Разработка грунта в отвал что это
Перечень операций для разработки грунта
Механизированная разработка грунта — это процесс снятия верхнего слоя почвы и вывоз его с площадки строительства. Для проведения этого комплекса операций требуется специальное землеройное и транспортное оборудование, которое управляется ручным способом. К нему относятся: бурильные машины, бульдозеры, грейдеры, гусеничные и колесные экскаваторы, самосвалы. Для выполнения работ любую технику можно взять в аренду.
Для разработки грунта с помощью землеройной техники в траншеях и котлованах входят следующие операции
1. Планирование работ.
Для проведения работ необходимо уточнить виды спецтехники, которая потребуется (грейдер, экскаватор, бульдозер и др.), провести геодезическую съемку. Удалить растительный слой или снежный покров, рассчитать ширину и глубину траншеи или котлована. Если работы проводятся экскаватором, то необходимо учесть его проходы и затрачиваемое на это время.
2. Выравнивание слоя.
Перед разработкой грунта необходимо сравнять поверхность с помощью экскаватора, точнее, его зачищающего устройства. С помощью глубиномера (прибор для измерения глубины копания) можно обеспечить точность выравнивания. Грунт, зачищенный с низа котлована, убирают на расстояние не менее 40 м.
3. Вывоз грунта.
Земляные массы перемещаются в отвал после разработки бульдозером. Вывозят грунт самосвалы, грузоподъемность которых составляет от 10 до 27 тонн.
Для чего применяют разработку грунта:
* Механизированная разработка грунта экскаватором в котловане делается под устройство фундаментов жилых, промышленных и общественных зданий. Сопровождается укреплением стенок вертикальных, в случае протекания рядом подземных вод.
* Работа с грунтом в траншеях применяется при ремонте и прокладке труб для инженерных подземных коммуникаций. Копка производится экскаватором, и образует колею.
* При строительстве стадионов, парковок, трасс производится расчистка территории, которая осуществляется с помощью бульдозера или экскаватора, и не требует наличия геодезической съемки.
Разработка грунта экскаватором применяется для удаления мягкого цельного грунта или мелких скальных пород. Эта спецтехника может быть оснащена следующими рабочими забоями (органами):
* Обратной или прямой лопатой. Может использоваться для копки котлована ниже или выше уровня стоянки экскаватора;
* Гидромолотом, который нужен для работ с мерзлой почвой или каменистыми породами в котловане;
* Грейфером, он применяется для захвата грунта из котлована на глубине от 1 до 16 м и выноса его на поверхность.
Разработка грунта бульдозером (спецтехникой с навесным щитом, который применяется для переноса грунта по слоям расстояние до 300 м) является отчасти финальным выравниванием поверхности за счёт перемещения верхнего неровного слоя грунта в одно место для последующего вывоза. Забой бульдозера на гусеничном или колесном ходу бывает неподвижным и поворотным.
Вывоз грунта самосвалами (автомобилями грузовыми, которые позволяют высыпать грунт, вынутый из котлована с помощью системы наклоняемого кузова, что значительно сокращает утилизацию отработанных грунтовых масс по времени. Его грузоподъемность может достигать до 40 т.
Отвал грунта
Способы разработки грунта
Выбор способа производства земляных работ зависит от свойств грунта, объемов работ, вида земляных сооружений, гидрогеологических условий и других факторов. Технологический процесс выполнения земляных работ состоит из разработки грунта, транспортировки, укладки в отвал или насыпь, уплотнения и планировки. Для механизации земляных работ применяют одноковшовые строительные экскаваторы с гибкой и жесткой подвеской рабочего оборудования в виде прямой и обратной лопаты, драглайна, грейфера, землеройно-планировочного, планировочного и погрузочного устройств; экскаваторы непрерывного действия, к которым относятся цепные многоковшовые, цепные скребковые, роторные многоковшовые и роторные бесковшовые (фрезерные); бульдозеры, скреперы, грейдеры (прицепные и самоходные), грейдеры-элеваторы, рыхлители, бурильные машины. В комплект машин для механизированной разработки грунта кроме ведущей землеройной машины включаются также вспомогательные машины для транспортировки грунта, подчистки выемки дна, уплотнения грунта, отделки откосов, предварительного рыхления грунта и т. п. в зависимости от вида работ.
Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами
В промышленном и гражданском строительстве применяют экскаваторы с ковшом вместимостью от 0,15 до 4 м3. При выполнении больших объемов земляных работ на гидротехническом строительстве применяются более мощные экскаваторы с вместимостью ковша до 16 м3 и более.
Экскаваторы на колесном ходу рекомендуется применять при работах на грунтах с высокой несущей способностью при рассредоточенных объемах работ, при работах в городских условиях с частыми перебазировками; экскаваторы на гусеничном ходу применяют при сосредоточенных объемах работ при редких перебазировках, при работах на слабых грунтах и разработке скальных пород; навесные экскаваторы на пневмоколесных тракторах — при рассредоточенных объемах работ и при работе в условиях бездорожья.
Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами ведется проходками. Число проходок, забоев и их параметры предусматриваются в проектах и технологических картах производства земляных работ для каждого конкретного объекта в соответствии с параметрами земляных сооружений (по рабочим чертежам) с оптимальными рабочими размерами оборудования экскаваторов.
Одноковшовые экскаваторы относятся к машинам цикличного действия. Время рабочего цикла определяется суммой отдельных операций: продолжительность заполнения ковша, поворот на выгрузку, разгрузку и поворот в забой. Наименьшие затраты времени на выполнение рабочего цикла обеспечиваются при следующих условиях:
Забоем называется рабочая зона экскаватора. К этой зоне относится площадка, где размещается экскаватор, часть поверхности разрабатываемого массива и место установки транспортных средств или площадка для укладки разрабатываемого грунта. Геометрические размеры и форма забоя зависят от оборудования экскаватора и его параметров, размеров выемки, видов транспорта и принятой схемы разработки грунта. В технических характеристиках экскаваторов любой марки приведены, как правило, максимальные их показатели: радиусы резания, выгрузки, высота выгрузки и др. При производстве земляных работ принимают оптимальные рабочие параметры, составляющие 0,9 максимальных паспортных данных. Оптимальная высота (глубина) забоя должна быть достаточной для заполнения ковша экскаватора за одно черпание, она должна быть равна вертикальному расстоянию от горизонта стоянки экскаватора до уровня напорного вала, умноженному на коэффициент 1,2. Если высота забоя относительно мала (например, при разработке планировочной выемки), целесообразно использовать экскаватор вместе с бульдозером: бульдозер разрабатывает грунт и перемещает его к рабочему месту экскаватора, затем окучивает грунт, обеспечивая при этом достаточную высоту забоя. Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены так, чтобы средний угол поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки был минимальным, так как на поворот стрелы расходуется до 70% рабочего времени цикла экскаватора.
По мере разработки грунта в забое экскаватор перемещается, отработанные участки называются проходками. По направлению движения экскаватора относительно продольной оси выемки различают продольный (с лобовым или торцовым забоем) и поперечный (боковой) способы разработки. Продольный способ состоит в разработке выемки проходками, направление которых выбирается по наибольшей стороне выемки. Лобовой забой применяется при разработке съезда в котлован и при рытье начала выемки на крутых косогорах. При лобовом забое грунт разрабатывается на всю ширину проходки. Торцевой забой применяется при разработке выемок ниже уровня стоянки экскаватора, при этом экскаватор, передвигаясь задним ходом по поверхности земли или на уровне, расположенном выше дна выемки, разрабатывает торец выемки. Боковые забои применяются для разработки выемки прямой лопатой, при этом пути транспортных средств устраиваются параллельно оси перемещения экскаватора или выше подошвы забоя. При боковом способе полная ширина проходки может быть получена путем последовательной разработки ряда проходок. Поперечным (боковым) способом разрабатывают выемки с отсыпкой грунта в направлении, перпендикулярном оси выемки. Поперечный способ применяется при разработке протяженных нешироких выемок с отсыпкой кавальеров или при устройстве насыпей из боковых резервов.
Некоторые виды выемок (например, планировочные) можно разрабатывать боковым забоем с движением транспорта на одном уровне с экскаватором. Иногда для перехода к разработке с боковым забоем необходимо вначале отрывать так называемую пионерную траншею, которую экскаватор начинает разрабатывать, спустившись на дно забоя по пандусу. Если высота выгрузки экскаватора больше или равна сумме глубины выемки, высоты борта самосвала и «шапки» над бортом (0,5 м), пионерную траншею разрабатывают боковым забоем при движении транспорта по дневной поверхности на расстоянии не менее 1 м от края выемки. При значительных в плане размерах выемки ее разрабатывают поперечными проходками вдоль меньшей стороны, при этом обеспечивается минимальная длина пионерной траншеи, что позволяет организовать наиболее производительное кольцевое движение транспорта. Выемки, глубина которых превосходит максимальную глубину забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов. При этом нижний ярус разрабатывают аналогично верхнему, а автомобили подают к экскаватору так, чтобы ковш находился на кузов сзади. Трасса движения автомобиля в этом случае должна быть параллельна оси проходки экскаватора, но направлена в противоположную сторону.
Экскаватор, оборудованный обратной лопатой, применяется при разработке грунта ниже уровня стоянки и наиболее часто используется при рытье траншей для укладки подземных коммуникаций и небольших котлованов под фундаменты и другие сооружения. При работе с обратной лопатой также применяют торцовый или боковой забой. Наиболее целесообразно применять экскаватор с обратной лопатой для разработки котлованов глубиной не более 5,5 м и траншей до 7 м. Жесткое крепление ковша обратной лопаты дает ему возможность рыть узкие траншеи с вертикальными стенками. Глубина разрабатываемых узких траншей больше, чем глубина котлованов, так как экскаватор может опускать стрелу с рукоятью в самое нижнее положение, сохраняя устойчивость.
Экскаватор с рабочим оборудованием драглайн применяется при разработке больших и глубоких котлованов, при возведении насыпи из резервов и т. п. Преимуществами драглайна являются большой радиус действия и глубина копания до 16-20 м, возможность разрабатывать забои с большим притоком грунтовых вод. Драглайн разрабатывает выемки торцовыми или боковыми проходками. Для торцовой и боковой проходок организация работ драглайна аналогична работе обратной лопаты. При этом сохраняется такое же соотношение максимальной глубины резания. Драглайн обычно передвигается между стоянками на 1/5 длины стрелы. Разработка грунта драглайном чаще всего производится в отвал (односторонний или двусторонний), реже — на транспорт.
Разработка грунта экскаваторами непрерывного действия осуществляется при отсутствии в грунтах камней, корней и т. п. До начала работы вдоль трассы траншеи бульдозером планируется полоса земли шириной не менее ширины гусеничного хода, затем разбивается и закрепляется ось траншеи, после чего начинается отрывка ее со стороны низких отметок (для стока воды). Многоковшовые экскаваторы разрабатывают траншеи ограниченных размеров и, как правило, с вертикальными стенками.
Разработка грунта землеройно-транспортными машинами
Основными видами землеройно-транспортных машин являются бульдозеры, скреперы и грейдеры, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.
Производство земляных работ бульдозерами
Бульдозеры применяются в строительстве для разработки грунта в неглубоких и протяженных выемках и резервах для перемещения его в насыпи на расстояние до 100 м (при применении более мощных машин расстояние перемещения грунта может быть увеличено), а также на расчистке территории и планировочных работах, на зачистке оснований под насыпи и фундаменты зданий и сооружений, при устройстве подъездных путей, разработке грунта на косогорах и т. п.
Рис. 7. Способы резания грунта бульдозером:
а — обычное резание; б — гребенчатое резание
В практике земляных работ имеется несколько способов резания грунта бульдозером (рис. 7):
Гребенчатая схема позволяет уменьшить длину резания за счет увеличения средней глубины стружки. Кроме того, при каждом заглублении ножа скалывается грунт под призмой волочения и на отвале уплотняется уже срезанный грунт. Благодаря этому сокращается время резания и увеличивается объем грунта на отвале.
При производстве земляных работ бульдозерами успешно применяется способ резания под уклон, основанный на рациональном использовании тягового усилия трактора. Суть его в том, что при движении трактора под уклон высвобождается часть тягового усилия, необходимого для перемещения самой машины, за счет чего грунт можно разрушать более толстым слоем. При работе бульдозера под уклон облегчается скалывание грунта, снижается сопротивление призмы волочения, которая движется частично под действием собственного веса. При отсутствии естественного уклона его можно создавать первыми проходками бульдозера. При работе под уклон 10-15 градусов производительность возрастает примерно в 1,5-1,7 раза.
Рис. 8. Схемы работы бульдозера:
а — однослойным зарезанием; б — траншейным зарезанием. Цифрами указана очередность резания
Бульдозер работает по схемам, приведенным на рис. 8. Однослойным резанием с перекрытием полос на 0,3-0,5 м снимают растительный слой. Затем бульдозер перемещает грунт в отвал или промежуточный вал и возвращается к месту нового резания без разворота, задним ходом (челночная схема), или с двумя поворотами. Траншейная разработка производится с оставлением перемычек шириной 0,4 м в связных грунтах и 0,6 м в малосвязных. Глубина траншей принимается 0,4-0,6 м. Перемычки разрабатываются после прохода каждой траншеи.
Производство земляных работ скреперами
Эксплуатационные возможности скреперов позволяют использовать их при отрывке котлованов и планировке поверхностей, при устройстве различных выемок и насыпей. Скреперы классифицируются:
Скреперами ведут разработку, транспортирование (дальность транспортирования грунта колеблется от 50 м до 3 км) и укладку песчаных, супесчаных, лессовых, суглинистых, глинистых и других грунтов, не имеющих валунов, а примесь гальки и щебня не должна превышать 10%. В зависимости от категории грунтов резать их наиболее эффективно на прямолинейном участке пути при движении под уклон 3-7 градусов. Толщина разрабатываемого слоя в зависимости от мощности скрепера колеблется от 0,15 до 0,3 м. Разгружают скрепер на прямолинейном участке, при этом поверхность грунта разравнивают днищем скрепера.
Рис. 9. Способы срезания стружки при работе скрепера:
а — с наполнением ковша стружкой постоянной толщины; б — с наполнением ковша стружкой переменного сечения; в — гребенчатый способ наполнения ковша стружкой; г — наполнение ковша способом клевков
Различают несколько способов срезания стружки при работе скрепера (рис. 9):
В зависимости от размеров земляного сооружения, взаимного расположения выемок и насыпей применяют различные схемы работы скреперов. Наиболее распространенной является схема работы по эллипсу. При этом скрепер каждый раз поворачивается в одну сторону.
Рис. 10. Способы разработки забоя:
а — траншейно-гребенчатый; б — ребристо-шахматный
При работе в широких и длинных забоях наполнение ковша скрепера осуществляется траншейно-гребенчатым и ребристо-шахматным способами. При траншейно-гребенчатом способе (рис. 10) разработка забоя ведется от края резерва или выемки параллельными полосами постоянной глубины 0,1-0,2 м, одинаковыми по длине. Между полосами первого ряда оставляют полосы несрезанного грунта — гребни, по ширине равные половине ширины ковша. Во втором ряду проходов забирают грунт на полную ширину ковша, срезая гребень и образовывая под ним траншею. Толщина стружки в этом случае в середине ковша 0,2-0,4 м, а по краям 0,1-0,2 м.
При ребристо-шахматном способе (рис. 10) разработка забоя производится от края выемки или резерва параллельными полосами так, чтобы между проходками скрепера оставались полосы не срезанного грунта, равные по ширине половине ширины ковша.
Второй ряд проходок разрабатывают, отступая от начала первого ряда на половину длины проходки первого ряда. Работу скрепера следует сочетать с работой бульдозера, используя их для разработки повышенных участков и перемещения грунта на небольшие расстояния в пониженные места.
Производство земляных работ грейдерами
При возведении насыпей и профилированного дорожного полотна зарезание грунта начинают от внутренней бровки резерва и ведут послойно: сначала вырезают стружку треугольной формы, затем до конца слоя стружка получается прямоугольной. При разработке широких резервов в грунтах, не требующих предварительного разрыхления, зарезание начинают от внешней бровки резерва и ведут послойно, при всех проходах стружка треугольной формы; возможен другой способ: стружка при этом получается треугольной и четырехугольной формы.
При выполнении различных операций углы наклонов грейдера изменяются в следующих пределах: угол захвата — 30-70 градусов, угол резания — 35-60 градусов, угол наклона — 2-18 градусов. В практике строительства применяется несколько способов укладки грунта:
Разработка мерзлых грунтов
Мерзлые грунты обладают следующими основными свойствами: повышенной механической прочностью, пластическими деформациями, пучинистостью и повышенным электросопротивлением. Проявление этих свойств зависит от вида грунта, его влажности и температуры. Песчаные, крупнозернистые и гравийные грунты, залегающие мощным слоем, как правило, содержат мало воды и при отрицательных температурах почти не смерзаются, поэтому их зимняя разработка почти не отличается от летней. При разработке зимой котлованов и траншей в сухих сыпучих грунтах они не образуют вертикальных откосов, не пучинятся и не дают просадок весной. Пылеватые, глинистые и влажные грунты при замерзании значительно меняют свои свойства. Глубина и скорость промерзания зависит от степени влажности грунта. Земляные работы зимой осуществляются следующими методами:
Предварительная подготовка грунта для разработки зимой заключается в предохранении его от промерзания, оттаивании мерзлого грунта и предварительном рыхлении мерзлого грунта. Наиболее простой способ защиты поверхности грунта от промерзания состоит в утеплении его термоизоляционными материалами; для этого используются торфяная мелочь, стружки и опилки, шлак, соломенные маты и т. п., которые укладываются слоем 20-40 см непосредственно по грунту. Поверхностное утепление применяют в основном для небольших по площади выемок.
Для утепления значительных по площади участков применяется механическое рыхление, при котором грунт вспахивается тракторными плугами или рыхлителями на глубину 20-35 см с последующим боронованием на глубину 15-20 см.
Механическое рыхление мерзлого грунта при глубине промерзания до 0,25 м производится тяжелыми рыхлителями. При промерзании до 0,6-0,7 м при отрывке небольших котлованов и траншей применяют так называемое рыхление раскалыванием. Ударные мерзлоторыхлители хорошо работают при низких температурах грунта, когда для него характерны хрупкие деформации, способствующие его раскалыванию под действием удара. Для рыхления грунта при большой глубине промерзания (до 1,3 м) используется дизель-молот с клином. Разработка мерзлого грунта резанием заключается в нарезке взаимно перпендикулярных борозд глубиной, составляющей 0,8 глубины промерзания. Размер блока должен быть на 10-15% меньше размера ковша экскаватора.
Оттаивание мерзлого грунта осуществляется при помощи горячей воды, пара, электрического тока или огневым способом. Оттаивание является наиболее сложным, трудоемким и дорогим способом, поэтому к нему прибегают в исключительных случаях, например, при проведении аварийных работ.
Технология разработки грунта в котлованах экскаваторами
Одноковшовые экскаваторы — универсальные машины для рытья котлованов, траншей, каналов, а также устройства насыпей и других земляных сооружений. Экскаваторы оснащаются различным сменным оборудованием: прямой лопатой, обратной лопатой, драглайном, грейфером, стругом. В жилищно-гражданском и промышленном строительстве используют экскаваторы с ковшом емкостью 0,25; 0,4; 0,5; 0,65; 1; 1,25; 2,5 кв.м.
Для разработки грунта в выемках при возведении подземной части зданий наиболее часто применяются одноковшовые экскаваторы с различным видом рабочего оборудования — прямая лопата, обратная лопата и драглайн. Управление рабочим органом экскаватора может быть механическим и гидравлическим. Вместимость ковша от 0,15 до 2,5 м3.
Разработка выемок одноковшовыми экскаваторами заключается в снятии стружки грунта и выгрузки его в отвал (навымет) или погрузке в транспортные средства. Работа экскаватора имеет цикличный характер. Рабочий цикл состоит из последовательно выполняемых операций: набора грунта ковшом, подъема ковша и поворота на выгрузку, выгрузки, поворота в забой и опускание ковша.
Забой — это рабочая зона экскаватора, где находятся его стоянка и разрабатываемый с этой стоянки массив грунта. В этой зоне располагают загружаемые транспортные средства или размещают отвал грунта.
Последовательное перемещение экскаватора при разработке грунта с одной стоянки на другую называют проходкой. Прямой лопатой разрабатывают грунт, расположенный выше его стоянки, с погрузкой преимущественно в транспортные средства. Обратную лопату и драглайн используют для разработки грунта, находящегося ниже уровня стоянки экскаватора с погрузкой в транспортные средства и укладкой в отвалы.
В зависимости от расположения экскаватора в забое по отношению к массиву грунта и характера разработки этого массива различают два вида забоев: лобовой и боковой.
Экскаваторы с обратной лопатой (рис.1) характеризуются следующими параметрами: вместимость ковша; наибольший радиус копания на уровне стоянки Rk; наибольший и наименьший радиусы копания на уровне подошвы забоя Rmaxn и Rminп; наибольшая глубина копания Нк; начальный и конечный радиусы выгрузки RBH и Rbk; начальная и конечная высота выгрузки НBHи Нbk; длина рабочей передвижки 1п. Последнюю определяют как разность между максимальным и минимальным радиусами копания на уровне подошвы забоя. При работе обратной лопатой применяют торцевые (лобовые) и боковые забои. В торцевом забое экскаватор с обратной лона той разрабатывает грунт «на себя», двигаясь вдоль оси котлована и попеременно опуская ковш то в одну, то в другую сторону от оси движения. При боковом забое грунт разрабатывают по одну сторону от оси движения экскаватора.
Экскаваторами отрывают котлованы или траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, с оставлением так называемого «недобора». Слой недобора оставляют для того, чтобы избежать повреждения естественной структуры грунта в основании фундаментов. Предельная величина слоя недобора грунта зависит от рабочего оборудования и вместимости ковша экскаватора и колеблется от 5 до 25 см.
Разработка грунта экскаваторами
Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами. В промышленном и гражданском строительстве применяют экскаваторы с ковшом вместимостью от 0,15 до 2, реже до 4 м
. Они имеют комплект сменного оборудования, включающий прямую и обратную лопаты, драглайн и грейфер. Кроме того, стрела, входящая в комплект драглайна и грейфера, может быть оборудована грузовым крюком или клином-бабой.
Прямая лопата представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем, жестко насаженный на рукоять, которая шарнирно соединена со стрелой машины и выдвигается вперед с помощью напорного механизма. Опорожняется ковш путем открывания его днища. Такая конструкция прямой лопаты обеспечивает ей наибольшую производительность. Для рыхления грунта режущий край ковша снабжен зубьями. Это относится ко всем видам сменного оборудования, но выпускаются ковши и без зубьев — со сплошной (обычно полукруглой) режущей кромкой. При разработке грунтов I и II групп экскаватор может быть оборудован ковшом увеличенного объема. Разрабатывают грунт, когда экскаватор стоит на дне разрабатываемого забоя. На небольшую глубину он может отрывать грунт и ниже горизонта стояния, для чего устраивают пандус, позволяющий установить машину в забое выемки.
Обратная лопата — это открытый снизу ковш с режущим передним краем, жестко насаженный на рукоять, шарнирно соединенную (без напорного механизма) со стрелой. По мере протягивания назад ковш заполняется грунтом. Затем при вертикальном положении рукояти ковш переводят к месту выгрузки и разгружают путем подъема с одновременным опрокидыванием. Рабочая зона расположена ниже горизонта стояния машины. Современные модели экскаваторов с обратной лопатой имеют гидропривод, позволяющий ковшу поворачиваться относительно рукояти.
Ковш драглайна навешивают на канатах на удлиненную стрелу кранового типа. Ковш забрасывают в выемку на расстояние, несколько превышающее длину стрелы, его заполняют грунтом путем подтягивания по поверхности к стреле. Затем ковш поднимают в горизонтальное положение к стреле и поворотом машины переводят на место разгрузки. Опорожняется ковш при ослаблении тягового каната. Драглайном можно разрабатывать грунт не только сильно насыщенный влагой, но и находящийся под слоем воды.
Грейфер представляет собой ковш с двумя или более лопастями и канатным приводом, принудительно смыкающим эти лопасти. Грейфер навешивают на такую же стрелу, что и драглайн. С помощью грейфера можно разрабатывать выемки с вертикальными стенками. При повороте стрелы ковш перемещается к месту разгрузки и опорожняется при принудительном раскрытии лопастей. Грейфер погружается в грунт только за счет собственной массы ковша. Грейфер применяют обычно для разработки грунтов малой плотности (I и II группы) и находящихся под водой. Более плотные грунты предварительно необходимо рыхлить.
Производительность одноковшового экскаватора снижается по мере увеличения плотности грунта. Кроме того, она зависит от способа разработки грунта (при работе «на вымет» производительность повышается, при погрузке на транспортные средства — снижается), вместимости ковша и конструктивного решения кромки ковша. Экскаваторы с ковшами малой вместимости (до 0,5 м
) обслуживает один машинист; их применяют только для разработки грунтов I…III групп. Более мощные экскаваторы обслуживают машинист и его помощник. Они могут разрабатывать (кроме грейфера) грунты всех шести групп (наиболее плотные — после предварительного рыхления).
Производительность экскаватора можно повысить, уменьшив угол поворота стрелы и увеличив вместимость ковша. Для этого необходимо максимально заполнять ковш грунтом (с «шапкой»), а также совмещать процессы резания грунта с поворотом стрелы и др.
Разработанный одноковшовыми экскаваторами грунт перевозят самосвалы, тракторы с прицепами, железнодорожные составы, гидравлический транспорт, реже — ленточные конвейеры.
При транспортировании грунта ленточными конвейерами загрузочное звено конвейера устанавливают параллельно оси проходки экскаватора, а погрузочный ковш-питатель перемещают вдоль загрузочного звена по мере продвижения экскаватора. При перемещении экскаватора на следующую заходку загрузочное звено отрихтовывают в новое положение. При погрузке в железнодорожные составы рельсовый путь следует укладывать параллельно оси проходки экскаватора. График движения землевозных составов должен быть сделан таким образом, чтобы перерывы между отправлением загруженного состава и подачей порожнего были минимальными, и состав передвигался по мере загрузки вагонов. Обычно в автосамосвал входит 3-6 ковшей грунта. Допустимый недогруз не должен превышать 10%, перегруз — 5%.
Массу грунта, погружаемого за один цикл работы экскаватора, определяют по формуле:
,
— геометрическая вместимость ковша, м
;
— плотность грунта, т/м
;
— коэффициент разрыхления;
— коэффициент использования вместимости ковша (отношение объема грунта в плотном состоянии, разрабатываемого за один цикл, к геометрической вместимости ковша).
Число автомобилей или автопоездов, необходимых для обеспечения бесперебойной работы экскаватора, рассчитывают по формуле:
где: — продолжительность, соответственно, установки машины под нагрузку, нагрузки машины экскаватором, пробега машины в оба конца при заданном расстоянии, мин; при L, км, и средней скорости движения, км/ч,
— продолжительности соответственно установки машины под разгрузку, разгрузки машины, технологических перерывов, возникающих во время рейса (маневры, пропуск встречного транспорта на разъезде, ожидание), мин.
Продолжительность нагрузки автосамосвала колеблется в широких пределах в зависимости от числа ковшей, погружаемых в кузов, рода грунта, среднего угла поворота машины при погрузке и типа экскаватора:
— число ковшей грунта, погружаемого в кузов;
— продолжительность одного цикла экскавации, мин.
— число циклов экскаватора в 1 мин при работе с погрузкой в транспортные средства.
Продолжительность остальных операций для автосамосвалов различной грузоподъемности определяют на основе статистической обработки данных по выборочным замерам времени на объекте.
Оптимальная высота (глубина) забоя должна быть достаточной для заполнения ковша экскаватора за одно черпание, она должна быть равна вертикальному расстоянию от горизонта стоянки экскаватора до уровня напорного вала, умноженному на коэффициент 1,2:
М — высота напорного вала над, уровнем стоянки м.
Если высота забоя относительно мала (например, при разработке планировочной выемки), целесообразно использовать экскаватор вместе с бульдозером. Последний разрабатывает грунт и перемещает его к рабочему месту экскаватора. Здесь бульдозер окучивает грунт, обеспечивая при этом достаточную высоту забоя, что позволяет эффективно использовать экскаватор.
Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены таким образом, чтобы средний угол поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки был минимальным, так как на поворот стрелы расходуется до 70% рабочего времени цикла экскаватора.
Для прямой лопаты различают лобовой и боковой забои. В лобовом забое экскаватор разрабатывает грунт впереди себя и отгружает его на транспортные средства, которые подают к экскаватору по дну забоя. В этом случае автомобили подходят задним ходом попеременно то с одной, то с другой стороны забоя. Соответственно и грунт разрабатывается то с одной, то с другой стороны от оси проходки, при этом угол поворота достигает 140° и более, что снижает производительность экскаватора. Лобовой забой применяют в редких случаях (при разработке экскаватором пионерной траншеи, въездного пандуса и др.).
В боковом забое экскаватор разрабатывает грунт по одну сторону от оси движения и грузит его на транспортные средства, подаваемые по другую сторону от оси проходки. При этом обеспечиваются благоприятные условия для движения транспорта, а средний угол поворота составляет 70… 90°. Поэтому после пионерной проходки весь оставшийся в выемке грунт разрабатывают способом продольного бокового забоя (рис.4).
Рис 4. Схема определения проходки экскаватора
1, 2 — стоянки экскаватора.
Максимальная ширина разработки (по одну сторону от оси проходки) определяется катетом прямоугольного треугольника, гипотенузой которого является выбранный радиус резания, а вторым катетом — перемещение экскаватора между последующими стоянками. Эта величина равняется разности между максимальным и минимальным радиусами резания. Исходя из этого принимают:
Средний уголок поворота машины определяется между направлением стрелы при прохождении ее через центр тяжести объема грунта, разрабатываемого с одной стороны (точка 0), и положением стрелы в момент выгрузки ковша.
Для лобовой проходки целесообразно принимать ширину разработки 2, так как при этом средний угол поворота оказывается наименьшим.
Некоторые виды выемок (например, планировочные) можно разрабатывать боковым забоем с движением транспорта на одном уровне с экскаватором. Иногда для перехода к разработке с боковым забоем необходимо вначале отрывать так называемую пионерную траншею, которую экскаватор начинает разрабатывать, опустившись на дно забоя по пандусу (рис.5, а).
Рис.5. Схемы проходок одноковшового экскаватора с прямой лопатой и подачи транспорта:
а — при проходке пионерной траншеи и последующих боковых проходках:
О.Э.1, О.Э.2 — стоянки экскаватора; О.Т.1, О.Т.2 — стоянки транспорта;
1-3 — последовательность разработки грунта;
б — при поперечных проходках
Если высота выгрузки экскаватора больше или равна сумме глубины выемки, высоты борта автосамосвала или другой транспортной единицы и при этом добавляется 0,5 м (на «шапку» над бортом), пионерную траншею разрабатывают боковым забоем при движении транспорта по дневной поверхности на расстоянии не менее 1 м от края выемки.
При этом ширина проходки будет равна (см. рис.5, а), где- ширина части проходки, обращенной в сторону подачи транспорта. При определенииследует исходить из минимально необходимой величины для обеспечения беспрепятственного разворота хвостовой части машины. Это требование является обязательным, так как радиус выгрузки, соответствующий принятой высоте выгрузки, должен быть больше или равенплюс заложение откоса (глубина проходки, умноженная на котангенс, где- угол наклона откоса), плюс 1 м (безопасный зазор от бровки до кузова) и плюс половина ширины транспортной единицы.
При значительных в плане размерах выемки целесообразно разрабатывать ее поперечными проходками вдоль меньшей стороны (рис.5, б). Такой способ разработки обеспечивает минимальную длину пионерной траншеи и позволяет организовать наиболее производительное кольцевое движение транспорта.
Выемки, глубина которых превосходит максимальную высоту забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов (рис.6). При этом нижний ярус разрабатывают аналогично верхнему, а автомобили подают к экскаватору так, чтобы ковш наводился на кузов сзади. Трасса движения автомобиля в этом случае должна быть параллельной оси проходки экскаватора, но направлена в противоположную сторону.
Рис.6. Схема разработки котлована большой глубины последовательными проходками (I-V) экскаватора с прямой лопатой:
1-5 — последовательность разработки грунта.
При работе с обратной лопатой также применяют торцовый или боковой забой. При разработке грунта торцовым забоем экскаватором с обратной лопатой «на себя» экскаватор движется по оси отрываемой им траншеи или котлована и попеременно разрабатывает то одну, то другую его сторону в зависимости от того, с какой стороны подходит очередной автомобиль. В торцовом забое средний угол поворота машины 70…90°. Траншею можно расширять параллельными боковыми забоями (рис.7). Боковой забой образуется при разработке грунта по одну сторону от оси движения экскаватора. Если при разработке траншеи грунт складывают в отвал по одну сторону от траншеи, ось проходки смещается в сторону отвала, а ширина разработки уменьшается по сравнению с максимально возможной при торцовой проходке. При разработке в отвал и на транспорт автомобили подходят к экскаватору со стороны, противоположной отвалу, а ось проходки смещается относительно оси траншеи в ту сторону, в которую отгружается большая часть грунта. При боковом и торцовом забоях автосамосвалы подходят по трассе, параллельной оси движения экскаватора, но навстречу ему, а при торцовом забое их устанавливают под загрузку под углом 15. 25° к оси движения экскаватора.
Рис.7. Схемы проходок экскаватора с обратной лопатой или драглайна:
а — при торцовой проходке и последующих боковых проходках:
О.Э.1 — О.Э.З — стоянки экскаватора; О.Т.1 — О.Т.З — стоянки транспорта;
1-3 — последовательность проходок экскаватора;
б — при поперечных проходках
Наиболее целесообразно применять экскаватор с обратной лопатой для отрывки траншей глубиной до 6 м и небольших котлованов глубиной до 4 м (например, под фундаменты отдельных колонн).
Для торцовой и боковой проходок организация работ драглайна и обратной лопаты аналогична. При этом сохраняется такое же соотношение максимальной глубины резания. Драглайн обычно передвигается между очередными стоянками на 1/5 длины стрелы. Так как ковш драглайна гибко подвешен к стреле, для него весьма эффективной является челночная схема работы (рис.8). В этой схеме предусмотрено, что автосамосвал подходит к месту загрузки по дну забоя и загружается попеременными черпаниями ковша по обе стороны от кузова. Угол поворота экскаватора при погрузке по продольно-челночной схеме приближается к 0°, а при поперечно-челночной — к 15…20°, при этом продолжительность разгрузки уменьшается, так как ковш опорожняется без прекращения поворотного движения экскаватора в момент переноса ковша над кузовом машины. Благодаря этому общая продолжительность рабочего цикла экскаватора снижается на 20…26%.
При разработке грунтов I и II групп экскаватор, оборудованный грейферным ковшом, должен быть так расположен относительно траншеи, чтобы угол его поворота не превышал 70…90°. Грейфер на новую стоянку передвигается на 1/4 длины стрелы.
Рис.8. Схемы работы драглайна челночным способом.
а — при погрузке грунта в транспорт, подаваемый по дну забоя;
б — при погрузке грунта в транспорт, подаваемый на уровне стоянки экскаватора, и во временный отвал