Строительные машины и оборудование. Справочная энциклопедия дорожника (том I) Строительство и реконструкция автомобильных дорог

Часть 1

Бульдозеры выполняют операции следующим образом. Послойную разработку и перемещение материалов производят при расстоянии транспортирования 50...150 м. Большие расстояния перемещения экономически выгодны для тяжелых бульдозеров. При поверхностной разработке грунтов и полезных ископаемых характерны челночные движения машины, чередующие рабочий ход и отъезд назад порожняком. Грунт целесообразно набирать и перевозить по одному проходу с образованием боковых валиков, траншейным способом, спаренной работой бульдозеров, образованием нескольких призм. В легких грунтовых условиях применяют дополнительное сменное оборудование бульдозера (открылки, уширители, удлинители).

Возведение насыпей осуществляют двумя способами: поперечными проходами из резерва (рис. 137, I ) и продольными односторонними движениями машины (рис. 137, II ).

Рис. 137. Основные земляные бульдозерные работы

При поперечном перемещении грунта из резервов целесообразно использовать траншейный способ разработки материалов и спаренную работу нескольких машин. Первые призмы подают в центр насыпи, последующие - ближе к ее краям.

Призмы волочения укладывают вприжим. Подъемы откосов насыпи, по которым подается грунт, не должны превышать 30%. При больших подъемах насыпи работа неэффективна.

Продольными движениями бульдозера в направлении продольной оси насыпи целесообразно подавать грунт под уклон. Высота насыпи в этом случае может быть до 4...5 м.

Разработку выемок производят продольными двусторонними проходами (рис. 137, III ) и поперечными ходами (рис. 137, IV ). Продольный двусторонний способ обеспечивает большую производительность бульдозеров. Его применяют при небольшой протяженности выемок и в случаях, когда грунт, вынутый из выемки, полностью укладывают в прилегающие насыпи. Поперечный способ разработки выемки применяют, когда излишки грунта укладывают в кавальеры вдоль будущего полотна дороги.

Отрывку каналов, ирригационных сооружений, траншей, котлованов производят поперечными ходами бульдозера с постепенным смещением машины вдоль сооружений (рис. 137, V ). Грунт укладывают в кавальеры по всей протяженности каналов, создавая с обеих сторон валы земли. Разрабатывают грунт в параллельных траншеях глубиной не более габаритной высоты машины. Расстояние между траншеями до 0,4...0,6 м. После отрывки разрушают межтраншейную перемычку. В этом случае эффективна групповая работа машин спаренными параллельными ходами.

Планировочные работы проводят на ровной поверхности, срезая небольшие бугры и засыпая впадины, ямы, овраги. Большие впадины засыпают с соседних косогоров продольными проходами (рис. 137, VI ). Последние проходы делают со смещением на 3/4 ширины отвала, чтобы исключить появление боковых валиков. После грубой передней планировки (см. рис. 130, г ) целесообразно провести отделку поверхности при заднем ходе бульдозера (см. рис. 130, в ) и «плавающем» положении отвала. Для большей точности целесообразно применять взаимно перпендикулярные проходы бульдозеров.

Рис. 130. Основные виды работ, выполняемых бульдозерами: а - разработка траншей, котлованов, каналов с отсыпкой грунта в кавальеры, насыпи, б - срезка косогоров и засыпка выемок, в - снятие плодородного слоя или пустой породы, г - планировка передним ходом, д - разравнивание передним ходом, е - планировка задним ходом, ж - засыпка траншей, з - толкание скреперов при наполнении ковша грунтом, и - погрузка грунта в транспорт с эстакады, к - погрузка материалов в транспорт с лотка, л - валка деревьев, м - корчевка пней, н - срезка кустарников и мелколесья, о - снегоочистительные работы; 1 - исходное положение бульдозера, 2 - резка и транспортирование грунта, 3 - бульдозер на насыпи, 4 - насыпь или кавальер, 5 - траншея, 6 - косогор, 7 - выемка, 8 - плодородный слой или пустая порода, 9 - полезные ископаемые и строительные материалы, 10 - скрепер, 11 - эстакада, 12 - автотранспорт, 13 - погрузочный лоток

Пробивку террас и полок на косогорах осуществляют бульдозерами с неповоротными и поворотным отвалами. Наиболее эффективен и безопасен способ перемещения грунта с косогора в полунасыпь поперечными проходами машины под уклон (рис. 138, I ). Его применяют при пологих склонах косогоров. При больших углах наклона косогоров используют продольный способ (рис. 138, II ). В этом случае отвал бульдозера, установленный с перекосом, пробивает сначала проход 1, затем 2, 3, 4 и 5. Работа продольными проходами более производительна, однако необходимо проявлять особую осторожность, так как возможно поперечное сползание или опрокидывание машины по склону. Поэтому в целях безопасности проведения работ учитывают поперечную устойчивость бульдозера.

Рис. 138. Разработка косогоров бульдозером

Засыпку траншей производят бульдозерами с неповоротным (рис. 139, а ) или поворотным отвалом (рис. 139, б ). Эту операцию выполняют прямыми проходами, перпендикулярными оси траншеи, или косыми движениями под некоторым углом к ней.

Рис. 139. Засыпка траншей бульдозерами: а - с неповоротным отвалом, б - с поворотным отвалом; 1 - насыпь грунта, 2 - траншея

Бульдозер с неповоротным отвалом краем захватывает часть грунта из насыпи и перемещает его в траншею. Если глубина траншеи 1,5 м и более, то грунт ссыпают через одну или две призмы, чтобы не допускать обвала стенок траншеи и сползания в нее бульдозера. После первого прохода бульдозер смещается при заднем ходе и операция повторяется.

У бульдозера с поворотным (более широким) отвалом его устанавливают под углом направо к продольной оси машины и косыми ходами под углом 30...40° сталкивают грунт в траншею. Применение бульдозеров с поворотным отвалом на этой работе более эффективно, так как грунт частично смещается в сторону при сталкивании.

Толкание скреперов (см. рис. 130, з ) осуществляют бульдозеры при наборе грунта и выходе груженого скрепера из забоя с большим уклоном подъездных путей.

Погрузку грунта в транспорт с эстакады (см. рис. 130, и ) производят преимущественно в песчаных карьерах. Эстакаду устраивают в траншее, отрытой бульдозером. Продольными ходами бульдозер подвигает материал к бункеру эстакады и загружает самосвалы. Бульдозер работает через одну или две призмы, чтобы не вызвать обвала эстакады. Погрузка грунта в транспорт с лотка показана на рис. 130, к .

Валку деревьев (см. рис. 130, л ) осуществляют упором максимально поднятого отвала в ствол.

Корчевку пней (см. рис. 130, м ) можно осуществлять прямым отвалом или отвалом с перекосом. Сначала наибольшим заглублением отвала средними или угловыми ножами подрезают корни пня и раскачивают его повторными включениями муфты сцепления. Затем одновременным поступательным движением машины и подъемом рабочего оборудования выкорчевывают пень. Аналогичным образом удаляют из земли крупные камни и валуны, частично находящиеся на поверхности.

Срезку кустарника и мелколесья (см. рис. 130, н ) производят прямым отвалом, опущенным в грунт на глубину 10...20 см, при поступательном движении вперед всего бульдозера. По мере накопления кучи кустарников, корней, мелких деревьев поворотным движением перемещают в сторону от очищаемой трассы.

Снегоочистку (см. рис. 130, о ) выполняют для содержания автомобильных дорог в хорошем состоянии. Наиболее эффективен в этом случае бульдозер с поворотным отвалом с косопоставленным рабочим органом.

Общие положения. Строительство земляного полотна автомобильных дорог в горной местности осложняется, как правило, тем, что в местах проложения трассы существуют крутые склоны с интенсивным проявлением экзогенных процессов (оползни, обвалы, вывалы, осыпи) на определенном участке малой протяженности В связи с эти рекомендуется при составлении проекта производства работ (ППР) учитывать инженерно-геологические особенности участка или группы участков, которые различаются по указанным признакам. Рекомендуется назначать технологию производства работ по сооружению земляного полотна, учитывая особенности конструкции насыпи или выемки, региона строительства в целом, строение склона (косогора) и свойства слагаемых пород.

В ППР необходимо предусмотреть комплекс технологических мероприятий, обеспечивающих устойчивость природных склонов и откосов выемок в процессе строительства и последующей эксплуатации дороги.

При разработке ППР, выборе технологии, машин и метода буровзрывных работ учитывают наличие трещин в разрабатываемом массиве и характер слоистости осадочных пород.

Наличие трещин в скальных изверженных породах снижает устойчивость склонов и откосов выемок. Падение трещин под углом более 35° в сторону дороги способствует возникновению оползней, обвалов, вывалов уже в процессе производства работ. Безопасным является падение трещин в сторону массива.

Слоистость приводит к ослаблению массива в склонах и откосах, особенно при их подрезке или подработке.

С увеличением угла встречи простирания слоистости с продольной осью дороги устойчивость откосов и склонов резко возрастает. Наиболее устойчивое положение угла встречи напластования по отношению к оси дороги будет 90°. При совпадении азимута простирания слоистости с направлением оси дороги подрезаемые или подрабатываемые склоны и откосы выемок разрушаются только по плоскостям напластования.

При строительстве дорог в горных условиях основные трудности связаны с разработкой скальных пород, сокращением фронта работ, ограниченной транспортной доступностью рабочей зоны, перемещением, разравниванием, уплотнением крупнообломочных грунтов, отделочными работами.

При недоступности рабочей зоны для непосредственной работы машин первый этап строительства должен включать прокладку пионерной дороги по проектируемой трассе. Если прокладка пионерной дороги по запроектированной трассе невозможна, ее устраивают в максимальном приближении к ней с подходами к зоне работ отдельных сооружений. В этом случае по самой трассе прокладывается пешеходная тропа.

Рыхление и разработка скальных пород, относящихся по трудности разработки к V группе и выше, выполняется взрывным методом. Взрывной метод рекомендуется использовать также для образования глубоких выемок массовыми взрывами на выброс или целенаправленными взрывами для сооружения насыпей в труднодоступных местах горного рельефа.

На всех этапах производства работ должны постоянно приниматься меры на откосах и склонах для предупреждения геодинамических явлений (оползни, осыпи, лавины и т. п.), которые могут представлять опасность для работающих людей, техники, сооружений. В этих целях до начала работ, а также в процессе разработки горных склонов должно быть организовано постоянное наблюдение за устойчивостью как отдельных скальных обломков, так и всего склона с верховой стороны. В случае обнаружения признаков неустойчивости должны быть немедленно приняты меры безопасности, например, подрывание и удаление нависающих каменных глыб. При наличии действующих оползней, интенсивных обвалов, крупных вывалов буровзрывные работы выполняются только для рыхления мелкошпуровыми зарядами.

Работы по сооружению земляного полотна на косогорах, устойчивых и оползневых склонах включают: подготовительный комплекс, связанный с разбивочными работами, снятием растительного грунта; устройство построечного водоотвода, стоянок для размещения техники, специальных противооползневых сооружений; основные работы по сооружению земляного полотна, располагаемого на различных элементах склонового рельефа или в его среде и комплекс противооползневых мероприятий.

Следует иметь в виду, что выбор технологии связан также с необходимостью разработки делювиальных, скальных или полускальных пород, а также их использования в виде крупнообломочных грунтов для отсыпки насыпей. Последнее зависит от прохождения трассы в условиях сильнопересеченной местности.

Сооружение насыпей и выемок. Сооружение земляного полотна в горной местности включает устройство следующих конструкций в зависимости от условий проложения трассы в конкретном регионе и районе горной местности, их гипсометрических, геоморфологических и инженерно-геологических особенностей: земляное полотно в полке, полунасыпь-полувыемка, выемка в скальном массиве, насыпь из скальных или крупнообломочных грунтов.

Выбор технологии разработки выемок и сооружения насыпей определяется конструктивными особенностями земляного полотна, категорией скальных пород по трудности их разработки, источниками получения скального или крупнообломочного грунта для земляного полотна насыпей.

Сооружение земляного полотна в полках на прижимных участках с крутизной склона более 1:3 в скальных породах выполняют путем взрывания с последующей экскавацией взорванной массы, ее транспортировкой на участки насыпи. При наличии на склонах делювиальных отложений земляное полотно в полке разрабатывают путем первоначальной подрезки склона мощными бульдозерами класса 250-300 тс с последующей доработкой экскаваторами и транспортировкой крупнообломочных грунтов автосамосвалами.

Сооружение насыпей и выемок на косогорах крутизной 1:3 и более выполняется методом последовательного нарезания полок для выемок или полувыемок или уступов в основании насыпи. Нарезание уступов (полок) выполняется, как правило, начиная с верхнего яруса. При обеспеченной устойчивости откоса и необходимости создания проезда для ведения буровых работ первая полка вырабатывается на уровне нижней бровки выемки (полки).

Разработку выемок в скальных породах ведут сразу с небольшим перебором во избежание последующей трудной и дорогостоящей работы по снятию недовыбранного тонкого слоя скальных грунтов. Выравнивают земляное полотно до проектных отметок мелким рваным камнем и щебнем.

Разработку выемок в делювиальных грунтах, размягчаемых и сильно выветрелых разборных, трещиноватых породах рекомендуется выполнять по схеме «скользящей полки», когда после осуществления пионерной траншеи-забоя, необходимой для размещения и безопасной работы экскаватора, к нему сверху вниз грунт разрабатывается и перемещается мощными бульдозерами класса 250-300 тс. При помощи экскаватора происходит последующая доработка грунта и его погрузка в транспортные средства с перемещением на участки сооружения насыпей.

Для образования ровных поверхностей откосов при устройстве выемок и полувыемок в благоприятных инженерно-геологических условиях (слабая трещиностойкость пород, раздельность на прямоугольные отдельности с вертикальным направлением плоскостей раздела, способность пород к хрупкому сколу и т. п.) применяют контурное взрывание.

Выбор метода и параметров рыхления скального и крупнообломочного грунта следует осуществлять в соответствии с группой грунта по трудности разработки, с областью и условиями его применения. При превышении расчетного количества негабаритов в разрыхленном грунте и их максимального размера необходимо вносить соответствующие изменения в схему и параметры рыхления.

До выполнения буровзрывных работ производят снятие и удаление растительного покрова, плодородного слоя почвы и вскрышных пород. При мощности вскрышных пород не более 1/3 глубины выработки рыхление скального грунта допускается производить без их удаления.

Буровзрывные работы и погрузку рыхленой скальной породы экскаваторами можно вести параллельно. При этом первые работы должны выполняться с опережением. Если для рыхления в выемках или уступах глубиной до 5 м применяют метод шпуровых зарядов, буровзрывные работы следует выполнять с опережением, обеспечивающим не менее чем сменный запас взорванной породы. При этом должно быть выдержано минимальное расстояние опережения в соответствии с Едиными правилами безопасности при взрывных работах (М.: Недра, 1985).

Перед началом работы экскаватора негабариты, расположенные в верхнем слое взорванного грунта, дробятся дополнительными взрывами. В процессе разработки выемки негабариты отваливают в сторону и затем также дробят взрывами, перемещая взорванную породу бульдозером к экскаваторному забою.

При разработке полувыемок на скальных косогорах сначала устраивают полку для рабочего проезда шириной 3,5 м, обеспечивающую возможность прохода основных машин (буровых станков, экскаваторов, бульдозеров, автомобилей-самосвалов и др.). Затем полку уширяют, доводя земляное полотно до проектного очертания.

При разработке выемок рыхление скальных пород до требуемых размеров частиц должно обеспечиваться надлежащей технологией буровзрывных работ и исходить из требуемых условий уплотнения, предусмотренных СНиП 2.05.02-85. Дробление крупных негабаритных обломков осуществляется накладными зарядами. Этот метод применяют при ограниченной производительности компрессоров или при отсутствии бурильных молотков и незначительном количестве негабарита. Оставшиеся на откосах и основной площадке выемки выступы скального грунта также дробятся.

При взрывных методах разработки и рыхления недоборы по основанию выемок не допускаются. Недоборы по поверхности откосов не должны превышать 0,2 м при условии обеспечения их устойчивости. Величина переборов после окончательной зачистки дна и откосов выемок не должна быть больше значений, указанных в табл. 1.

При доработке выемок в скальных грунтах после взрывов на выброс следует соблюдать следующий порядок работ:

дробление расположенных на поверхности негабаритов, образовавшихся при взрыве траншеи;

разравнивание навалов разрыхленного грунта бульдозером;

удаление экскаватором взорванного грунта с откосов (оборка откосов);

снятие независающих камней и козырьков экскаватором и мелкими взрывами;

доработка выемки до проектного очертания взрывами; выравнивание основной площадки.

Таблица 1

Примечание. При буровых работах под водой и на морских акваториях и рейдах размеры переборов устанавливаются проектом организации строительства.

При ярусной разработке выемок каждый ярус должен быть доработан до проектного контура и очищен до начала работ на следующем ярусе.

При сооружении насыпей из крупнообломочных грунтов, являющихся продуктом рыхления или выветривания скальных пород, максимальный размер частиц глыбовой фракции должен назначаться в зависимости от толщины уплотняемого слоя, типа и технических параметров уплотняющих средств и физико-механических характеристик грунта, но не должен превышать 2/3 толщины уплотняемого слоя.

Негабаритные обломки, размеры которых не удовлетворяют указанным требованиям, допускается укладывать в боковых (откосных) частях и в нижнем слое насыпи в один ряд таким образом, чтобы они не попадали в рабочий слой насыпи.

При укладке в основание насыпи негабаритных обломков для исключения неравномерных осадок вследствие просыпания мелкозернистого заполнителя из вышележащих слоев в нижележащие следует устраивать прерывающие прослойки из щебенистых (галечниковых), песчаных или глинистых грунтов.

Отсыпку насыпи из крупнообломочных грунтов производят бульдозером способом «от себя» таким образом, чтобы наиболее крупные обломки располагались в нижних частях насыпи. Наиболее рационально применение бульдозера с универсальным отвалом, который позволяет в процессе распределения производить отбраковку негабаритов с последующей укладкой их в боковую часть насыпи.

Различают две схемы распределения крупнообломочного грунта: продольную и диагональную. В зависимости от способа отсыпки грунта продольная и диагональная схемы распределения могут быть односторонней или двухсторонней.

При осевой отсыпке применяется двухсторонняя схема распределения, при боковой отсыпке — односторонняя.

Рационально для отбраковки негабаритов применять специально оборудованные отвалы со смешанным сортировальным устройством по типу рыхлителя.

Перед уплотнением боковые части насыпи, включая откосы, выполненные из негабарита, выравнивают грунтом более мелких фракций. При устройстве земляного полотна на косогорах с крутизной более 1:3 выравнивание целесообразно устраивать из грунтов с песчаным заполнителем по способу расклинцовки.

Разработку крупнообломочных грунтов после взрывных работ целесообразно производить экскаватором с вместимостью ковша 0,65-1 м 3 с погрузкой в транспортные средства. При необходимости окучивания грунта отвала негабаритов на горизонтальных поверхностях и склонах крутизной до 1:3 применяют бульдозеры.

При слоистом залегании легковыветривающихся размягчаемых пород, перемежающихся со слоями глинистых грунтов, разработку ведут на всю толщину забоя с учетом того, чтобы в разрабатываемых грунтах содержалось 30-40 % (по массе) глинистого мелкозема. В противном случае разработку ведут отдельными слоями.

Укладка и уплотнение крупнообломочных грунтов. Крупнообломочные грунты каркасной и несовершенно-каркасной структуры из прочных водостойких пород следует уплотнять, как правило, вибрационным способом. Крупнообломочные грунты, содержащие более 30 % глинистого заполнителя, уплотняют при влажности, не превышающей допустимых значений для тяжелых супесей и легких суглинков, а при содержании глинистого заполнителя менее 30 % — при влажности, не превышающей допустимых значений для легких и пылеватых супесей.

Уплотнение крупнообломочных грунтов, прочность которых составляет менее 5,0 МПа (50 кг/см 2), следует осуществлять в два этапа: на первом — решетчатыми катками; на втором — катками на пневматических шинах массой не менее 25-30 т. При использовании размягчаемых крупнообломочных грунтов работы должны производиться в сухую погоду с минимальными разрывами во времени между отдельными технологическими операциями.

Способы и технические средства уплотнения легко выветривающихся неводостойких крупнообломочных грунтов назначают из условия обеспечения разрушения агрегатов до заполнения пор мелкоземом. Для повышения эффективности разрушения агрегатов производят их периодическое увлажнение.

Хорошие результаты дает технологическая схема уплотнения в два этапа: на первом (непосредственно после разравнивания и увлажнения) — решетчатыми катками, которые осуществляют дополнительное дробление грунта, на втором — тяжелыми катками на пневматических шинах. Требуемая степень уплотнения грунтов достигается после 10-12 проходов по одному следу катков на пневматических шинах массой 25-30 т. Для крупнообломочных грунтов малой прочности эффективно уплотнение трамбованием.

При невозможности обеспечения разрушения агрегатов неводостойких пород следует предусматривать их защиту в насыпи от воздействия погодно-климатических факторов. При устройстве защитных слоев из глинистых или суглинистых грунтов последние досыпаются на заданную толщину послойно вровень со слоем обломочного грунта и уплотняются совместно с ним.

При устройстве защитного слоя толщиной 15-20 см из грунтов, укрепленных органическими вяжущими, грунт предварительно смешивается с вяжущими материалами в стационарных или передвижных установках и вывозится автомобилями-самосвалами к месту укладки. Для распределения смеси на поверхности откосов рекомендуются бульдозеры или экскаваторы-планировщики. В качестве уплотняющих средств могут быть применены площадочные вибраторы или виброрейки, перемещаемые по откосу сверху-вниз или снизу-вверх.

Контроль качества работ при сооружении земляного полотна на косогорах, устойчивых и оползневых склонах помимо общих требований, предусмотренных СНиП 3.06.03-85, включает: контроль за восстановлением, закреплением и разбивкой земляного полотна на отмеченных элементах рельефа; контроль качества нарезки уступов (с соблюдением проектных геометрических параметров), за соблюдением технологии разработки косогоров и склонов при устройстве земляного полотна в полке и последовательностью комплекса противооползневых мероприятий (водоотвода, дренажных и удерживающих конструкций).

Организация работ по строительству автомобильных дорог при наличии оползней включает два самостоятельных вопроса: сооружение земляного полотна и строительство комплекса противооползневых конструкций, установленных проектом. Последовательность этих работ определяется конкретными условиями территории, расположением земляного полотна, составом и типами противооползневых конструкций и должна быть оговорена в проектной и расчетной документации. В практике встречается несколько вариантов организации последовательности выполнения земляных работ и устройства противооползневых конструкций: строительство комплекса противооползневых конструкций до сооружения земляного полотна; выполнение противооползневых конструкций в процессе его сооружения; строительство противооползневых конструкций после возведения насыпей или разработки выемок.

Как правило, первая схема наиболее целесообразна при строительстве дороги на оползневых склонах, когда сооружение земляного полотна возможно только под непосредственной защитой поддерживающих сооружений или после проведения мероприятий по регулированию поверхностного и подземного стока. Вторая схема применяется при расположении земляного полотна в глубоких выемках и высоких насыпях. Например, по мере разработки каждого яруса выемки осуществляют укрепление откосов и сооружение дренажных конструкций. Третья схема используется во многих случаях при строительстве дорог в горных условиях, когда в частности после устройства земляного полотна в полке сооружают верховые подпорные стенки или анкерные конструкции.

Безусловно, многообразие сложных условий строительства автомобильных дорог в оползневых или потенциально оползневых районах требует творческого применения указанных схем с последующей разработкой до конкретных технологических и организационных решений в проектах производства работ. В данном разделе рассматриваются только общие вопросы организации строительства в оползневых районах и не освещается специфика строительства конкретных видов противооползневых конструкций, которая отражена в других главах.

Помимо особенностей, связанных с последовательностью выполнения земляных работ и строительства противооползневых конструкций, необходимо отметить, что технология производства земляных работ во многом зависит от принципов проектирования (по отношению к рельефу) автомобильных дорог. Различают следующие виды индивидуальных технологических схем организации производства земляных работ: разработку глубоких выемок и сооружение высоких насыпей; сооружение насыпей на склонах с пересечением оползневых участков; устройство земляного полотна в полках. Одним из наиболее сложных случаев производства работ является их проведение на аварийных объектах, когда оползнями разрушены участки эксплуатируемых дорог.

Установленный неоднократными обследованиями факт нарушения устойчивости естественных склонов и откосов земляного полотна в процессе строительства автомобильных дорог в различных регионах нашей страны убедительно показывает, что влияние технологических факторов может иметь существенное, а в некоторых случаях превалирующее значение.

К технологическим факторам в данном случае относятся: способ и время разработки выемок или сооружения насыпей, способ и время строительства противооползневых конструкций. Указанные факторы можно объединить в общую технологическую систему строительства индивидуальных конструкций земляного полотна, которая будет оказывать при ее реализации те или иные воздействия на устойчивость откосов земляного полотна и прилегающих к нему склонов, особенно оползневых.

Анализ строительства автомобильных дорог в оползневых районах показал, что воздействие технологической системы на устойчивость склонов и откосов проявляется в следующем.

Неудачно выбранное направление ведения работ при разработке глубоких выемок может привести к развитию в откосах оползней. Степень интенсивности производства земляных работ влияет на параметры устойчивости откосов в процессе строительства. Так при коротком фронте ведения работ и высокой скорости разработки выемки в откосах (при рабочей глубине разработки) не успевают возникать деформации, приводящие к оползням, что позволяет придавать откосам рабочих ярусов более крутые углы. Сооружение же высоких насыпей и насыпей на склонах (в том числе и на оползневых) напротив требует более медленного режима отсыпки грунта, обусловленного необходимостью тщательного уплотнения грунта, а также постепенной передачей нагрузки от веса насыпи на склоновое основание, что обеспечивает его устойчивость и дальнейшую стабильность.

Существенное влияние на развитие оползней в склонах и откосах оказывают порядок и сроки выполнения их проектной конфигурации. Наиболее распространенная ошибка в этом плане связана с устройством берм, ярусов, дренажных конструкций и укрепительных работ на откосах не в процессе разработки выемок и сооружения насыпей, а после их завершения. Особое значение имеет технологическая последовательность сооружения насыпей на склонах. В проектах производства работ должен быть заложен такой принцип ведения работ, который бы гарантировал устойчивость наклонного основания при сооружении земляного полотна. В частности, например, во многих случаях устойчивость насыпей на склонах была нарушена из-за неправильного способа производства работ: вместо последовательного сооружения насыпи с низовой стороны склона работы выполнялись с верховой стороны, что приводило к развитию неуплотненных зон в откосных частях, перенапряжению склонового основания, развитию оползней как в склонах, так и в откосах насыпей.

Весьма важное значение приобретают технологические факторы при ведении земляных работ на оползневых склонах или в их среде. Правильная расстановка землеройно-транспортной техники, определение необходимого темпа, выдерживание требуемой глубины разработки или крутизны откоса обеспечивают не только возможность выполнения проектных решений, но и их дальнейшую надежность при эксплуатации участка дороги, а также степень сохранности в стабильном состоянии самого оползневого склона.

Постройка земляного полотна в сильно пересеченной и горной местности

Опытные работы по комплексной механизации постройки земляного полотна были проведены ДОРНИИ не только в равнинной и слабо пересеченной местностях, но и в условиях горного и сильно пересеченного рельефа.

Рельеф местности, где велись работы, имеет типично горный характер, поскольку дороги в нем запроектированы в основном по крутым косогорам и оврагам с серпантинами, частично с подпорными стенками и с применением в отдельных местах буровзрывных работ.

Грунтовые условия в этом районе характеризуются преобладанием сильно щебенистых грунтов III и IV категорий, перемежающихся отдельными участками скальных пород (известняков). Условия механизации земляных работ в этом районе резко отличаются от обычных условий равнинной и мало пересеченной местностей; использование грейдер-элеваторов в этих условиях исключается совсем, а применение грейдеров и автогрейдеров возможно только в самом ограниченном размере для отделочных работ. Основными машинами, пригодными для работы в горных условиях, являются: экскаватор, работающий прямой лопатой без транспорта, бульдозер и скрепер. Основной тип земляного полотна в горной местности представляет собой полунасыпь-пол у выемку на косогорах, часто перерезаемых оврагами, в которых расположены искусственные сооружения (трубы) с подходами в виде сравнительно высоких и небольших по протяжению насыпей. Таким образом весь комплекс работ по постройке земляного полотна в этих условиях складывается из:
а) разработки сравнительно пологих косогоров в гюлунасыпь-полувыемку,
б) разработки крутых косогоров,
в) устройства насыпей в оврагах для подходов к искусственным сооружениям.

В районе строительства указанный комплекс работ осложнялся тем, что все косогоры были покрыты густым лиственным лесом.

Рис. 25. Схема валки леса с корчевкой при помощи натяжного троса: 1-трактор, 2 - трос Валка леса снизу

Применение для косогорных работ экскаваторов и бульдозеров позволяет избавиться во многих случаях от ряда наиболее тяжелых подготовительных работ - корчевки пней и вычесывания корневой системы из верхних слоев грунта дорожной полосы. Обязательной во всех случаях постройки полотна в горном рельефе при наличии леса является работа по валке леса и очистке полосы от кустарника. Валка леса может быть произведена одновременно с корчевкой, что в горных условиях является вполне рентабельным. Условия рельефа при косогорах крутизной 35° и выше часто не позволяют доставить средства механизации непосредственно на трассу строящейся дороги и заставляют располагать их ниже или выше трассы дороги на имеющихся временных дорогах.

Разберем эти случаи.

При расположении временной дороги ниже трассы основной дороги (рис. 25), выгодно производить валку леса совместно с корчевкой, захватывая корчующим тросом одновременно 10-15 деревьев, как показано на рис. 26. В этом случае, после валки леса с корня не понадобится больше никаких подготовительных работ, поскольку хлы-сты сваленных деревьев за один прием с валкой и корчевкой убираются с дорожной полосы. При расположении подъездной временной дороги выше трассы (рис. 26) валку леса прямой тягой тросом вверх производить нецелесообразно и очень трудно. В таких случаях требуется применение блока и анкерного пня, расположенного ниже трассы, как указано на рис. 26. Как и в первом случае корчевка с одновременной валкой леса здесь выгоднее, поскольку требует только трактора и троса. Отдельная валка леса электропилами, очевидно, в этих случаях с организационной стороны будет нерентабельна, поскольку потребует, с одной стороны, доставки на место работ электростанции и пил, а с другой, вызовет необходимость лишней операции по уборке с дорожной полосы сваленных деревьев, что в условиях горной местности создаст дополнительные организационные трудности. При пологих косогорах можно также применять указанный выше способ одновременной валки и корчевки леса. Раздельная валка леса пилами может оказаться рентабельной только тогда, когда произрастающий лес состоит из настолько крупных и толстых деревьев, что корчевка их трактором будет представлять значительные трудности.

Рис. 26. Схема валки леса с корчевкой при помощи натяжного троса:
1 - трактор; 2- трос, 3 - блок, 4 - анкер Валка леса сверху

После уборки сваленных древесных стволов с полосы производства работ можно приступить к осуществлению основных земляных работ. Разработка пологих косогоров с крутизной до 20° должна производиться в основном бульдозерами, поскольку применение для нее экскаваторов невыгодно, потому что црследним придется работать, главным образом, в забоях малой высоты, что будет снижать их выработку. Разработка пологих косогоров при наличии бульдозеров поворотного типа может осуществляться по двум принципиально различным основным схемам работ.

Первую схему можно применять при поворотных бульдозерах Д-161 или Д-149. Она заключается в предварительной разработке косогора послойно с постепенным перемещением грунта из выемки в насыпь.

Последующими проходами производится зарезание правым краем ножа на 30-50 см от линии каждого предыдущего зарезания. После 3-4 зарезаний образуется масса грунта, достаточная для полноценного прохода по перемещению грунта в насыпь без зарезания. При разработке каждого слоя зарезания первый проход обычно бывает не вполне полноценным.

Длина обрабатываемого участка должна быть возможно большей для того, чтобы сократить количество перестановок ножа при обратном ходе. На каждую перестановку в среднем затрачивается около 1 минуты.

Эта схема обладает рядом существенных неудобств, заключающихся в следующем.
1. Схема может быть осуществлена только при наличии поворотных бульдозеров. Обычными бульдозерами работать по этой схеме нельзя.
2. Схема требует многократного перемещения грунта до укладки на место несколькими проходами. В результате выполнения этой схемы, каждая частица грунта совершает перемещение не только в поперечном, но и в продольном направлении. Поэтому конструктивные особенности бульдозеров используются недостаточно целесообразно и производительность их снижается.
3. В начале работ поворотный бульдозер должен работать с сравнительно большим перекосом по отношению к своей продольной оси.

При косогорности свыше 12-15% такой перекос может вызывать сход трактора гусениц. При косогорности в 18% работа с перекосом становится совершенно невозможной из-за частого схода трактора с гусениц.

Рис. 27. Схема разработки косогора с уклоном в 20° в полунасыпь-пол увыемку

4. Схема требует частых перестановок угла захвата отвала (при каждом повороте машины), что также сказывается отрицательно на рациональном использовании, машин.

Все эти отрицательные стороны такой схемы работ позволяют считать ее нецелесообразной для широкого использования на производстве, несмотря на то, что она рекомендуется некоторыми авторами.

Вторая схема применима при разработки косогоров-крутизной до 20 и даже 25° (при опытном операторе) и заключается в том, что разработка косогора ведется с первого же прохода путем поперечного перемещения грунта бульдозером. Порядок разработки косогора по этой схеме показан на конкретном примере.

Поставив бульдозер перпендикулярно оси дороги, так, чтобы его нож был расположен в 5 м от точки перехода полувыемки в полунасыпь, произведем первое зарезание. Отодвинув бульдозер еще на 5 м, произведем второе зарезание, которое вместе с первым в данном случае перекроет всю поверхность косогора, подлежащую разработке в полувыемку.

Следующие (3,4 и 5) зарезания произведем в таком же порядке. Очевидно, что зарезание, помеченное на рис. 27 № 6, произвести бульдозером нельзя, так как образовалась крутая ступень между поверхностью косогора за пределами полувыемки и поверхностью грунта в полувыемке после производства первых зарезаний. Поэтому срезку грунта в секциях 6, 8, 10 и т. д. придется производить с углом захвата 67° левым концом ножа или автогрейдёром. Таким образом, окончательная разработка косогора для бокового кювета может быть произведена при совместной работе бульдозера и лишь частично поворотного бульдозера и автогрейдера; устройство кювета выполняется рядом дополнительных проходов автогрейдера в процессе отделки уже готового вчерне земляного полотна. Эта схема лишена большей части недостатков первой схемы и может быть рекомендована для широкого применения.

Если баланс земляных масс позволяет вести разработку косогора с более пологим откосом полувыемки (до 25°), схему можно значительно упростить и всю основную работу проделать бульдозером без участия более сложных машин типа Д-149 или Д-161.

Во многих случаях разработка резервов для устройства подходов к искусственным сооружениям на косогор-ных участках Дороги в местах пересечения ее оврагами затруднительна, и возникает необходимость подготовки резервов в процессе разработки косогоров. Как частное решение этой задачи, может быть предложен способ разработки косогора с уширенным кюветом, используемым в качестве резерва для засыпки труб в оврагах.

При косогорах, заросших лесом, первые проходы бульдозера подле валки леса производятся специально с целью корчевки оставшихся пней и уборки верхнего растительного покрова. Таким образом, при разработке пологих косогоров следует применять комплекс машин в составе тракторов для корчевки, бульдозеров, скрепера, рыхлителя Д-162 (для рыхления плотных грунтов перед скреперными работами) и автогрейдера для отделочных работ.

Разработку крутых косогоров нельзя произвести одними бульдозерами, так как бульдозеры не могут работать на больших уклонах ни по направлению склона, ни тем более, в направлении вдоль косогора из-за неизбежного схода тракторов с гусениц.

Из числа имеющихся в наличии машин наиболее подходящими для разработки крутых косогоров являются экскаваторы, работающие прямой лопатой с емкостью ковша от 0,5 до 1,0 м3. На опытных работах 1948 г. разработка крутых косогоров была произведена в основном экскаваторами с емкостью ковша 0,5 м3. Экскаваторы с емкостью ковша 1 м3 могут работать не только в грунтах III , IV и V категории, но и в предварительно разрыхленных грунтах высшей категории. Производительность этих экскаваторов почти вдвое превышает производительность экскаваторов с ковшом емкостью 0,5 м3, но меньшая подвижность их как на строительной площадке, так и при переброске с объекта на объект весьма снижает эффективность применения их на линейных дорожных работах.

Разработка крутых косогоров не может быть доведена экскаваторами до конца. В лучшем случае лишь 50-60% объема земляных работ на косогоре укладывается на место экскаватором, остальная часть работ должна быть выполнена бульдозерами или их разновидностями (Д-149 и Д-161), и частично другими машинами. Таким образом, при разработке крутых косогоров еще в большей степени, чем в других условиях рельефа требуется комплексная работа ряда машин, составляющих механизированное звено. Разработка косогора начинается с подготовки площадки, с которой начинается пионерная траншея, необходимая для захода экскаватора на отметку будущего земляного полотна (рис. 28).

Рис. 28. Начало разработки пионерной траншеи экскаватором с ковшом емкостью 0,5 м3

Пионерная траншея проходится обычно с подъемом до 10-12%; она разрабатывается прямой лопатой на ширину, необходимую для прохода экскаватора, т. е. на 2,5-3,5 м. После того как экскаватор дойдет до отметки земляного полотна, он должен начать разработку основной траншеи, откладывая грунт с низовой стороны косогора. Ширина разрабатываемой траншеи не должна превышать 4,5-5 м в целях увеличения выработки экскаватора по протяжению дороги. На опытных работах 1948 г. в отдельных случаях стахановцы-экскаваторщики (тт. Ефименко и Гаврюшин) добивались выработки до 100 пог. м за рабочий день при производительности до 500 м3 в смену, что составляло около 200% нормы. После экскаватора разработку отсыпанного им вала производили бульдозеры, причем выработка последних по разравниванию вала и расширению сделанной экскаватором траншеи в несколько раз превышала в пог. м выработку экскаватора. Таким образом, в целях более равномерной загрузки машин, участвующих в отряде по разработке косогора, следует стремиться уменьшить ширину траншеи, разрабатываемой экскаватором, для увеличения его выработки по длине дороги и одновременно для большей загрузки бульдозеров. Опыт показал, что один бульдозер легко может обслужить работу 2-3 экскаваторов даже с некоторым запасом времени на самостоятельную работу по разработке менее крутых участков косогора.

При уклоне менее 30° разработка косогора указанным способом возможна с устройством земляного полотна в полунасыпи-полувыемке без подпорной стенки, но с обязательным устройством хотя бы одного уступа для упора грунта полунасыпи. На опытных работах 1948 г. уступы устраивались вручную, чего, конечно, при комплексной механизации работ не следует в дальнейшем допускать. Надо иметь в‘виду, что уступы могут быть сделаны и механизированным способом при помощи малых экскаваторов с емкостью ковша 0,25 м3. На рис. 29 показано расположение уступов: основного - для полотна дороги и вспомогательного, вырабатываемого малым экскаватором,- для упора откоса насыпи.

При косогорах круче 33° устройство полунасыпи-полувыемки без подпорных стенок невозможно, если требуется выдержать полуторное заложение откоса полунасыпи.

Если устройство подпорной стенки по подсчетам оказывается не экономичным, и если учесть, что при определении техно-экономических показателей устройства подпорной стенки необходимо считаться со снижением степени механизации и выработки на одного рабочего в натуральных показателях, то разработку косогора следует вести без полунасыпи, чтобы вся полка полотна дороги находилась на материке в выемке (рис. 30). В этом случае весь грунт, вырабатываемый экскаватором и после него бульдозером, пойдет под откос косогора на выброс без оформления его в кавальер.

Рис. 29. Схема расположения уступов для упора грунта при косогорных работах

Необходимо сделать оговорку, что при постройке дорог в горах, сложенных из массивных каменных пород, во многих случаях устройство подпорных стенок может оказаться значительно выгоднее расширения выемок, так как работа в плотных скальных грунтах требует значительного количества сравнительно дорогих и трудоемких буровзрывных работ. За последние годы в практике Министерства путей сообщения и других ведомств часто стали применяться массовые взрывы на выброс выемок и полувыемок. Поскольку эти работы носят специфический характер и в дорожных условиях требуют специального оборудования, специалистов, взрывчатых материалов и т. д.- в настоя щей работе вопрос этот не разбирается, тем более, что буровзрывным работам на строительстве путей сообщения посвящена достаточно обширная литература.

Рис. 30. Поперечный профиль дороги на косогоре в выемке

Рис. 31. Разработка траншеи для спуска экскаватора в овраг

Перейдем теперь к вопросу устройства переходов через овраги при горной дороге, трассируемой по склонам крутых косогоров. Уже упоминалось, что во многих случаях закладка специальных резервов для устройства этих насыпей затрудняется местными условиями. В частности невозможность закладки отдельных резервов имела место почти на всех пересечениях оврагов трассой горной дороги, строившейся в 1948 г.

Разработка косогоров при подходах трассы дороги к оврагу может быть организована таким образом, чтобы создать запас грунта на самой трассе дороги с тем, чтобы в дальнейшем скреперами с продольной возкой подать его в насыпь. Этого можно достичь путем разработки косогора у подхода к оврагу на отметках более высоких, чем для проектируемого полотна дороги.

Определив заранее, путем соответствующего расчета, объем грунта, потребный для образования насыпи, разработку косогора при подходе к оврагу следует с определенного расчетом места вести выше проектной отметки до самого спуска в овраг. Подойдя к спуску, следует разработать пионерную траншею для спуска экскаватора в овраг и перехода через него понизу (рис. 31). С другой стороны оврага начало разработки косогора начинается также с более высокой отметки. В поперечнике соотношение проектного поперечника дороги и фактически разрабатываемого экскаватором при подходе к оврагу, показан на рис. 32.

Рис. 32. Схема соотношения проектного поперечника дороги и поперечника, фактически разрабатываемого экскаватором при подходе к оврагу: 1 - вал грунта, разрабатываемый бульдозером под откос, 2 - полнунасыпь, 3 - резерв для скрепера, h - высота подъема траншеи, I - откос траншеи экскаватора

Весь грунт, недобранный экскаватором по высоте при таком способе разработки косогора, легко подается в насыпь бульдозером и скрепером (рис. 33). Бульдозер подает вал грунта, разработанный экскаватором, вниз, з овраг и смягчает спуск до пределов, при которых в работу может быть включен скрепер.

Работа бульдозеров при разработке крутых косогоров производится по схемам, несколько отличающимся от тех, которые применяются в равнинной и слабо пересеченной местностях. Она заключается в разравнивании сравнительно высоких валов грунта, разработанного ранее экскаватором, в подготовке фронта работы скреперов и, где это возможно, площадок для установки экскаваторов в забой.

Наиболее распространенной операцией, осуществляемой бульдозерами при разработке крутых косогоров, является передвижка под откос и разравнивание валов насыпанного экскаватором грунта для расширения пробиг той им полки до требуемой проектом ширины дорожного полотна.

Рис. 33. Разработка скрепером валов грунта, отсыпанных экскаватором

Из этой таблицы видно, что при косогорности до 12° экскаватор укладывает на место только около 10% вырабатываемого им грунта. Таким образом, при косогорах с малым уклоном до 90% выработки экскаватора требуют вторичной переработки, что свидетельствует о явной невыгодности использования экскаваторов при разработке пологих косогоров.

При уклонах косогора 24° и выше экскаватор укладывает на место уже около 30-35% выработанного им грунта. Площадь сечения разрабатываемой им траншеи в зависимости от крутизны косогора колеблется от 8,5 до 20 с лишним м2, причем размеры вала, подлежащего дальнейшей обработке бульдозером, достигают 17 м3 на пог. м дороги. Для окончания сделанной экскаватором за 1 час работы требуется затратить от 0,17 до 0,27 ма-шино-часа работы бульдозера.

Следовательно, в среднем один бульдозер может обслужить работу 4 экскаваторов. Очевидно, что при увеличении емкости ковша экскаватора до 1 м3 количество экскаваторов, обслуживаемых одним бульдозером, уменьшается в среднем до 2. Кроме того, эти данные свидетельствуют и о том, что уменьшение сечения траншеи, вырабатываемой экскаватором, увеличит скорость постройки земляного полотна в пог. м и полнее загрузит бульдозеры.

Разработка валов, насыпанных экскаватором, может быть произведена бульдозерами Д-157 или Д-161. Работа поворотного бульдозера более эффективна и в производственных условиях более удобна, так как для его операций требуется меньшая ширина траншеи (для работы бульдозера Д-157 необходимо обеспечитьширину траншеи около 6 м, а для Д-161 достаточно 4,5 м). Бульдозер начинает разработку с поднятым, ножом и толкает грунт вперед (рис. 34). В этот момент грунт, находящийся выше ножа бульдозера, ссыпается вниз. Получается разработка вала подкопом. На грунт, ссыпавшийся вниз, опускается нож бульдозера. За один-два прохода грунт сваливается под откос, и траншея, разработанная экскаватором, расширяется. Из табл. 18 видно, насколько велика производительность бульдозеров на этой работе. Для разработки вала объемом 57,4 м3 в рыхлом теле (при среднем коэ-фициенте разрыхления 1,3) требуется всего 0,23 маш.-час. работы бульдозера, т. е. производительность бульдозера составляет около 140 м3 за час чистой работы, а для разработки вала объемом 50,6 м3 - 0,2 маш.-часа, т. е. производительность в этом случае составит 115 м3/час. В среднем производительность бульдозеров Д-157 и Д-161 при обработке валов под откос составит около 1200 м3 в смену.

В тех случаях, когда требуется вал свалить не под откос, а продвинуть его вдоль косогора для засыпки какого-либо понижения, разработку вала следует вести в два приема: первым приемом бульдозер, поднимаясь с торцевой стороны на гребень вала, слегка приглаживает и расширяет верхнюю часть вала, чтобы на него мог впоследствии подняться трактор со скрепером для дальнейшей продольной транспортировки грунта.

Поэтому в задачу бульдозериста входит не только приглаживание гребня вала с его расширением поверху не менее чем до 3 м, но и уположивание въезда и съезда с вала для создания удобного фронта работ скреперу.

В тех случаях, когда длина продольного перемещения грунта невелика, бульдозер может самостоятельно нроиз-зести работу по перемещению грунта на место. При высоких и сравнительно узких валах эта работа производится подкопом с установкой ножа при первом проходе примерно по середине высоты вала - для осыпания грунта, а затем нож заглубляется в грунт на половину или треть своей длины, на всю высоту отвала и передвигается с грунтом вдоль оси дороги.

Рис. 34. Передвижение валов, насыпанных экскаватором или бульдозерами

Производительность бульдозера при такой разработке валов тоже очень велика и при расстояниях перемещения 30-40 м составляет от 800 до 1000 м3 в смену.

Таким образом, определился состав отряда для производства работ по постройке дороги в горной местности: основной машиной этого отряда является экскаватор. При работе на крутых косогорах лучше работать одним экскаватором емкостью ковша 1 м3 на основной полке и одним малым экскаватором с емкостью ковша 0,25 м3г включенным в отряд специально для устройства уступов.

Для обслуживания такого маленького отряда необходимо назначать только один бульдозер, но и он будет не полностью нагружен.

Поэтому целесообразно составлять отряд из двух экскаваторных звеньев (4 экскаватора), обслуживаемых одним бульдозером и одним скрепером.

В состав такого отряда должны быть включены рыхлитель Д-162 (для обеспечения работы скреперов в тяжелых каменистых грунтах) и запас троса для валки леса.

Фронт работ такого отряда должен составлять не менее 1-1,5 км, причем экскаваторные звенья должны работать с разрывом между собой не менее 1 км, чтобы избежать частых перебросок этих тяжелых машин.

К атегория: - Механизация земляных работ

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:

• ширина проходок (забоев) принимается с таким расчетом, чтобы обеспечить работу экскаватора со средним поворотом не более 70 градусов;
• глубина (высота) забоев должна быть не меньше длины стружки грунта, необходимой для заполнения ковша с шапкой за один прием копания;
• длина проходок принимается с учетом возможно меньшего числа вводов и выводов экскаватора в забой и из забоя.

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.

Экскаваторы отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый недобор. Недобор оставляют, чтобы избежать повреждения основания и не допускать переборов грунта, он составляет обычно 5-10 см. Для повышения эффективности работы экскаватора применяют скребковый нож, насаженный на ковш. Это приспособление позволяет механизировать операции по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с погрешностью не более плюс-минус 2 см, что исключает необходимость ручных доработок.

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. :
а - обычное резание; б - гребенчатое резание

В практике земляных работ имеется несколько способов резания грунта бульдозером (рис. 7):

• обычное резание - нож вначале заглубляется на предельную для данного грунта глубину и по мере загрузки постепенно поднимается, так как растет сопротивление призмы волочения, на которое расходуется тяговое усилие трактора;
• гребенчатое резание - отвал заполняется несколькими чередующимися заглублениями и поднятиями.

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. :
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:

• по геометрическому объему ковша - малый (до 3 м3), средний (от 3 до 10 м3) и большой (свыше 10 м3);
• по роду агрегатирования с тягачом - прицепные и самоходные (в том числе полуприцепные и седельные);
• по способу загрузки ковша - загружаемые за счет силы тяги тягача и с механической (элеваторной) загрузкой;
• по способу разгрузки ковша - со свободной, полупринудительной и принудительной разгрузкой;
• по способу привода рабочих органов - гидравлические и канатные.

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. :
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):

• стружкой постоянной толщины. Способ применяют при планировочных работах;
• стружкой переменного сечения. При этом грунт срезается с постепенным уменьшением толщины стружки по мере наполнения ковша, т. е. с постепенным выглублением ножа скрепера к концу набора;
• гребенчатым способом. При этом грунт срезается с попеременным заглублением и постепенным подъемом ковша скрепера: на разных стадиях толщина стружки меняется от 0,2-0,3 м до 0,08-0,12 м;
• клевками. Наполнение ковша осуществляется путем многократного заглубления ножей скрепера на возможно большую глубину. Способ применяют при работе в рыхлых сыпучих грунтах.

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. :
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

Грейдеры используют при планировке территории, откосов земляных сооружений, зачистке дна котлованов и отрывке канав глубиной до 0,7 м, при возведении протяженных насыпей высотой до 1 м и нижнего слоя более высоких насыпей из резерва. Автогрейдерами профилируют дорожное полотно, проезды и дороги. Наиболее эффективно использовать автогрейдеры при длине проходки 400-500 м. Плотные грунты до разработки грейдером предварительно разрыхляются. При возведении насыпи из разрабатываемого резерва наклонный нож сдвигает срезанный грунт в сторону насыпи. При следующей проходке грейдера этот грунт перемещается еще дальше в том же направлении, поэтому целесообразно организовывать работу двумя грейдерами, один из которых срезает, а другой перемещает срезанный грунт.

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:

• грунт укладывают слоями, отсыпая его от бровки к оси дороги (профилировочные работы в нулевых отметках при высоте насыпи, не превышающей 0,1-0,15 м);
• валики размещают один возле другого с соприкосновением их только основаниями (отсыпка насыпей высотой 0,15-0,25 м);
• каждый последующий валик частично прижимают к ранее уложенному, перекрывая его основанием на 20-25%; гребни этих двух валиков располагаются на расстоянии 0,3-0,4 м один от другого (отсыпка насыпей высотой до 0,3-0,4 м);
• каждый последующий валик прижимается к ранее уложенному без всякого зазора; новый валик перемещают отвалом вплотную к ранее уложенному с захватом его на 5-10 см; образуется один широкий плотный вал выше первого валика на 10-15 см (отсыпка насыпей высотой до 0,5-0,6 м).

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:

• методом предварительной подготовки грунтов с последующей их разработкой обычными способами;
• методом предварительной нарезки мерзлых грунтов на блоки;
• методом разработки грунтов без предварительной подготовки.

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.

© 2000 - 2009 Oleg V. сайт™