Определение объемов земляных работ

Возведение зданий и сооружений складывается из ряда строительных работ, которые подразделяются на отдельные процессы.

При этом выполнение строительных работ осуществляется в определенной технологической последовательности: подготовительные работы, производство работ подземной части, или так называемый нулевой цикл, возведения надземной части, отделочные работы и благоустройство территории.

Возводимые в настоящее время здания и сооружения становятся с каждым годом все сложнее, что повышает требования к их основаниям и фундаментам. Строительная практика показывает, что именно в области фундаментостроения в наибольшей мере скрыты резервы повышения эффективности и качества строительных работ.

Работы нулевого цикла при возведении зданий и сооружений включают в себя земляные работы и устройство фундаментов, на долю которых приходится 15% трудовых и до 40% общих затрат времени.

Земляные сооружения на объектах всех видов строительства, отличающиеся по назначению, параметрам и предъявляемым к ним требованиям, возводятся в разных грунтовых, климатических, сезонных условиях. Это обуславливает многообразие технологических способов и разновидностей средств механизации, применяемых на земляных работах.

Наиболее часто под здание или сооружение разрабатывают котлованы или траншеи с использованием комплекта машин: одноковшовый экскаватор, самосвал, бульдозер, каток.

Разбивка земляных сооружений.

Разбивка сооружений состоит в установлении и закреплении их положения на местности. Разбивку осуществляют с помощью геодезических инструментов и различных измерительных приспособлении.

Разбивку котлованов начинают с выноса и закрепления на местности (в со­ответствии с проектом) створными знаками основных рабочих осей, в качестве которых обычно принимают главные оси здания I-I и II-II (рисунок 3.1а). После этого вокруг будущего котлована на расстоянии 2—3 м от его бровки парал­лельно основным разбивочным осям устанавливают обноску (рисунок 3.1б).

Обноска разового использования (рисунок 3.1г) состоит из забитых и грунт металлических стоек или вкопанных деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Доска должна быть толщиной не менее 40 мм, иметь обрезную грань, обращенную кверху, и опираться не менее чем на три столбика. Более совершенной является инвентарная металлическая обноска (рисунок 3.1в). Для пропуска транспортных средств в обноске должны быть разрывы. При значи­тельном уклоне местности обноску делают с уступами.

На обноску переносят основные разбивочные оси, и начиная от них размечают все остальные оси здания. Все оси закрепляют на обноске гвоздями или пропилами и нумеруют. На обноске металлической оси закрепляют краской. Размеры котлована поверху и понизу, а также другие характерные его точки отмечают хорошо видимыми колышками или вехами. После возведения под­земной части здания основные разбивочные оси переносят на его цоколь.

а) б) в)

г) д)

Рисунок 3.1 – Схема разбивки котлованов и траншей

а – схема разбивки котлована; б – схема обноски; в – инвентарная металлическая обноска; г – элементы обноски разового исполь­зования; д – схема разбивки траншеи. I-I и II-II – главные оси здания; III-III – оси стен здания. 1 – границы котлована; 2 – обноска; 3 – причалка; 4 – отвесы; 5 – доска; 6 – гвоздь; 7 – стойка.

Учитывая современные требования к производству работ, в настоящем пособии дается технология выполнения земляных работ при устройстве котлованов и траншей, технология устройства монолитных столбчатых железобетонных фундаментов, необходимые сведение о грунтах, характеристики машин и механизмов, применяемых на выполнении работ нулевого цикла.

Изложены принципы определения объемов земляных работ, методика расчета забоев одноковшовых экскаваторов, технологических схем производства земляных работ. Приводится методика расчета производительности и технико-экономического анализа земляных работ.

В первой группе задач настоящего раздела рассматривается определение объемов земляных работ при разработке траншей, котлованов и планировочных работах на участках.

Объемы работ определяются как для горизонтальных участков, так и для участков, имеющих поперечные и про­дольные уклоны.

При производстве планировочных работ очень важно назначить такую отметку планировки, при которой объемы насыпей были бы равны объемам выемок, так как это является наиболее экономичным решением.

При организации производства земляных работ необхо­димо знать наиболее возможную ширину проходки экскава­тора, поэтому в задачах рассматривается этот вопрос для экскаваторов с оборудованием прямой лопатой, обратной лопатой и драглайном.

Расчет размеров выемок.

Технологическое проектирование производства земляных работ начинаем с определения линейных размеров в плане и разрезе необходимого земляного сооружения - котлована или траншеи. Котлован под фундамент разрабатываем в том случае, если размеры подошвы фундаментов велики, а ширина пролетов не более 18 м, т.е. целесообразна сплошная разработка грунта. Если размеры пролетов более 18 м, то с целью сокращения объемов земляных работ целесообразно разрабатывать траншеи под фундамент. Котлованы и траншеи разрабатывают с вертикальными или наклонными стенками (откосами), с креплением или без них. Котлован и траншеи с вертикальными стенками устраивают в грунтах естественной влажности с ненарушенной структурой при отсутствии грунтовых вод и глубине в пределах 1…2 м. Котлованы и траншеи с откосами разрабатывают при глубине, превышающей допустимые пределы возведения их с вертикальными стенками [1, 2] и когда устройство креплений экономически нецелесообразно. Крутизну откосов принимаем по таблице в источнике [1, 2]. Линейные размеры котлована устанавливают по сетке колонн и габаритам здания в плане с учетом заданной схемы расположения, глубины заложения и размеров фундаментов под несущие конструкции. На рисунке 3.2 приведен пример и исходные данные к расчету размеров котлована одноэтажного двухпролетного унифицированного здания для условий, когда предусмотрена сплошная выемка грунта. Ширина здания в плане по крайним продольным разбивочным осям будет равна сумме ширины пролетов – В, а длина здания по крайним поперечным осям – А. Введем обозначения размеров котлована в м: b – ширина котлована по низу; a – длина котлована по низу; b₁ – ширина котлована по верху; a₁ – длина котлована по верху; H – глубина котлована. Основные размеры фундамента: площадь у основания S_ф; с₁ – размер фундамента у основания по поперечной оси, м; с₂ – размер фундамента у основания по продольной разбивочной оси, м; Н_ф – общая высота фундамента.

а)

в)

Рисунок 3.2 – Исходные данные к расчету размеров котлована одноэтажного двухпролетного унифицированного здания

а – план расположения фундаментов; б – привязка фундаментов к крайней продольной разбивочной оси; в – привязка фундамента к крайней поперечной разбивочной оси.

где х – минимальное расстояние от нижней кромки котлована до нижней грани фундамента, необходимое по условиям организации рабочего места при строительных работах и установке опалубки. Принимают 0,5…0,7 м по СНиП «Бетонные и железобетонные работы»

При сплошной выемке грунта ширина котлована по низу и по верху определяется по формулам:

,(3.1)

, (3.2)

Глубина котлована (может быть принята посередине котлована)

, (3.3)

где d – превышение (понижение) уровня верха котлована над верхом фундамента в м и зависит от архитектурно-конструктивного решения подземной части здания.

Ширина котлована по верху:

b₁ =b + 2 × m × H, (3.4)

где m – показатель выноса откоса, зависящий от характеристики грунта и глубины котлована [1, 2].

Длина котлована по верху:

а₁ =а + 2 × m × H. (3.5)

В практике, чтобы не нарушать естественной плотности грунта у основания фундамента, разработка котлована на всю глубину экскаватором, как правило, не допускается. Величина допустимого недобора грунта в основании дается в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Допустимые недоборы грунта в основании при разработке котлованов одноковшовыми экскаваторами

Объем котлована с вертикальными стенками (когда показатель выноса откоса m=0) рассчитывается по формуле:

(3.6)

где V – объем грунта в целиковом массиве, подлежащий выемки из котлована, м³; H, a, b – соответственно глубина, длина и ширина котлована по низу в м.

Объем котлована, площадь горизонтального сечения которого окружность, определяют как объем усеченного конуса по формуле:

(3.7)

(3.8)

где R, r – радиусы сечения котлована соответственно по верху и по низу, м.

Объем котлована, имеющего вынос откоса и площадь по основанию – прямоугольник, а поперечное и продольное сечения – трапеции, рассчитывают по формуле:

, (3.9)

где b₁ = b +2 m H; a₁ = a + 2 m H.

Для лучшего запоминания формулы (3.9) можно предложить следующее определение: объем котлована равен одной шестой части его глубины, умноженной на сумму площадей нижнего и верхнего оснований и произведения суммы длинных сторон на сумму коротких сторон. Если котлован разработан на спланированной площадке или на местности с уклоном не более 0,01, объем его может быть рассчитан как объем усеченного клина (опрокинутого обелиска) по формуле:

(3.10)

где F и F₁ –площади соответственно нижнего и верхнего оснований, м²; F= a × b; F₁= a₁ × b_1.

Объем выемки грунта бульдозером в ходе зачистки дна котлована определяют по формуле:

, (3.11)

где Δh_б – недобор грунта после экскаваторных работ (таблица 3.1.); перевод сантиметров в метры. Дно котлована в пределах площади основания каждого фундамента дополнительно зачищают вручную. Объем такой зачистки V_р, определяют по формуле:

Δh_p , (3.12)

где S_ф – площадь фундаментов по основанию, м; Δh_р – глубина ручной зачистки грунта под фундамент, см; n_ф – число фундаментов в котловане; 1,1- коэффициент увеличения площади зачистки основания (10%);

На основании расчетных данных составляют таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Ведомость объемов работ

3.1ПРИМЕР: Определить, сколько требуется вынуть из резерва плотного грунта, чтобы засыпать котлован объемом W₁=750 м³ с последующим уплотнением грунта. Определить, сколько циклов n необходимо сделать для перевозки вынутого грунта самосвалами.Грунт - легкий суглинок.Емкость кузова автомобиля – самосвала W₂=3,0 м³

РЕШЕНИЕ: 1.Согласно данным ЕНиР* (сборник 2, вып. 1), показатель остаточного разрыхления для такого грунта в среднем равен 3%, т. е. коэффициент увеличения объема будет составлять 1,03. Для засыпки котлована объемом W₁ = 750 м³ требуется вынуть грунта в плотном теле из резерва W₃ = 750:1,03 = 728 м³.

2.Показатель первоначального разрыхления грунта, согласно ЕНиР* (сборник 2, вып. 1), в среднем равен 28% или коэффициент равен 1,28.

Тогда объем вынутого грунта в разрыхленном состоянии составляет 728 × 1.28=932 м³.

Для погрузки такого количества грунта потребуется n = 932/3=313 циклов.

Задача 3.1 Решить предыдущую задачу с изменением ее условий согласно вариантам, приведенным в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Основные данные для определения количества циклов

3.2ПРИМЕР: Определить объем траншеи длиною L = 150 м, шириною по дну a = 1,5 м. Глубина траншеи в начале участка h₁ = 3,0 м. Продольный уклон траншеи i₁ = -0,002; продольный уклон поверхности земли i₂ = -0,008. Крутизна откосов траншеи 1: m =1:1.5. В поперечном направлении поверхность земли к траншеи горизонтальна.

Объем следует подсчитать дважды – по точным и приближенным формулам, а так же определить ошибку в процентах, получаемую в последнем случае. Продольный профиль изображен на рисунке 3.3.

Рисунок 3.1.3 – Продольный профиль траншей

Рисунок 3. 3 – Продольный профиль траншеи

РЕШЕНИЕ: Глубина траншеи в конце участка определяется по зависимости:

h₂ = (3,00+150×0,002) – (150×0,008)=2,10 м; Ширина траншеи по верху в начале участка b₁ = 1,5 + (2×3,0×1.5) = 10,5 м; то же в конце участка b₂ = 1.5 + (2×2.10×1.5) = 7.80 м.

Рисунок 3.4 - Схема для определения объема траншей

1.Определяем объем траншеи по точной формуле (формула Винклера):

W₁= , (3.13)

Где F₁ – площадь поперечного сечения траншеи в начале участка, а F₂ – в конце участка; m – коэффициент заложения; L – длинна траншеи.

Из условий задачи определяем площади поперечного сечения траншеи

F₁ = [(1,5 + 10,5) × 3] : 2 = 18,00 м². F₂ = [(1,5 + 7,8) × 2,10] : 2 =9,76 м².

Тогда W₁ = [(18,00 + 9,76) : 2 – (2,10 – 3,0)² × 1,5 : 2] × 150 = 2052 м³

2.Определяем объем траншеи по другой точной формуле (формула Мурзо)

, (3.14)

где F_с – площадь поперечного сечения траншеи в середине участка и в этом месте глубина ее будет равна h_с = (3,0 + 2,1) : 2 = 2,55 м. Тогда F_с = {[1,5 + (1,5 + 2 × 2,55)² × 1,5] : 12} : 2,55 = 13,58 м². Тогда W₂ = {13,58 + [(2,1 – 3,0) × 1,5] : 12} × 150 = 2052 м³.

3.Объем траншеи по приближенной формуле будет равен W = [(F₁ + F₂) × L] : 2 = [(18,00 + 9,76) × 150] : 2 = 2082,0 м³.

Ошибка, получаемая задачу с изменением приближенной формулы равна [(2082 – 2052)/2] × 100 = 1,5%.

Задача 3.2 Решить предыдущую задачу с изменением ее условий согласно вариантам, приведенным в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Основные данные для определения количества циклов

3.3 ПРИМЕР: Определить объем земляных работ при разработке траншеи для прокладки канализационных труб внутренним диаметром D=250 мм (толщина стенок с=22 мм) на участке длиною L=200 м. Глубина траншеи в начале участка h₁=2.20 м, и в конце участка h₂ =3.10м. Стенки траншеи вертикальные.

Определить объем излишнего грунта, подлежащего отвозке после прокладки труб и засыпки траншеи. Грунт - тяжелый суглинок.

РЕШЕНИЕ: 1. Согласно техническим условиям (СНиП на земляные работы) на производство и приему строительных и монтажных работ, ширина траншеи по дну должна быть D₁+0.6 м, где D₁ - наружный диаметр трубы.

Для условий задачи ширина траншеи по дну a = 250 + 22×2+600 = 894 мм или 0.9 метра. Площади поперечных сечений траншеи в начале траншеи F₁ = 0.9×2.20 = 1.98 м², в конце траншеи F₂ = 0.9×3.10 = 2.79 м². Объем траншеи W₁ = [(1,98 + 2,79) × 200] : 2 = 477 м³.

2.Объем, занимаемой трубой, W₂ = [(3,14×0,294)² × 200] : 4 = 13,6 м³. Для тяжелого суглинка первоначальное разрыхление составляет 24 – 30% (в среднем 27%), а остаточное разрыхление 4 – 7% (в среднем 5.5%).

3.Объем засыпанного грунта, приведенный к плотному состоянию W₃ = (477,0 – 13,6) : 1,055 = 439,2 м³_.

Объем грунта, подлежащего отвозке, приведенный к плотному состоянию, 4.W₄=447-439.2=37.8 м³.

5.Объем грунта, подлежащего перевозке в рыхлом состоянии, W₅=37.8 × 1.27=48.0 м³

Задача 3.3Решить предыдущую задачу с изменением ее условий согласно вариантам, приведенным в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Основные данные для определения количества циклов

3.4 ПРИМЕР: Определить объем траншеи на участке длиною L = 80 м при ширине траншеи по дну a=1,0 м и крутизне откосов 1:m=1:0.67. Глубина траншеи в начале и в середине участка h₁=2,0 м, в конце участка h₂=3,10 м. Местность имеет поперечный уклон i=0.12.

РЕШЕНИЕ: Площадь поперечного сечения в начале участка (рисунок 3.5) определяет по формуле:

(3.15)

где размеры b₁, b₂ и c₁, с₂ показаны на рисунке 3.3). Из условий задачи определяем: h'₁ = 2,0 – 0,5 × 0,12 = 1,94 м; h''₁ =2,0 + 0,5 × 0,12 = 2,06 м;

b₁ = 1,94 : [(1:0,67) + 0,12] = 1,21 м; c₁ = 2,06 : [(1:0,67) - 0,12] = 1,51 м. Тогда площадь сечения в начале участка будет равна: F₁ = [(1,94×1,21) : 2] + [(2,06×1,51) : 2] + [(1,94×2,06) : 2] × 1,0 = 4,73 м³.

Рисунок 3.5 - Площади поперечного сечения участка

Для поперечного сечения в конце участка (рис.2,б) имеем: h'₂ = 3,10 – 0,5 × 0,12 = 3,04 м; h''₂ = 3,10 + 0,5 × 0.12 = 3,16 м. Тогда b₂ = 3,04 : [(1,0 : 0,67) + 0,12] = 1,89 м; c₂ = 3,16 : [(1,0 : 0,67) - 0,12] = 2,32 м. Принимаем a = 1,0 м (как в начале участка). Отсюда находим F₂ = [(3,04×1,89) : 2] + [(3,16×2,32) : 2] + [(3,04×3,16) : 2] × 1,0 = 9,64 м.

Объем траншеи W по приближенной формуле будет равен: = [(4,73 + 9,68) :2] × 80 = 575 м³.

Задача 3.4Решить предыдущую задачу с изменением ее условий согласно вариантам, приведенным в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Основные данные для определения количества циклов

3.5 ПРИМЕР: Определить объем котлована прямоугольной формы в плане, размерами по дну a × b = 12 × 30 м, глубиною h = 4,0 м; грунт - супесок. Поверхность участка можно принять горизонтальной.

Расчет произвести по точной и по приближенной формулам.

Определить ошибку в процентах в последнем случае.

Определить объем грунта, подлежащей отвозке после засыпки пазух. Грунт – песок. На рисунке 3.6 представлена схема определения объема котлована.

Рисунок 3.6 – Схема для определения объема котлована

РЕШЕНИЕ: Согласно СНиП на земляные работы и приложения, наибольшая крутизна откосов должна составлять 1:1. При этом размеры котлована по верху будут определяться, ширина a₁ = 12 × 2 × 4 × 1=20 м; длина b₁ = 30 × 2 × 4 × 1=38 м.

1.Точный объем котлована определяется по так называемой формуле объема обелиска:

= , (3.16)

Тогда точный объем будет равен W₁ = (4:6) × [(2×12 + 20) × 30 + (2 × 20 + 12) × 38] = 2197 м³.

2.Приближенный объем котлована определяется по формуле:

= , (3.17)

где F и F₁ – площади котлована по низу и по верху. Определяем F=a × b = 12 × 30=360 м² и F₁ = a₁ × b₁ = 20 × 38=760м². Определяем W₂ = [(360 + 760) : 2] × 4 = 2240 м².

Вычисляем приближенный объем котлована, который оказался больше его истинного значения на величину [(2240 - 2197) : 2240] × 100 = 1,9%.

3.Объем грунта в паузах (в плотном состоянии) составляет 2197 - (12 × 30 × 4) = 757 м^3.

Согласно ЕНиР сб.2 [6] коэффициент остаточного разрыхления для песка составляет от 2.0 до 5.0%; принимаем его равным 2%. Исходя из этого, объем грунта, подлежащего отвозке (в плотном теле), будет равен: (12 × 30 × 4) + (757 × 0.02) = 1455 м³

Коэффициент первоначального разрыхления для песка, согласно тому же справочнику, принимаем равным 12%. Отсюда объем грунта в рыхлом состоянии будет равен 1455 × 1.12=1629 м³.

Задача 3.5 Решить предыдущую задачу с изменением ее условий согласно вариантам, приведенным в таблице 3.7. Определить, в каких случаях допустимо пользоваться приближенной формулой, если допускаемая при этом погрешность не должна превышать 3%.

Таблица 3.7 – Основные данные для определения количества циклов

3.2 Выбор землеройных и землеройно-транспортных машин

В строительстве широко применяются землеройные и землеройно-транспортные машины [2]. При этом землеройные машины подразделяются на одноковшовые экскаваторы – прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер, экскаваторы с телескопической стрелой для планировки откосов, а также на многоковшовые экскаваторы. Одноковшовые экскаваторы со стандартными ковшами, вместимостью 0,15; 0,25; 0,4; 0,5; 0,65; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,5 м³, с различным видом рабочего оборудования: прямая лопата, обратная лопата, драглайн, грейфер и другие виды сменного рабочего оборудования для вспомогательных операций (рыхлители, планировщики и др.).

Рисунок 3.7 – Диаграмма основных технических параметров одноковшового экскаватора: А – максимальный радиус резания; В - максимальный радиус резания копания; С – наибольшая глубина копания; D – максимальная высота копания; Е – наибольшая высота разгрузки; F – наибольшая глубина резания; G – минимальный радиус разгрузки; К – радиус выгрузки при высоте Е.

Выбор рационального типа экскаватора, его мощности и рабочего оборудования является одним из главных вопросов проектирования технологии земляных работ. На выбор типа экскаватора оказывают влияние многие факторы:

- объем земляных работ;

- размеры выемки(ширина, глубина);

- гидрогеологические условия (группа грунта, наличие грунтовых вод, атмосферных осадков);

- способ разработки котлованов, траншей («в отвал», в транспортные средства);

- заданная продолжительность работ.

Общие рекомендации по выбору основных машин для производства земляных работ приведены в таблице 3.8.

Таблица 3.8 – Рекомендации по выбору экскаваторов для производства земляных работ

Вместимость ковша экскаватора выбирается в зависимости от объема земляных работ. Указанная в таблице 3.8 вместимость ковша не является безусловной, а подлежит уточнению в зависимости от других технологических и экономических факторов (вид грунта, высота забоя, продолжительность работ и др.).

Основные характеристики гидравлических экскаваторов приведены на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 – Определение основных характеристик экскаваторов с гидравлическим приводом: а – с прямой лопатой; б – с обратной лопатой;

в – с грейферным оборудованием; г – с оборудованием типа «драглайн».

Основные технические характеристики экскаваторов основываются прежде всего на определении параметров земляного объекта строительства, объема земляных работ и сравнении полученных данных с нормативными характеристиками машин приведенных в таблицах приложений.

Производительность экскаватора и других землеройных и землеройно-транспортных машин определяется по формуле:

, (3.18)

где Т, Т_ц – соответственно время работы машины, время цикла экскавации; q – геометрическая вместимость ковша (земляной призмы); К_н, К_р, К_в – соответственно коэффициенты наполне­ния ковша, разрыхления грунта, использования времени в тече­ние смены.

Работа при максимальных вылетах стрелы (R_тах) приводит к быстрому износу машины, поэтому принимаются оптимальные ра­бочие параметры (R₀), составляющие 90% показанных на рисунке 5.7 максимальных значений:

R_o = 0.9 R_max, (3.19)

Экскаватор с прямой лопатой (рисунок 3.9, а)в основ­ном используется при разработке выемок в сухих и маловлажных грунтах, что связано с необходимостью съезда на дно выемки. Применяют продольные лобовые (рисунок 3.9, б-г) или боковые (рис. 5.14, д) проходки с погрузкой грунта в транспортное сред­ство, которое обычно размещают непосредственно в забое. Для выезда и въезда транспорта устраивают наклонные пандусы с уклоном 10... 15°.Нормальная ширина лобовой проходки В (рисунок 3.9 в) определяется по формуле:

, (3.20)

где R₀ – оптимальный радиус резания; L_n – длина передвижки, т. е. расстояние, на которое передвигается экскаватор после разра­ботки грунта с предыдущей стоянки.

Наряду с проходками нормальной ширины (1,5 - 1,9) R₀ из-за условий работы могут применяться узкие проходки (до 1,5 R₀) и уширенные проходки (2... 2,5) R₀. В зависимости от ширины про­ходки лобовые забои подразделяются на узкие, нормальные и уши­ренные. Из-за большого угла поворота стрелы производительность экскаватора, работающего в узком забое, бывает ниже, чем при работе в нормальных и уширенных забоях.

При боковой проходке (рисунок 3.9, д) транспорт подается под погрузку сбоку выработки, что уменьшает угол поворота стрелы экскаватора и способствует повышению его производительности.

а) г)

б) в) д)

Рисунок 3.9 – Схемы разработки выемок экскаватором «прямая лопата»: а – общий вид; б, в, г – лобовые проходки: соответственно узкая, нормальной ширины и уширенная; д – боковая проходка.

Экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, разрабатывают выемки торцевыми (лобовыми) и боковыми про­ходками (рисунок 3.10), располагаясь выше дна забоя, что позволяет использовать их при разработке увлажненных и мокрых грунтов, с погрузкой в транспортное средство или в отвал.

Транспорт может подаваться по дну выемки или поверху с одной или двух сторон. Глубина забоя определяется длиной ру­кояти экскаватора. Ширина торцевой проходки при двухсторон­ней погрузке самосвалов (1,6... 1,7) R₀, при односторонней – (1,2... 1,5) R₀. При работе в отвал ширина проходки бывает мень­ше – (0,5 ...0,8) R₀ При боковой проходке автотранспорт под по­грузку может подаваться по верху или по дну котлована, с правой или левой стороны (рисунок 3.10,б).

а) б)

Рисунок 3.10 – Схема бокового забоя экскаватора - обратная лопата:

а) план; б) поперечный разрез

а) б)

Рисунок 3.11 – Схема лобового забоя экскаватора– обратная лопата:

а) план; б) продольный разрез

Рисунок 3.12 – Технологическая схема разработки выемок обратной лопатой:

1 – экскаватор; 2 – самосвал; 3 – вешки

Экскаваторы с грейферным ковшом применяют при разработке узких или глубоких выемок (траншей, колодцев) в мяг­ких и сыпучих грунтах, в том числе при высоком уровне грунто­вых вод. Ковш может быть установлен на рукояти или подвешен на решетчатой стреле, грунт набирается с использованием гид­равлического привода или врезания в грунт тяжелого ковша (рисунок 3.13).

Рисунок 3.13 – Грейферный ковш

а – грейфер опущен на грунт; б – захват грунта; в – подъем заполненного грунтом грейфера; г – разгрузка грейфера; 1,2 – канаты; 3, 8 – головки; 4 – тяга; 5 – блок; 6 – челюсть; 7 – оттяжной канат-успокоитель

Гидравлическая система привода позволяет раз­рабатывать плотные грунты легкими ковшами, что дает возмож­ность за один цикл экскавации набирать в ковш больше грунта. Производительность экскаваторов с таким оборудованием значи­тельно повышается.

Драглайн (рисунок 3.14) применяют при разработке грунта ниже уровня стоянки экскаватора, без съезда на дно выемки, по­этому наличие грунтовых вод не влияет на работу машины.

Драглайн используют для рытья сравнительно больших котло­ванов и траншей, а также для отсыпки насыпей, в частности на строительстве каналов, автомобильных и железных дорог.

При применении драглайна выемку грунта можно осуществ­лять лобовыми или боковыми проходками. Поскольку ковш под­вешен на канате, то при загрузке он раскачивается и забрасывает­ся на расстояние радиус забоя Л₃, превышающее длину стрелы; часто используют челночные способы работы (рисунок 3.14 а, б).

При поперечно-челночном способе самосвал загружается по­переменным черпанием ковша с обеих сторон кузова. При про- дольно-челночном грунт набирается перед задним бортом кузова самосвала. Угол поворота стрелы экскаватора при погрузке по продольно-челночной схеме приближается к 0, а при поперечно- челночной — к 15...20°. Во время разгрузки движение ковша не прекращается, благодаря чему продолжительность цикла экска­вации снижается на 20...26%.

а) б) в)

Рисунок 3.14– Разработка грунта экскаватором драглайн способами:

а – поперечно-челночным; б, в – продольно-челночным

1 – подъем ковша; 2- опускание ковша при наборе грунта; 3 – разгрузка ковша; 4 - автосамосвал

Экскаваторы с телескопической стрелой (рисунок 3.15) работают так же, как экскаваторы, оборудованные обратной ло­патой. Однако кроме обычных экскавационных работ с помощью этого оборудования можно выполнять зачистные и планировоч­ные работы, что является преимуществом при разработке мелких рассредоточенных земляных сооружений. Для увеличения скорос­ти передвижения с объекта на объект существуют экскаваторы на пневмоходу. Механизм втягивания стрелы у них приспособлен для копания грунта, планировки и зачистки поверхностей, погрузки сыпучих материалов и штучных грузов.

Рисунок 3.15 – Разработка грунта экскаватором с телескопической стрелой способом «на себя»

Погрузчики на гусеничном и пневмоколесном ходу (рисунок 3.1б), как и прямая лопата, работают выше уровня сто­янки машины движением ковша от себя. Вместимость ковша по­грузчика в 1,5...2 раза больше вместимости ковша прямой лопаты, что позволяет существенно повысить производительность экскава­тора. Движение режущей кромки отвала по прямолинейной гори­зонтальной траектории позволяет планировать площадку, на кото­рой работает машина. Благодаря возможности перемещения грун­та на небольшие расстояния работа одноковшовых погрузчиков бывает особо эффективной в стесненных условиях. Ковш напол­няется ступенчатым, экскавационным, раздельным и совмещен­ным способами (рисунок 3.15).

У экскаваторов непрерывного действия все операции по разра­ботке грунта выполняются одновременно и непрерывно. По типу рабочего органа экскаваторы подразделяют на цепные многоковшовые и скребковые, роторные многоковшовые и бесковшовые. По характеру движения рабочего органа экскаваторы делятся на экскаваторы продольного, поперечного и радиального копания. У первых направление движения рабочего органа (ротора, ков­шовой цепи) совпадает с направлением движения машины. У вто­рых оно перпендикулярно направлению движения машины. У тре­тьих рабочие органы поворачиваются относительно базы машины (роторные стреловые экскаваторы).

По типу ходового оборудования различают экскаваторы на гу­сеничном, пневмоколесном и рельсовом ходу.

Цепные экскаваторы продольного копания (непре­рывного действия) (рисунок 3.17а, б)применяются для отрывки траншей под кабели, трубопроводы и другие коммуникации с не­большим объемом работ в фунтах первой группы без каменных включений. После срезки ковшами грунт поднимается наверх, откуда скребками, шнеками и отвальным устройством сдвигается в сторону от траншеи.

в г д

Рисунок 3.16 – Схемы разработки грунта одноковшовыми погрузчиками:

а – на пневмоходу; б – на гусеничном ходу; в, г, д – соответственно поворотная, челночная и совмещенная схемы разработки грунта

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 (рисунок 3.17, в) применяются для отрывки каналов полного профиля при создании оросительных и осушительных сетей.

Экскаваторы поперечного копания (рисунок 3.17, г) вы­пускаются с цепным рабочим органом и применяются при добы­че строительных материалов (песка, глины), мелиоративных и дру­гих работах.

Рисунок 3.17 – Экскаваторы непрерывного действия; а, б – экскаватор продольного копания – цепной и роторный; в – плужной канавокопатель;

г – экскаватор поперечного копания

Роторные стреловые экскаваторы (рисунок 3.18) 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.

а б

Рисунок 3.18 – Схема разработки грунта роторными стреловыми экскаваторами: а – при открытой разработке; б – при закрытой разработке

К основным землеройно-транспортным машинам относятся скреперы, бульдозеры, грейдеры, которые разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.

Скреперы предназначены для послойного копания грунтов в материковом залегании, их транспортирования и отсыпки в зем­ляные сооружения с планированием слоями равномерной тол­щины. Скреперы применяют для разработки талых грунтов I и II групп, в том числе грунтов с каменистыми включениями.

При работе на непереувлажненных суглинках, лессах, черно­земах и почвах с примесями гравия и гальки скреперы загружают­ся с «шапкой» и разгружаются полностью; эти же грунты, но вы­сохшие и отвердевшие, а также глины, солончаки и дресву необ­ходимо предварительно разрыхлить плугами или рыхлителями, чтобы обеспечить нормальную загрузку скреперов.

При сухих сыпучих песках скреперы загружаются на 60...70% геометрической вместимости. На липких и переувлажненных грун­тах работа скреперов малопроизводительна вследствие прилипа­ния грунта к днищу и стенкам ковшей. На горизонтах ниже уров­ня грунтовых вод скреперы неработоспособны.

Применяют прицепные (с объемом ковша 3... 10 м³), полупри­цепные (4,5...5 м³) и самоходные (8...25 м³) скреперы (рисунок 3.19).

Рисунок 3.19 – Скреперы:

а,б – прицепные двух- и одноосные; в – полуприцепной; г – самоходный;

д – самоходный в паре с бульдозером-толкачем

Прицепные и полуприцепные скреперы наиболее эффективны при транспортировке грунта на расстояние до 1000 м, а самоходные — на расстояние до 3000 м.

Рабочий цикл скрепера состоит из последовательно повторяю­щихся операций: порожний ход, загрузка ковша, груженый ход и разгрузка.

Скрепер снимает ковшом стружку фунта толщиной 0,12... 0,35 м.

Набор грунта производят при прямолинейном движении скре­пера или движении под уклон. При разработке плотных фунтов для увеличения толщины стружки применяют тракторы-толкачи (рисунок 3.19, д), число которых зависит от типа скрепера, вме­стимости ковша и дальности транспортировки (1 толкач на 2...6 скреперов).

Скреперы набирают грунт (в зависимости от его вида) различ­ными способами (рисунок 3.20). Способ набора грунта постоянной тол­щины тонкой прямой стружкой применяют на связных гунтах при работе под уклон; клиновойстружкой (переменной толщины) — при разработке связных фунтов на горизонтальных участках; гре­бенчатой стружкой с переменным заглублением и выглублением ковша — при разработке сухих суглинистых и глинистых грунтов на горизонтальных участках; клевковойстружкой (разновидность гребенчатого способа) — при разработке сухих песчаных и супес­чаных грунтов. В зависимости от характера возводимого сооруже­ния, взаимного расположения мест разработки и укладки грунта и местных условий применяют эллиптическую, спиральную, «восьмеркой», зигзагообразную, челночно-поперечную и челночно-продольную (рисунок 3.20,д - к)схемы движения скреперов.

Тяжелые грунты, а также грунты с примесями, предваритель­но разрыхляют на толщину срезаемой стружки. Для рыхления при­меняют рыхлители, являющиеся прицепным оборудованием к гу­сеничному трактору или навесным — к бульдозеру.

Бульдозеры бывают с неповоротным и поворотным отва­лом.

Бульдозеры используют для обратной засыпки, сооружения на­сыпей из грунтов боковых резервов, грубого планирования зем­ляных поверхностей и подготовительных работ, а также для рас­пределения грунтовых отвалов при работе экскаваторов и земле возов, формирования террас на косогорах, штабелирования сы­пучих материалов и др.

Бульдозеры применяют при перемещении грунта на расстоя­ние 10... 70 м и более при благоприятных условиях (попутных ук­лонах путей перемещения, легких грунтах). Для уменьшения по­терь отвалы могут оборудоваться открылками и козырьками.

В цикл работы бульдозера (рисунок 3.21) входят следующие опера­ции: резание и набор грунта методом снятия стружки; перемеще­ние грунта с надвижкой его отвалом; возвратный холостой ход.

Рисунок 3.20 – Схемы срезания грунта скреперами и траектории их движения: а, б, в, г – соответственно срезание грунта постоянной толщины (h) и длины (L), клиновой, гребенчатый и клевковый способы; д, е, ж, з – траектории движения соответственно эллипс, спираль, восьмерка, зигзаг; и, к – челночно-поперечная и челночно-продольная траектории движения

Рисунок 3.21 – Схемы основных операций при работе бульдозера:

а – транспортное положение и рыхление грунта; б – резание и набор грунта; в – перемещение грунта; 1 – трактор; 2- отвал; 3 – толкающий брус;

4 – рыхлитель; 5- призма грунта перед отвалом

Планировка площадок бульдозерами выполняется преимуще­ственно траншейным и послойным способами.

При траншейном способе (рисунок 3.22, в)выемку разбивают на ярусы глубиной 0,4...0,5м. Разработку каждого яруса ведут траншеями на ширину отвала, оставляя между ними полосы не­тронутого грунта шириной 0,4... 0,6 м. Эти валы срезают бульдозе­рами в последнюю очередь. Траншейный способ исключает зна­чительные потери грунта при его транспортировании и поэтому более производителен.

Рисунок 3.22 – Схема резания и перемещения грунта бульдозером:

а – под уклон; б – на горизонтальном участке; в – траншейным способом; г – послойным способом; 1 – участок резания; 2 – участок перемещения;

3- участок разгрузки; 4 – насыпь; 5 - выемка

При послойномспособе (рисунок 3.22, г) выемку разрабатывают слоями на толщину снимаемой стружки за один проход бульдозе­ра последовательно по всей ширине выемки или отдельными его частями. Этот способ прост и используется чаще, чем траншей­ный.

При перемещениях грунта на расстояние свыше 40 м применя­ют способ разработки с промежуточным валом, а также спаренную работу двух бульдозеров. Отсыпку грунта ведут послойно, начиная с более удаленной точки от места забора. При дальности переме­щения до 70 м бульдозер возвращается в забой для повторения цикла задним ходом без разворота машины. При работе бульдозе­ра в особо плотных грунтах (выше III группы) грунт предвари­тельно разрыхляют.

Грейдеры (рисунок 3.23,б) предназначены для планировочных и профилировочных работ при строительстве дорог, аэродромов и других линейных и площадных объектов. По трудности разработки грейдерами грунты подразделяют на I, II и III группы. Грейдеры применимы в грунтах с отметкой выше уровня грунтовых вод и неработоспособны на заболоченных землях.

Рисунок 3.23 – Конструкция и схемы работы грейдера:

а – вид сбоку; б – резание грунта; в, д – планирование дорожного полотна и откоса выемки; г – поворот отвала; 1 – рама; 2 – поворотный круг;

3 – тяговая рама; 4 – ось тяговой рамы; 5 – ось поворотного круга; 6 - отвал

Рисунок 3.24 – Схемы работы и агрегирования грейдер-элеваторов:

а, б – сооружение дорожной насыпи и канала; в, г – полуприцепной и навесной грейдер-элеваторы; 1 – транспортер; 2 – плуг

Грейдеры-элеваторы (Рисунок 3.24) применяются при копании грунта I... III групп в равнинных местностях и отсыпке его в линейно-протяженные земляные сооружения из боковых резервов. Они под­разделяются на полуприцепные (к трактору) или навесные (на автогрейдеры).