, имеющих длину до 30 метров. Вибропогружение свай производится в супесчаном водонасыщенном или рыхлом песчаном грунте. Вибровдавливание рекомендовано при забивке сваи в глину, суглинок, мягкопластичный, текучепластичный грунт. В определенных случаях применяются механизмы комбинированного типа, например, вибромолоты. В них применяется ударная сила молота при действии вибропогружающего устройства. Тип молота для забивки свай выбирают исходя из несущей способности и массы забивной сваи, а также от характеристик грунта. Процедура забивки свай осуществляется в строгой последовательности, задаваемой технологическим процессом и видом грунтовых условий. В несвязном грунте используется последовательно-рядовой способ забивки. Концентрическая схема, для которой характерна забивка от границ свайного поля к его центру, применяется в слабом, водонасыщенном грунте. При этом способе происходит сильное уплотнение грунта в центре зоны и выпирание свай. В слабосжимаемом грунте применяется концентрическое погружение свай от центра поля к его границам - при других способах существует риск отклонения свай из-за неравного уплотнения грунта

Копровые установки (Копры) предназначены для погружения свай в грунт забивкой при помощи специального рабочего оборудования - свайный молот.

Различаются следующие виды копровых установок :вертикальные копры- для забивки вертикальных свай, наклонные и маятниковые копры- для забивки наклонных свай, универсальные- для забивки свай в любом положении и копры на базе экскаватора и гусеничного крана. Копры могут быть смонтированы на катках, колесных и гусеничных тележках и плавучих средствах.

33. Очередность забивки свай в зависимости от грунтовых условий .Состав операций при погружении свай ударным способом

До начала погружения свай в грунт выполняют комплекс подготовительных работ в соответствии с проектом производства свайных работ, в состав которого входят: доставка готовых свай или материалов для изготовления набивных свай, доставка и монтаж оборудования для погружения или изготовления свай, разработка схемы перемещения сваебойной установки с указанием очередности погружения (изготовления) свай; планировка свайного основания и разбивка осей свайных рядов, устройство подмостей; пробная забивка свай для уточнения расчета несущей способности сваи. Последовательность забивки свай устанавливается проектом с учетом свойств грунта. Забивка свай происходит в строгой последовательности. Существует несколько таких схем: - последовательно-рядовая схема используется при устройстве свайного фундамента в несвязных грунтах, глинах и суглинках, характеризуется неравномерным осадком грунта и отклонением свай от проектных показателей; - концентрическая схема подразумевает забивку свай от краев свайного поля к центру, особенностью является выпирание свай и сильное уплотнение грунта в центре, целесообразно применять в слабых и водонасыщенных грунтах. Рекомендуют применение концентрической схемы забивки в слабосжимаемых грунтах, при других схемах сваи могут отклониться, т.к. происходит неравномерное уплотнение и обжатие грунта; - секционная схема применяется в связных грунтах, сначала забивают сваи в граничных рядах секций, далее применяют последовательно-рядовую схему забивки в секции. Данная схема характеризуется равномерным распределением нагрузки на грунт по всей площади свайного поля. Ударный метод погружения свай основан на забивке свай молотами--механическими, паровоздушными одиночного и двойного действия и дизель-молотами, которые работают с копрами или мобильными копровыми (сваебойными) установками, обеспечивающими направленное движение сваи и молота и механизацию вспомогательных операций.Этим методом можно погружать различные железобетонные сваи (сплошные, трубчатые, крестообразные), а также деревянные сваи, деревянный и стальной шпунты.Процесс забивки сваи состоит из следующих операций: перемещения (переезда) сваебойной установки к месту погружения очередной сваи; установки и выверки, подтаскивания, подъема сваи и установки ее в плане в проектное положение; забивки сваи; измерения погружения сваи; динамического ее испытания.

34. Технология забивки свай, срезка оголовков свай

С предприятий строительной индустрии или с баз комплектации строительных организаций деревянные и железобетонные сваи, шпунтовые сваи и стальные трубы доставляют в подготовленном виде к месту работ.

Забивка свай происходит при помощи удара, вибрации, вдавливания, завинчивания, с использованием электроосмоса и подмыва. Эти методы можно также комбинировать. Эффективность использования какого-либо из данных методов зависит в большей степени от фунтовых условий. Список всех необходимых элементов для устройства забивных свай: специальные молоты; наголовник; копры; сваебойные самоходные установки; вибропогружатель.

Оголовок сваи можно не только сколоть, но и срезать. Причем эта технология применима к сваям любого типа. Ведь резанию поддается и железобетон, и металл и древесина. И все три типа конструкционных материал можно обработать одним и тем же приспособлением, меняя лишь режущий инструмент (цепь, диск или фрезу). Для срезки оголовков свай используется классический режущий или абразивный инструмент, ручного или станочного типа. Классические резаки - это ленточные или дисковые пилы, а абразивные - это обычные углошлифовальные машины (болгарки). Процесс срезки не зависит от типа режущего инструмента и выглядит следующим образом:

1. На свае маркируют линию среза.

2. Пилу или абразивный круг доводят до рабочих оборотов, включив соответствующий привод.

3. Далее, по маркированной окружности проводится калибрующая борозда, после чего инструмент врезается в тело опоры и двигается либо по кольцу, приближаясь к центру, либо по прямой - от края до края. При необходимости в зону резания вводится охлаждающая жидкость, предотвращающая горение режущего инструмента и самой сваи.



35. Вибрационный способ погружения свай. Виброударный способ погружения свай. Статическое вдавливание свай

Процесс погружения тела, подвергаемого действию вибрирования, в грунт является весьма сложным механическим явлением. Если к голове сваи, заглубленной в грунт на незначительную глубину, присоединить вибратор направленного действия, возбуждающий продольные вибрации сваи, и масса с вибратором будет меньше величины критической нагрузки на сваю, то работа вибратора будет оказывать на грунт и' сваю различные механические воздействия.

На низких частотах возникнут слабые колебания сваи и грунта при полном положении равновесия, слои грунта вокруг сваи будут перемещаться вместе с ней, и свая погружаться не будет. При увеличении же частоты вибратора возникнут взаимные смещения сваи по отношению к грунту, что приведет к проскальзыванию боковых поверхностей сваи по грунту (срыв сваи).

После срыва сваи сопротивление грунта погружению уменьшается и для продолжения этого процесса достаточны незначительные внешние силы -- менее потребныд для погружения без вибрирования.

Сваи преодолевают лобовое сопротивление грунта по-разному, в зависимости от его физико-механических свойств. В сухих грунтах (песчаные, плотные, глинистые), а также при наличии твердых прослоек лобовые сопротивления преодолеваются ударами острия сваи, в результате чего свая внедряется, а грунт выпирает в стороны. В водонасыщенных грунтах под влиянием возникающих у острия сваи знакопеременных давлений грунт разжижается, и она погружается под влиянием собственной массы, если давление жид-кообразного грунта меньше массы свай с погружателем.

Применение вибрационного метода для погружения свай маловлажные плотные грунты возможно лишь при устройстве лидирующих скважин, т. е. при предварительном выполнении другого процесса, требующего буровых механизмов.

Более универсальным является виброударный метод погружения свай с помощью вибромолотов, которые по виду привода разделяются на электрические, пневматические, гидравлические и вибромолоты с двигателем внутреннего сгорания;