Тема 7. Методи розробки ґрунту

7.1. Механізація робіт при розробці ґрунту

7.2. Класифікація машин і механізмів для виконання земляних робіт механічним способом

7.3. Розроблення ґрунту бульдозерами
 

7.1. Механізація робіт при розробці ґрунту

Механізація робіт – збільшення ефективності та продуктивності виконання певних видів робіт за допомогою використання машин та механізмів Земляні роботи залежно від будівельних властивостей ґрунту виконують в основному гідромеханічним, вибуховим або механічним способами.

Гідромеханічний спосіб полягає у розробленні ґрунту за допомогою напірного водяного струменя гідромоніторних установок або всмоктуванні ґрунту з дна водоймищ плавучими землесосними снарядами.

Вибуховий спосіб заснований на використанні сили вибухової хвилі, що виникає внаслідок розкладання різних вибухових речовин, закладених у спеціально влаштовані шпури, свердловини чи шурфи. Цей спосіб є одним з ефективних засобів механізації трудомістких та важких робіт.

Механічний спосіб полягає у розробленні ґрунту копанням за допомогою землерийних (одноківшевих та багатоківшевих екскаваторів) та землерийно-транспортних (бульдозерів, скреперів, грейдерів) машин. У будівельному виробництві цим способом виконують 80...85 % земляних робіт, у тому числі із застосуванням одноківшевих екскаваторів – 39 %, бульдозерів – 29, скреперів – 15, багатоківшевих екскаваторів – 6, навантажувачів – 6, інших машин – 5 %.

 

7.2. Класифікація машин і механізмів для виконання земляних робіт механічним способом

Одноківшеві екскаватори – універсальні землерийні машини, за допомогою яких копають котловани, траншеї, канали, влаштовують насипи та інші земляні споруди. Екскаватори обладнують різним змінним устаткуванням:

прямою лопатою – для розроблення ґрунту вище рівня стоянки екскаватора;

зворотною лопатою – для розроблення ґрунту нижче рівня стоянки екскаватора (переважно для копання котлованів та траншей);

драглайпом – для розроблення ґрунту нижче рівня стоянки екскаватора у разі копання глибоких котлованів, широких траншей, зведення насипів;

грейфером – для копання невеликих, але досить глибоких котлованів, а також виконання вантажно-розвантажувальних робіт;

телескопічним обладнанням – для планувальних робіт (екскаватори-планувальники).

Найбільш поширені екскаватори, обладнані прямою чи зворотною лопатами та драглайном.

Одноківшеві екскаватори бувають з механічним (канатним) чи гідравлічним приводом. Гідравлічні екскаватори порівняно з канатними мають значні конструктивні та технологічні переваги.

У промисловому та цивільному будівництві в основному застосовують прямі та зворотні лопати з ковшем місткістю 0,4...1,25 м³ (рідше до 2,5 м³), а також драглайни та грейфери з ковшем місткістю 0,4...1,0 м³.

Багатоківшевими екскаваторами (ланцюгові та роторні поз­довжнього копання) розробляють ґрунт нижче рівня стоянки (переважно траншеї під фундаменти, інженерні та трубопровідні мережі).

Землерийно-транспортні машини призначаються для копання окре­мими шарами, транспортування, відсипання та планування ґрунтів.

Бульдозер – це агрегат, що складається з гусеничного чи колісного трактора та навісного робочого обладнання (відвала та системи приводу відвала).

Потужність трактора – 55...450 кВт, а в окремих випадках – 800 кВт і більше. Бульдозери використовують для копання ґрунту, переміщення та планування його, а також зачищання ґрунту в котлованах, що були розроблені землерийними машинами. Бульдозер, обладнаний навісним статичним розпушувачем, призначається для розпушування мерзлих та напівскельних ґрунтів. Надпотужні бульдозери (потужність яких більше ніж 400 кВт) пристосовані для ефективного розпушування дуже промерзлих глинистих та напівскельних, а також тріщинуватих скельних ґрунтів.

Скреперами копають, транспортують м'які та сипкі ґрунти, відсипають окремими шарами. Скрепери широко застосовують для виїмки та транспортування мерзлих, напівскельних та тріщинуватих скельних ґрунтів після попереднього розпушування навісними статичними роз­пушувачами.

Скрепери бувають причіпні (місткість ковша 2,25...15 м³) та самохідні (4,5...25). Для завантаження самохідних скреперів застосовують трактори-штовхачі.

Одноківшеві навантажувачі, особливо на пневмоколісному ходу, завдяки високій мобільності та значній продуктивності набувають дедалі більшого застосування в будівництві. їх використовують як навантажувальне, вантажно-транспортне та допоміжне устаткування, що може бути обладнане 20...30 і більше змінними робочими органами.

 

7.3. Розроблення ґрунту бульдозерами

За допомогою бульдозерів виконують весь комплекс процесів земляних робіт:

- планування майданчиків;

- розроблення виїмок із переміщенням ґрунту у насип;

- вирівнювання ґрунту, відсипаного самоскидами;

- планування дна котлованів;

- зворотне засипання пазух траншей;

- повалення дерев;

- корчування та видалення корчів;

- очищення від снігу та грязі доріг.

Бульдозери доцільно застосовувати для розроблення ґрунту та його переміщення на відстань до 70 м, а в окремих випадках – до 100... 150 м (Р > 200 кВт). Якщо відстань більша, бульдозери стають неефективними внаслідок великих втрат ґрунту під час переміщення.

Важкі та напівскельні ґрунти звичайно розпушують заздалегідь на­вісними тракторними розпушувачами, а також відкидними зубами, встановленими на тильному боці відвала бульдозера. Щільні ґрунти, важкі суглинки, м'які глини, а також промерзлі на глибину до 15 см ґрунти можна розробляти бульдозерами з гідравлічним керуванням без попереднього розпушування. У таких тракторів опускання та заглиблення відвала в ґрунт відбувається примусово.

Високої продуктивності бульдозера можна досягти за рахунок вибору раціональної схеми роботи машини. В разі різання та переміщення ґрунту під уклон 10...20 % стружкою постійного перерізу якомога більшої товщини продуктивність підвищується у 1,5...2,5 рази завдяки збільшен-ню швидкості руху бульдозера та об'єму переміщуваного перед відвалом ґрунту. Забезпечується це збільшенням тягової сили бульдозера та зниженням опору переміщуваного ґрунту. Тому якщо немає природного уклону, пропонується створити його штучно першими трьома-чотирма проходками бульдозера.

На горизонтальних ділянках зрізування рослинного шару та розроблення легких ґрунтів здійснюють тонкою стружкою однакової товщини або клиноподібною, а під час розроблення щільних ґрунтів – гребінчастим профілем. В цьому разі ніж бульдозера спочатку заглиблюють на якомога більшу глибину (20...25 см), після чого при виникненні перевантаження двигуна трактора ніж трохи піднімають та знову заглиблюють. Так повторюють кілька разів, кожен раз зменшую­чи заглиблення порівняно з попереднім до повного накопичення ґрунту перед відвалом. Бульдозери з автоматичною системою керування відвалом забезпечують оптимальний режим різання з економічним навантаженням двигуна.

Для зменшення втрат ґрунту в процесі переміщення застосовують траншейний спосіб виконання робіт. Бульдозер, багаторазово проходячи одним і тим самим слідом, розробляє траншею, стінки якої перешкоджають розсипанню ґрунту та збільшують його об'єм перед відвалом. Траншейним способом переважно розробляють виїмки з переміщенням ґрунту за човниковою схемою. Ґрунт переміщують уздовж осі котловану, починаючи з середини, в обидва кінці спочатку розробляють першу захватку на глибину 0,8...1 м, потім другу на ту саму глибину, третю і т. д. Між траншеями залишають перемички незайманого ґрунту 0,5... 1,2 м завширшки, який зрізують після розроблення кількох траншей. Глибокі виїмки розробляють траншей­ним способом поярусно.

Застосовують також групову роботу бульдозе-рів, коли поряд два або три бульдозери з однако-вою швидкістю переміща-ють грунт, зберігаючи відстань між торцями відвалів З0...50 см У зв'язних ґрунтах чи 15...З0 см – у сипких. Втрати ґрунту при цьому мають місце лише біля зовнішніх стінок відвалів.

Рис. 7.1. Різання та  переміщення ґрунтів за човниковою (маятниковою) схемою.

Різати й переміщати ґрунт на відстань до 50 м доцільно за човниковою (маятниковою) схемою. В цьому разі повернення бульдозера у вихідне положення відбувається заднім ходом. Переміщати ґрунт на відстань більш як 50 м доцільно за еліптичною схемою руху з двома поворотами або з улаштуванням через кожні 20...25 м проміжних валів. У міру накопичення ґрунту кожний вал переміщують безпосередньо у насип чи в наступний проміжний вал.

Розрівнювання (остаточне планування) ґрунту, укладеного бульдозером, виконують трохи піднятим відвалом під час руху вперед чи опущеним відвалом (його п'ятою та тильним боком) під час зворотного руху. При остаточному плануванні поверхні на деяких моделях бульдозерів для автоматичної стабілізації відвала ефективні установки си­стеми «Автоматизованого планування».

Бульдозери використовують у комплекті з екскаваторами, скреперами та іншими землерийними машинами. Наприклад, під час планування основ великих котлованів, бульдозером зачищають дно до проектної позначки та переміщають зрізаний грунт під ківш екскаватора для завантаження його у автосамоскиди.

Траншеї 5...7 м завширшки та 1...5 м завглибшки можна розробляти бульдозерами (якщо відстань переміщення ґрунту не перевищує 100 м) з наступним видаленням ґрунту екскаватором. Бульдозери застосовують також для зведення насипів до 2...З м заввишки з резервів.

Траншеї та пазухи фундаментів засипають поздовжніми проходками бульдозера з поворотним відвалом або поперечно-човниковими проходками з неповоротним відвалом. При значних об'ємах засипання ґрунту відбувається під кутом 45 та 90°.