Тема 11. Гідро-механізована розробка ґрунту

11.1. Види гідро-механізованої розробки ґрунту

11.2. Розробка ґрунту за допомогою гідромоніторних установок

11.3. Схеми розробки ґрунту при використанні гідромоніторів

11.4. Розробка ґрунту за допомогою земснарядів

 

11.1. Види гідро-механізованої розробки ґрунту

Гідромеханічним називають такий спосіб виконання земляних робіт, за яким розроблення, транспортування та укладання ґрунту виконують за допомогою води.

Цей спосіб розроблення ґрунтів вигідний, якщо є: значні обсяги земляних робіт; легкорозмивні ґрунти; достатні ресурси води.

До переваг даного способу розробки ґрунту в порівнянні з іншими можна віднести:  високу продуктивність; безперервність подачі ґрунту в зони насипу, в тому числі і у важкодоступні ділянки; можливість розроблення  перенасичених водою ґрунтів та підводних виїмок без відведення поверхневих вод (дренаж) та проведеннях водопонижуючих робіт (РГВ); низьку вартість в порівнянні з іншими методами;

Гідромеханічним способом ґрунт розмивають на ділянках виїмок та укладають його в насип. Найчастіше за допомогою даного способу намивають великі території ґрунтом із кар'єрів, розміщених на суші, чи з дна водойми.

Для розроблення ґрунту на суші, застосовують гідромоніторні установки, а при підводному розробленні – земснаряди.

 

11.2. Розробка ґрунту за допомогою гідромоніторних установок

Гідромоніторна установка складається з гідромоніторів, з'єднаних з магістральним трубопроводом, по якому із насосної станції подають воду.

Гідромонітор – це сталевий ствол, коліна якого дають змогу повертати його у вертикальній та горизонтальній площинах під великими кутами у напрямку потрібної точки забою. На кінець ствола кожного гідромонітора накручується насадка, що формує струю води, яка викидається з великою кінетичною енергією. Ця струя води перетворює грунт на гідросуміш – пульпу, яка спрямовується самопливом по лотоках чи канавах у насип.

 

Рис. 11.1 Гідромонітор

 

У разі розміщення насипу вище рівня забою, а також для збільшення дальності подачі пульпи її перекачують по пульпопроводу.Питомі витрати води на 1 м³ ґрунту залежно від висоти забою ста­новлять:

- для дрібнозернистих пісків 4...6 м³;

- великозернистих пісків 7...9 м³;

- суглинків та глин 7... 14 м³.

- піщано-гравелисто-галькових сумішей до 22 м³.

Витрати води та швидкість напору регулюють змінними насадками діаметром 50...200 мм, на виході з яких робочий тиск становить для різних типів гідромоніторів від 3,5 до 15 МПа.

 

11.3. Схеми розробки ґрунту при використанні гідромоніторів

Розрізняють дві схеми розмиву ґрунту гідромоніторами – зустрічним забоєм (знизу вверх) та попутним забоєм (зверху вниз).

Найбільше поширений зустрічний забій, коли гідромонітор установлюють на підошві забою і розмивають у напрямку, зворотному стоку пульпи (а).

 

Рис. 11.2 Схеми розробки грунту при використанні гідромоніторів

 

Процеси розроблення пісків та глин значно відрізняються один від одного. У незв'язних ґрунтах струменем води змивають грунт з усієї ширини укосу, крутість якого дорівнює куту природного укосу. У зв'язних ґрун­тах робочий укіс забою наближається до вертикалі. У цьому випадку забій спочатку підрізають знизу до його обвалення, після чого змивають обвалений ґрунт.

Виходячи з вимог техніки безпеки, мінімальне наближення гідро­монітора до забою беруть не меншим висоти забою.

Найбільшу руйнівну силу напір води має на відстані 3...4 м від насад­ки. Тому раціонально застосовувати гідромонітори ближньої дії, якщо висота забою не менше ніж 3 м. Зі збільшенням відстані розмивна здат­ність струї води зменшується. Недоліком розроблення ґрунту зустрічним забоєм є створення недомивів, для зачищання яких додатково потрібен бульдозер.

Під час попутного забою гідромонітор встановлюють на верхній бровці забою (б). Напрямок струї води гідромоніторів збігається з напрямком пе­реміщення пульпи. Напором води спочатку розмивають осьову канаву для відведення пульпи, потім – забій біля гідромонітора та укосу канави.

В останніх моделях гідромоніторів ефективність їхнього викорис­тання досягається за рахунок дистанційного керування та гусеничного ходу, що дає змогу постійно виконувати роботу безпосередньо біля самого забою і сприяє інтенсивному руйнуванню ґрунту.

 

11.4. Розробка ґрунту за допомогою земснарядів

Земснаряд – це баржа, оснащена:

• ґрунтозабірним устаткуванням для вільного всмоктування чи всмоктування з одночас­ним розпушуванням ґрунту з дна водойми;

• ґрунтовим насосом;

• плавучим пульпопроводом на понтонах, з'єднаних із береговим пульпопроводом;

• лебідками з якорями для фіксування робочого положення.

Для розпушування використовуються спеціальні фрези та гідророзпушувачі.

Земснарядами майданчики намиваються завдяки подачі пульпи з дна водойм по напірних трубопроводах у насип.

 

Рис. 11.3 Розробка ґрунту за допомогою земснарядів

 

Розроблення ґрунту починають із заглиблення до заданої позначки всмоктувального пристрою. У процесі його заглиблення земснаряд час від часу відводять назад та вбік для розширення воронки. Для розроблення 1 м³ піщаних ґрунтів витрачається 7...11 м³ води, піщано-гравійних та суглинистих – від 14 до 22 м³.

Транспортувати пульпу можна самопливом, коли укіс стоку, який залежить від виду ґрунту та крупності його частинок, забезпечує пере­міщення її з частинками ґрунту в завислому стані.

Транспортовану під напором пульпу збирають у колодязі (зумпфі), перекачують ґрунтовим насосом або гідроелеватором у насип.

Ґрунтовий насос – це центробіжний насос для перекачування води з твердими частинками.

Гідроелеватор – це водоструминний насос, у корпусі якого через велику швидкість переміщення води створюється розрідження. Під його впливом гідросуміш всмоктується в насос, змішується з водою та подається напірним трубопроводом до місця укладання ґрунту.

Щоб уникнути замулювання труб, швидкість руху пульпи в пульпо­проводі має бути вище критичної, тобто тієї, що відповідає початку осідання твердих частинок на дно.

Укладання ґрунту в насип засноване на випаданні завислих його частинок із пульпи під час зниження швидкості потоку до 0,3...0,03 см/с після випуску пульпи у відстійні басейни, що влаштовуються на місці майбутнього насипу.

Насипи, на яких передбачається будувати будь-які споруди, намивають шарами 0,5...2,5 м завтовшки з піщаних чи піщано-гравелистих ґрунтів. До початку намивання по контуру майбутнього насипу за допомогою бульдозера влаштовують обвалування з місцевого ґрунту. Якщо висота намивного шару менше ніж 2 м, заздалегідь, до початку намивання, зводять фундаменти, а по території, що намивається, прокладають водопровідні та каналізаційні мережі.

Якщо рельєф території пересічений, то намивання починають від найнижчих позначок, де насип матиме максимальну висоту. Якщо висота насипу більш як 5,5 м, намивання проводять у два яруси.

Для відведення з ділянок-карт освітленої води влаштовують водовідвідні колодязі, з яких вода стікає по трубах за межі насипу.