Исследование механических способов очистки городских водоемов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследования механических способов очистки городских водоёмов

Е.С. Иванов - канд. техн. наук, профессор

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет

природообустройства», г. Москва, Россия

Водоёмы г. Москвы формируют ландшафтный облик и являются основой природного комплекса столицы, составляя вместе с реками 13,5% всей территории города. Благодаря живописному пересеченному рельефу и разнообразной растительности прибрежные территории водоёмов обладают высокой эстетической ценностью ландшафтного комплекса и привлекательны, как места рекреации и отдыха для жителей столицы.

Гидрографическая сеть в пределах границ города включает более 600 мелких и крупных водоёмов общей площадью около 1100 га. По состоянию на настоящее время 73% водоёмов находятся в неудовлетворительном состоянии нуждаются в особых условиях, влияющих на организацию и технологию производства работ по их реконструкции.

Особыми условиями могут быть:

1) стеснённость из-за близкого расположения к ним различных строений, асфальтированных или мостовых проездов, дорожек;

2) наличие по берегам искусственных посадок деревьев и кустарников, подземных коммуникаций, проездов, дорог и т.д.;

3) расположение в зонах ландшафтного обустройства, в зонах отдыха;

4) отсутствие свободных площадок для размещения отвалов грунта, для стоянок строительной техники и транспортных средств;

5) специфичность донных отложений по химико-биологическому составу и запаху;

6) расположение на густонаселенной городской территории;

7) наличие в многолетних донных отложениях большого количества различных включений (бытового обихода, строительного мусора, погребённой древесины и др.).

С учетом этих условий предъявляются и особые требования к организации и технологии производства работ по очистке водоёмов:

выполнять работы в стесненных условиях и в сжатые сроки;

создавать минимальные неудобства для населения в период производства работ;

соблюдать повышенные требования по технике безопасности при производстве работ на густонаселенной территории;

сохранять окружающую природную и культурную среды;

соблюдать санитарно-эпидемиологические нормы;

выбирать места и соблюдать условия складирования и обезвреживания донных отложений;

С учетом условий и расположения водоёмов, их размеров, объёмов работ, повышенных требований к организации и технологии производства работ нами проведены исследования по следующим механическим способам очистки городских водоёмов.

Механический способ - традиционный, основанный на использовании обычных строительных машин, располагающихся по берегам водоёмов.

Механический способ, предусматривающий расположение землеройных машин на берегу и на дне осушенного водоёма.

Механический способ, основанный на использовании обычных строительных и транспортных машин, располагающихся на временных насыпных подъездных путях.

Механический традиционный способ (рис. 1) основан на использовании строительных и транспортных машин, располагающихся и работающих с берегов водоёма (пруд, река). Разработка донных отложений пруда может осуществляться из-под воды, или после сброса воды, после их предварительного осушения.

Рабочие параметры экскаваторов «драглайн» или «обратная лопата» удовлетворять следующему условию

2R_р ? В,

где R_р - радиус разработки экскаватора, м;

В - ширина водоёма по верху, м.

Рис. 1. Организационно-технологическая схема разработки донных отложений без предварительного осушения водоёма.

1 - автосамосвал; 2 - экскаватор-драглайн; 3 - донные отложения; R_p - радиус резания; В - ширина водоёма

автосамосвалы экскаватор водоем очистка

В таблице даны ориентировочные рекомендации по комплектованию автосамосвалов с экскаваторами.

При этом способе экскаватор и автосамосвалы перемещаются вдоль берега по периметру водоёма от забоя к забою. Разработка грунта может выполняться из-под воды при глубине воды до 1,0 м специальным ковшом, применяемым для очистки мелиоративных каналов. Особые требования к автосамосвалам - наличие герметичности в кузовах во избежание вытекания грунтовой массы по пути следования машин.

Таблица 1. Рекомендуемые автосамосвалы для комплектования с экскаваторами-драглайнами при очистке городских водоёмов

В случае отсутствия воды, разработка донных отложений может выполняться стандартным ковшом (рис. 2).

автосамосвал экскаватор водоем очистка

Рис. 2. Организационно-технологическая схема разработки донных отложений после их предварительного осушения:

1 - автосамосвал; 2 - экскаватор-драглайн; 3 - донные отложения; R_p - радиус резания; В - ширина водоёма

Требования к герметичности кузова автосамосвалов менее жесткие, так как донные отложения в этом случае находятся не в текучем состоянии и менее водонасыщенные

Для подсушивания донных отложений и улучшения работы в забое необходимо организовать сброс воды из пруда. С этой целью в начале работ до удаления донных отложений, необходимо разработать в нижней части пруда приямок, установить возле него насос и откачать воду через ближайший колодец в ливнесток или имеющийся вблизи водоприемник (рис. 3).

Начиная от приямка, вдоль берега по дну пруда экскаватор должен разработать опережающую водосборосную канаву с уклоном в сторону приямка и только после этого начинать разрабатывать донные отложения на участке дна, примыкающего к канаве.

Рис. 3. Схема предварительного осушения донных отложений пруда: 1 - насосный агрегат; 2 - водосборный приямок; 3 - водосборная канава;

4 - разрабатываемая часть донных отложений на дне пруда;

5 - осушаемая часть донных отложений; 6 - урез донных отложений

Механический способ (рис. 4) основан на использовании комплекта обычных строительных машин, располагающихся по берегам и по предварительно осушенному дну водоёма, заключается в следующем.

Как и в первом способе, экскаватор и автосамосвалы находятся на берегу водоёма. Число мест стоянок машин на берегу может быть ограничено. В этом случае к забою (местам стоянок) экскаватора грунт по дну водоёма перемещается с помощью бульдозера с уширенными гусеницами (болотный тип). Осушение донных отложений осуществляется, как и в первом способе (рис. 4).

Рис. 4. Организационно-технологическая схема разработки донных отложений после их предварительного осушения с использованием комплекта машин: 1 - автосамосвал;

2 - экскаватор; 3 - донные отложения; 4 - бульдозер; R_в - радиус выгрузки; R_p - радиус резания

Бульдозер поперечными ходами перемещает донные отложения к забою экскаватора. Экскаватор с рабочим оборудованием «драглайн» или «обратная лопата» с обычным стандартным ковшом разрабатывает в забое этот грунт с погрузкой в автосамосвалы.

Основное условие для выбора экскаватора - радиус резания должен быть не менее расстояния от оси экскаватора до внешнего откоса временного отвала грунта в забое. Разработку донных отложений можно вести с одного или с двух берегов.

Максимальная дальность перемещения грунта бульдозером в этих условиях не должна превышать 50 м. Следовательно, этот способ производства работ может применяться при ширине водоёма по дну до 100 м при двухсторонней разработке и до 50 м при односторонней разработке донных отложений.

Механический способ (рис. 5) основанный на использовании строительных машин, располагающихся на временных насыпных подъездных путях, применим как в теплое время года, так и в зимний период.

Рис. 5. Организационно-технологическая схема разработки донных отложений с временных насыпных дорог: 1 - временная насыпная дорога; 2 - донные отложения; 3 - водосборная канава

Сущность способа в том, что после сброса воды из водоёма через ливнестоки или в ближайший водоприемник, поперек водоёма параллельно друг другу пионерным способом отсыпаются временные дороги из песчаных или гравийно-песчаных грунтов.

Расстояние между дорогами и берегом назначается, исходя из величины радиуса разработки используемого экскаватора. Экскаватор для разработки донных отложений должен иметь в качестве рабочего органа драглайн или обратную лопату. Расстояние между дорогами не должно превышать двух радиусов резания экскаватора.

Предпочтение следует отдавать драглайну, так как у равных по мощности и вместимости ковшей экскаваторов, у драглайна больше радиус резания и, следовательно, потребуется отсыпать меньшее количество дорог, что уменьшит стоимость их устройства.

При этом способе очистки водоёма экскаватор располагается на насыпной дороге и ведет разработку донных отложений в полукруглом забое слева, спереди и справа от дороги, постепенно отступая от забоя.

Автосамосвалы задним ходом по насыпной дороге подъезжают под погрузку.

Отступая от забоя, экскаватор постепенно разрабатывает песчаный или песчано-гравийный грунт в насыпи дороги и отсыпает его на дно отработанного забоя или, если это не предусмотрено проектом, в автосамосвалы для последующего использования.

Процесс подбора и комплектования машин сложен и неоднозначен и не может быть выполнен сразу без уточнения и оценки возможных вариантов.

Общая блок-схема решения задач по комплексной механизации работ по очистке городских водоёмов нами предложена на рис. 6. По блок-схеме можно проследить моменты, когда требуется проводить анализ и оценку принимаемых решений. При неудовлетворительных показателях, что на схеме показано знаком ( - ), необходимо рассматривать новые варианты до тех пор, пока не будет найдено удовлетворительное для данного этапа решение. После этого можно переходить к решению следующей задачи в направлении стрелки со знаком ( + ).

Выбирая ведущие машины в комплектах, следует увязывать рабочие параметры и габариты машин с размерами водоёмов и площадей стоянок, а их производительность - с требуемой интенсивностью работ.

При выборе комплектующих машин следует руководствоваться следующим:

число типов и марок в комплекте должно быть минимальным;

по возможности использовать такие, которыми можно выполнить несколько не ведущих операций (наиболее универсальными на земляных работах являются бульдозеры);

машины не должны работать на предельных рабочих параметрах, так как это приводит к снижению их производительности и быстрому износу;

производительность машин должна быть достаточной для обеспечения полной загрузки ведущих машин.

Рис. 6. Блок-схема решения задач по комплексной механизации очистки городских водоёмов

Рис. 7. Графики потребности в основных строительных машинах в зависимости от интенсивности выполнения работ

Потребность в ведущих машинах N можно определить, как отношение проектной интенсивности работ J к производительности машины П

N = J/П. (1)

Потребность в комплектующих машинах на одну ведущую машину, при полной загрузке всех машин, можно определить из условия обеспечения равенства

М₁/n₁ = М₂/n₂ = М₃/n₃ = …, М_n/n_n, (2)

где М₁, М₂, М₃, …, М_n - машиноёмкость каждой машины, входящей в состав комплекта; n₁, n₂, n₃, …, n_n - число соответствующих машин в составе комплекта, при котором все они полностью загружены работой.

Для определения необходимого числа машин каждого типа необходимо принять за единицу ту машину, машиноёмкость которой наименьшая. Например, если в равенстве (2) максимальной машиноёмкостью будет М_n, тогда необходимое число всех других машин можно определить по формулам:

n₁ = n_n • ; n₂ = n_n • ; n₃ = n_n • . (3)

После расчета дробные числа необходимо «округлить» до целого числа машин.

Выбор машин и их комплектование следует проводить на основе оптимизации решений с использованием экономико-математических методов и компьютерной техники.

При ориентировочном выборе основных строительных машин для очистки городских водоёмов, предлагается пользоваться графиками (рис. 7) и рекомендациями таблицы.

После этого более определенно можно решать вопрос о применении тех или иных машин с учетом рационального размещения их на объекте и полноты использования.

Сравнение возможных вариантов производства работ по каждому способу в первом приближении можно выполнить по прямым или приведенным затратам. При близких или одинаковых себестоимостях работ, предпочтение следует отдавать менее трудоёмкому варианту.

Вывод. Предлагаемые нами рекомендации позволяют обоснованно выбирать способ и машины для комплексной механизации работ при очистке городских водоёмов, уменьшить трудоёмкость и стоимость работ.

Размещено на Allbest.ru