Земляное полотно на косогорах устраивают в виде насыпи, полувыемки-полунасыпи, выемки. Постройка земляного полотна в сильно пересеченной и горной местности Поперечные ходы при разработке грунта

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

Грунт может разрабатываться тремя основными способами: резанием -землеройными (одноковшовым экскаватором со сменным оборудованием «прямой» и «обратной» лопатами и многоковшовым роторным или цепным экскаватором) и землеройно-транспортными (скрепером, бульдозером, грейдером) машинами; гидромеханическим - с помощью гидромониторов и землесосных снарядов при наличии мощных источников водоснабжения, при этом размыв грунта и подача его к месту укладки происходят за счет кинетической энергии струи воды; взрывом с использованием различных взрывчатых веществ. Кроме вышеперечисленных существуют специальные способы разрушения грунта - ультразвуком, токами высокой частоты, термическими установками, комбинированными способами.

Разработка грунта резанием

Разработка грунта землеройными механизмами (одно- и многоковшовыми экскаваторами). Экскаваторы бывают одноковшовые циклического действия на пневмоколесном или гусеничном ходу и многоковшовые непрерывного действия. Одноковшовые экскаваторы комплектуются различным сменным оборудованием (рис. 1.7).

Забоем называется рабочее место экскаватора, включая место его стояния и забора грунта. Проходка - это выемка, образованная одним ходом экскаватора. Проходки бывают: лобовыми (торцевыми), при которых разработка ведется на крутых склонах по оси выемки и впереди себя и по обе стороны от оси, и боковыми , при которых разработка грунта происходит с одной стороны по ходу движения. Выемки значительной глубины разрабатывают ярусами-уступами, устраиваемыми в разных уровнях. Транспортные средства располагаются на одном уровне с экскаватором или выше его уровня. Схемы лобовых проходок экскаватора с «прямой» и «обратной» лопатами приводятся на рис. 1.8: продольная симметричная, продольная с поперечным перемещением, по зигзагу.

Рис. 1.7. Типы строительных экскаваторов с различным сменным оборудованием: а - прямая лопата; б - обратная лопата; в - грейфер; г- драглайн; д- копер для забивки свай; е, и - кран для выполнения монтажных и погрузоразгрузочных работ; к - дизель-молот для рыхления мерзлого грунта; ж - приспособление для корчевания пней

Разработку плотных грунтов в плоскости забоя ведут в шахматном порядке, т.е. с отступом от предыдущей полосы резания на величину меньше ширины ковша. При повороте стрелы в обратном направлении снимают полосы несрезанного грунта, что обеспечивает быстрое заполнение ковша грунтом, так как боковое сопротивление резанию при этом уменьшается. Песчаные грунты разрабатывают последовательными полосами (стружками) с небольшим перекрытием предыдущих полос.

Многоковшовые экскаваторы разделяются по типу основного рабочего оборудования на цепные , применяемые при разработке мягких грунтов 1-3 категории на глубине менее 4 м, и роторные , используемые для грунтов повышенной прочности, в том числе мерзлых, на глубине менее 2,5 м. Разработку грунта роторными и цепными экскаваторами в связных грунтах (глинах, суглинках) производят на глубину до 3 м без дополнительного крепления.

Рис. 1.8. Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами при отрывке котлованов: а - лобовой проходкой экскаватора, оборудованного прямой лопатой, с односторонней погрузкой в транспортную машину; б - то же, с двухсторонней погрузкой; в - уширенной лобовой проходкой с зигзагообразным перемещением экскаватора; г - то же с перемещением экскаватора поперек котлована; д - боковой проходкой экскаватора, оборудованного прямой лопатой; е, ж, з - торцевой проходкой вдоль котлована экскаватором, оборудованным обратной лопатой; и, к - то же, при проходках поперек котлована; л - боковой проходкой; м - поперечно-челночной проходкой

экскаватором-драглайном

!^ " IЧ " I Ч Ч N (111

^ У

иЕЕПЕШДЩц!

Разработка грунта землеройно-транспортными машинами. В зависимости от типа взаимосвязи рабочего оборудования с тягачом применяют прицепные, полуприцепные и самоходные скреперы. Скреперы используют при планировке площади и устройстве линейно-протяженных земляных сооружений (рис. 1.9).

Возможность и условия разработки грунта скрепером определяют консистенцией грунта (В): В= (IV- Н / р)/(IV, - Щ,), где IV- природная влажность грунта, %; Щ,- влажность грунта на границе раскатывания, %; IV, - влажность грунта на границе текучести, %. При твердой консистенции грунта (В 0) и полутвердой (В= 0-0,25) грунт следует предварительно рыхлить. При тугопластичной консистенции (В- 0,25-0,5) и мягкопластичной консистенции (5= 0,5-0,75) грунт можно разрабатывать без рыхления. При тягучепластичной (В- 0,75-1) и тягучей (?>1) консистенции скреперы применять нельзя.

Рис. 1.9. Последовательность технологических операций, выполняемых скрепером: а - загрузка ковша грунтом с толкачом;

б - выгрузка грунта из ковша

Полный рабочий цикл разработки грунта включает: резание и наполнение ковша, перемещение, выгрузку, укладку ровным слоем и уплотнение колесами скрепера. Заполнение ковша происходит в процессе движения скрепера с опущенным ножом. Резание может выполняться по следующим профилям: ровной стружкой (рис. 1.10, в) (применяется при планировочных работах); стружкой переменного сечения от 20 до 36 мм гребенчатым профилем (рис. 1.10, б); клиновым профилем (рис. 1.10, а).

Рис. 1.10. Профили резания грунта скрепером: а- клиновидная стружка; б - гребенчатая стружка; в - тонкая стружка постоянной величины

В зависимости от направления забора грунта по отношению к оси выработки может быть выбрана поперечная или продольная схема возки грунта. Поперечная схема возки принимается при близком взаимном расположении выемки и насыпи. При этой схеме следует устраивать въезды на насыпь и съезды с нее. При продольной схеме возки груженые скреперы движутся по отсыпаемой насыпи, имеющей два торцевых съезда. Основную часть рабочего цикла скрепера составляет его движение к месту разгрузки и обратно. Наиболее распространенными схемами движения скрепера являются: по эллипсу, применяемая при планировке площадок и отсыпке насыпей из резервов при ограниченном числе захваток (рис. 1.11, а); по восьмерке - при фронте работ, позволяющем в течение цикла дважды делать забор грунта в резерве и его разгрузке в насыпь (рис. 1.11, б); по спирали - при низких насыпях, если не требуются большие объемы работ по устройству съездов (рис. 1.11, г); по зигзагу - при колонной разработке грунта в резервах большой протяженности (рис. 1.11, в) поперечно-челночная - при концентрированном перемещении грунтовых масс и большом удалении друг от друга (рис. 1.11,5); продольно-челночная (рис. 1.11, с); с одного конца насыпи и чередующихся насыпей (рис. 1.11, ж, з).

Технологические схемы разработки грунта бульдозером. Бульдозеры применяют для разработки неглубоких выемок до 2 м или насыпи высотой менее 1,5 м с перемещением грунта в отвал на расстояние до 200 м; для грубой планировки площадок; обратной засыпки траншей, пазух котлованов; окучивания грунта в зоне работы погрузчиков, а также как дополнительный тягач при разработке грунта скреперами. Наибольшая глубина резания составляет 20-60 см. Рабочим органом бульдозера является прямой навесной отвал, жестко закрепленный и поворачиваемый в вертикальной (90-54°) и горизонтальной плоскостях (3-8°).

Профили резания бульдозера аналогичны профилям резания скрепера. Наиболее рациональными являются клиновидная и гребенчатая схемы резания. При разработке грунта в широких выемках и на площадках могут быть использованы несколько технологических схем (рис. 1.12), обеспечивающих наибольшую производительность: поперечная с ярусно-траншейной разработкой; траншейная по челночной схеме (при разработке котлованов); сплошным слоем; ступенчато-ярусным; полосами; траншейно-полосная и др. При траншейном способе разработки грунта между параллельными проходками бульдозера оставляют нетронутые грунтовые валы, окаймляющие траншеи и препятствующие потерям грунта.

Валы срезают бульдозером в последнюю очередь. При перемещении на расстояние более 40 м применяют способ разработки с промежуточным валом или спаренную работу бульдозеров, движущихся рядом с одинаковой скоростью на расстоянии 0,5 м один от другого. При челночной схеме (в мелких и широких выемках) в котловане срезают и перемещают грунт вдоль оси котлована, начиная с середины,

в оба конца. Вначале разрабатывают котлован на первой захватке на глубину до 1 м, а затем на второй на ту же глубину и т.д. Между смежными траншеями оставляют перемычки нетронутого грунта и валы шириной 0,5-1,2 м, которые срезают после разработки нескольких траншей. При устройстве линейных сооружений небольшой ширины грунт разрабатывают по схеме эллипс или восьмерка.

р езерВ ^

набор грунта разгрузка грунта

направление движения скрепера

Рис. 1.11. Схема разработки грунта скреперами: а - по эллипсу; б - по восьмерке; в - по зигзагу; г - по спирали; д - поперечно-челночная; е- продольно-челночная; ж - при расположении резервов или выемок с одного конца насыпи; з - при разработке

выемок, чередующихся с насыпями

ют для устройства корыта земляного полотна; планировки грунта, отсыпаемого в насыпь высотой не более 1,2 м; срезки и планировки откосов выемок и насыпей; профилирования земляного корыта песчаного слоя; разравнивания щебеночного основания; перемешивания дорожно-строительных материалов с вяжущими; устройства отводных кюветов и нагорных канав глубиной до 0,7 м. Основной орган грейдера - отвал с ножом для резания и перемещения грунта и вспомогательный орган-кирковщик, используемый для удаления небольших пней, корней, рыхления грунтов и дорожных покрытий (рис. 1.13).

Проектная поверхность

////// У// /// /7/ 7/7

м. ..о, 6

Рис. 1.12. Способы и схемы разработки грунта бульдозерами: а - спаренная работа; б - челночная схема; в - послойная разработка;

г - послойная отсыпка; д, е - грудами без послойного уплотнения; ж - разработка грунта «с головы»; 1-7 - последовательность движения бульдозера; 8- грунт, перемещаемый одиночным бульдозером;

9- дополнительный объем грунта, перемещаемого двумя бульдозерами; I-VII - последовательность разработки грунта при планировке

Рис. 1.13. Положение отвала автогрейдера: а - транспортное; б - установка отвала под углом (3; в, г - то же под различными углами

к горизонтальной плоскости

Разработку грунта автогрейдером выполняют снятием прямоугольной и треугольной стружки, что зависит от принятой схемы работы в резерве. При возведении насыпи наиболее рациональной является послойная срезка грунта прямоугольной стружки, а при разработке грунта от внешней бровки резерва к внутренней резание выполняют снятием стружки треугольной формы. При работе автогрейдеров используют различные способы укладки грунта - вприжим, вполуп-рижим, вразбежку, слоем с заданным уклоном и т.д. (рис. 1.14). Укладку грунта вприжим производят валиками, прижатыми друг к другу без зазора (при насыпи высотой до 0,7 м).

При способе вполуприжим грунт отсыпают в валы с частичным прижатием к ранее уложенному, перекрывая его основание на "/ 4 ширины (при насыпи высотой до 0,5 м). При способе вразбежку грунт отсыпают валами, которые соприкасаются лишь основанием (при насыпи высотой до 0,25 м). При ведении профилировочных работ укладку грунта производят слоями толщиной 10-15 см, а отсыпку грунта ведут от бровки к оси дороги с заданным поперечным уклоном. Недобор грунта в 5-7 см до проектной отметки в котлованах и траншеях подчищают ручным способом. Иногда вместо ручных способов применяют уплотнение грунта механическим вибротрамбованием.

Засыпку пазух траншей грунтом производят бульдозерами по челночной или поперечно-челночной схеме, а также вручную. Засыпка пазух обязательно сопровождается уплотнением грунта, которое производят послойно. Толщина первого уплотнения слоя составляет 1 м, а последующих слоев - 0,4-0,6 м. При невозможности доступа рабочего в узкую пазуху (проложенный коллектор) грунт разравнивают микробульдозером, а затем малогабаритным бульдозером, уплотняют самопередвигающейся трамбовкой. Грунт в пазухах коллектора уплотняют параллельными проходами малогабаритной вибротрамбов-

кой. Обратную засыпку выполняют сразу после укладки труб во избежание обрушения стенок траншеи от осадков, пересушивания или увлажнения грунта в отвалах.

Рис. 1.14. Способы укладки грунта в тело насыпи грейдером (размеры в м): а - вприжим; б- вполуприжим; в - вразбежку; г- слоями; д - схема работы колонны автогрейдеров при послойном разравнивании грунта в насыпи; е- планировка откосов насыпи крутизной 1:3 автогрейдером; 1 - первый проход по зарезанию валика № 1; 2- проходы по перемещению валика № 1 к месту укладки; 3 - второй проход по зарезанию валика № 2; 4 - проходы по перемещению валика № 2 к месту укладки;

С - длина рабочей захватки; / 1 - ширина резерва; / 2 - ширина насыпи;

/ 3 - ширина земляного полотна

Фундамент здания передает воспринимаемую им нагрузку на плоскость основания. Несущему грунту необходимо выдерживать эту нагрузку без разрушения. Для оснований обычно используют два вида грунта: с высокой связностью (глина, ил) и сыпучий (песок, гравий). Более редко применяют скальные грунты, обеспечивающие высокую несущую способность, встречаются грунты с низкой несущей способностью, такие, как торф, обратная засыпка, макропористый лесс. Среди связных и сыпучих грунтов существуют и переходные виды.

Прежде чем рассчитать основание, необходимо изучить основные свойства грунта. Лучше всего провести экспертизу участка, на основании которой рассчитать глубину заложения фундамента. Можно, правда, получить достаточную информацию на основании пробы грунта из одного шурфа. Наиболее часто встречающаяся ошибка при сооружении фундаментов - вариант, когда часть его приходится на плотный грунт, а другая - на сыпучий. Как правило, это случается при строительстве дома на склоне, в выемке или на насыпи. В этом случае на сыпучем грунте фундамент проседает больше, чем на плотном, и возникает разность просадок (рис. 25). Под воздействием этой разности появляются трещины в стенах, при больших просадках может возникнуть опасность потери устойчивости всей конструкции. Правильное решение состоит в выемке грунта ступеньками шириной 0,5 м для устройства основания на склоне, чтобы сооружение не попало в зону насыпи, оставаясь на плотном грунте. Для исправления ошибки поступают таким же образом, но теперь уже с более высокими затратами средств. Просадки можно приостановить только тогда, когда подошва сооружения полностью попадет на плотный грунт.

V . Подготовка оснований под насыпи

1. Срезка растительного грунта и нарезка уступов на косогорах

На горизонтальной местности, а также на косогорах крутизной до 1:10 насыпи высотой более 0,5 м на сухом и прочном основании отсыпают непосредственно на естественную поверхность, а в основании насыпей высотой до 0,5 м удаляют растительный покров (дерн).

При крутизне косогора от 1:10 до 1:5 в основании насыпей высотой до 1,0 м и на нулевых местах также удаляют дерн, а в основании насыпей высотой более 1 м дерн не срезают, но перед отсыпкой насыпи из глинистых грунтов рыхлят поверхность основания.

В пределах косогоров крутизной от 1:5 до 1:3 независимо от высоты насыпи устраивают уступы шириной от 2 до 4 м, но не менее 1 м, и высотой до 2 м с поперечным уклоном в низовую сторону 0,01-0,02.

Удаление растительного покрова и нарезку уступов выполняют бульдозерами или автогрейдерами.

На косогоре растительный грунт целесообразно срезать при рабочем движении бульдозера или автогрейдера сверху вниз. При этом грунт укладывают с низовой стороны насыпи в берму или вывозят.

Нарезку уступов можно производить до возведения насыпей сверху вниз (рис. 29, а), начиная от нагорной границы откоса насыпи или в процессе возведения насыпи снизу вверх (рис. 29, б), начиная от подгорной границы откоса насыпи. В первом случае ширина уступов должна быть не менее 3 м (из расчета установки бульдозера), а во втором случае она может быть уменьшена до 1 м. нижний уступ в обоих случаях необходимо делать шириной не менее 4 м с целью размещения выгружаемого из автомобилей-самосвалов грунта и грунтоуплотняющей машины при возведении насыпи.

Уступы нарезают с помощью бульдозера или автогрейдера. Наиболее эффективным является универсальный бульдозер с отвалом, устанавливаемым под углом к его продольной оси.

При нарезке уступов сверху вниз до возведения насыпи грунт перемещают бульдозером в продольном или поперечном направлении. В последнем случае его укладывают в берму.

Нарезку уступов снизу вверх производят по мере возведения насыпи. Сначала нарезают нижний уступ, на месте которого отсыпают затем слои насыпи. После отсыпки слоя грунта до уровня верха уступа нарезают следующий уступ и т. д. Грунт уступа разравнивают по ширине отсыпанного слоя, если он пригоден для укладки в насыпь, или удаляют за пределы насыпи.

Для придания уступам поперечного уклона целесообразно использовать автогрейдер.

2. Устройство траншей и дренажных прорезей на болотах

Грунты слабых оснований при высоте насыпей до 2 м предварительно осушают или вырезают. На болотах предусматривают частичное или полное удаление торфа из основания насыпей с засыпкой образуемых траншей грунтами, пригодными для возведения насыпей.

Траншеи глубиной до 4 м, как правило, разрабатывают экскаваторами-драглайнами типа Э-652 с ковшом ЦНИИСа емкостью 0,8 м3.

На болотах с недостаточной несущей способностью работы по подготовке основания целесообразно выполнять в зимнее время. В летнее время экскаваторы перемещаются по переносным щитам. Целесообразно использовать экскаваторы и бульдозеры с уширенными гусеницами.

Торф, вынутый из траншеи экскаватором, перемещается затем бульдозером и разравнивается слоем толщиной 0,5 м. при невозможности использования бульдозера из-за недостаточной несущей способности поверхности болота торф перекидывают экскаватором или оставляют неразровненным в зиму, разравнивают его бульдозером в весеннее время по мере оттаивания.

Разработку траншеи экскаватором в зависимости от ее ширины производят торцовым (рис. 30, а) или боковым (рис. 30, б) забоем за одну или несколько проходок.

Производительность экскаватора в торцовом забое выше, чем в боковом.

Схему разработки траншеи с торцовым забоем применяют в случаях, не требующих предварительного устройства водоотводных канав.

По схеме разработки с боковым забоем одновременно с разработкой траншеи можно устраивать водоотводную канаву со стороны хода экскаватора.

В обеих схемах экскаватором-драглайном типа Э-652 со стрелой длиной 13м устраивают траншеи шириной до 12м и глубиной 2,5м.

Разработку траншей шириной до 25м (рис.30, в ) осуществляют боковым забоем двумя проходками. Экскаватор, передвигается сбоку от траншеи, разрабатывает ее на половину ширины, а затем на обратном пути разрабатывает вторую половину. При каждом проходе экскаватора возможно устраивать водоотводную канаву.

Траншеи шириной более 25м (рис.30, г ) устраивают тремя проходками экскаватора. Одновременно с разработкой частей траншеи можно устраивать водоотводные канавы.

Траншеи глубиной до 1м на сухих болотах с подстилающими плотными грунтами при ширине основания насыпи более 12м эффективно разрабатывать бульдозерами. При этом целесообразно применять бульдозеры на уширенном гусеничном ходу, а также с отвалами совкового типа.

Выторфовывание грунта бульдозерами выполняют поперечными проходками. Торф перемещают за пределы размещения водоотводных канав и разравнивают слоем толщиной до 0,5м. Водоотводные канавы устраивают вслед за выторфовыванием.

На болотах для обеспечения вертикального дренирования основания насыпей, а также для ускорения консолидации (упрочнения) грунтов основания и повышения их устойчивости иногда устраивают продольные дренажные прорезы.

Для устройства дренажных прорезей используют экскаваторы-драглайны, экскаваторы-обратные лопаты, а также траншейные многоковшовые экскаваторы.

Драглайны применяют в летнее время при глубине болота до 4м. Траншейные многоковшовые экскаваторы используют на болотах глубиной не более 3м как в летнее, так и в зимнее время, причем в летнее время – на уширенном гусеничном ходу, а зимой – со специальным сменным рабочим оборудованием, предназначенным для разработки мерзлых грунтов.

Экскаваторы-обратные лопаты типа Э-652 можно применять для устройства дренажных прорезей в зимнее время на болотах глубиной до 4 м и при толщине промерзания не более 0,3 м.

Вынутый из прорези торф перемещают бульдозером и разравнивают слоем толщиной до 0,5 м.

Вслед за отрывкой прорези засыпают дренирующим грунтом (одновременно с возведением насыпи).

3. Подготовка оснований под насыпи на марях, участках с подземными льдами, курумах и каменных россыпях.

Подготовка оснований под насыпи на марях заключается в обеспечении отвода поверхностной воды, исключении возможности ее скопления у подошвы откоса, засыпки пониженных мест, а также озер термокарстового происхождения, находящихся около насыпи.

Засыпку производят местным глинистым грунтом по мере отсыпки нижнего слоя насыпи. Глинистый грунт, доставленный автомобилями0=самосвалами по отсыпанному слою насыпи, выгружают около пониженного мета и надвигают затем бульдозером.

Верх насыпи оформляют в виде бермы высотой над поверхностью мари 0,2-0,3 м с поперечным уклоном 0,02-0,04 в сторону от насыпи.

В пределах марей выторфовывание, как правило, не предусматривают.

В зоне вечной мерзлоты на участках насыпей выстой до 1 м, а также на нулевых местах, в основании которых залегают переувлажненные глинистые грунты, предусматривают вырезку этих грунтов на глубину не мене половины толщины Дея тельного слоя с приданием дну траншеи продольного уклона не менее 0,005.

Вырезку грунтов в талом состоянии производят бульдозерами. Мерзлые грунты предварительно разрыхляют навесными рыхлителями на бульдозерах мощностью 300 л. с. и более или взрывным способом. Разрыхленный грунт сдвигают бульдозерами в валы, из которых погружают его экскаватором в автомобили-самосвалы и увозят за пределы насыпи.

Работы по рыхлению вечномерзлых грунтов при высокой положительной температуре воздуха целесообразно выполнять с некоторым интервалом (по времени) между рыхлениями отдельных слоев грунта. За время между уборкой разрыхленного слоя грунта и рыхлением следующего слоя прочность мерзлого грунта уменьшается и его разрыхление требует меньших усилий.

При наличии просадочных оснований на участках подземных льдов как подготовительный период, так и в процессе возведения насыпей следует принимать меры к максимальному сохранению естественных условий полосы отвода, чтобы не допускать протаивания льда и связанных с ним просадок насыпей. Для этого необходимо:

не нарушать растительно-моховой покров в основании насыпей и в полосе отвода;

валку деревьев производить в минимально необходимом количестве;

не допускать осушение заболоченной местности и устройства продольных и поперечных прорезей в основании и у подошвы откоса насыпи;

возводить насыпи после промерзания деятельного слоя и до наступления положительных температур отсыпать ее на высоту не менее 1,2 м;

систематически удалять снег со всей площади основания, что способствует увеличению глубины промерзания грунта основания;

выделять участки с подземными льдами в запретную зону и в процессе строительства и эксплуатации не допускать в этой зоне движение транспорта вне дорог, возведение различных сооружений, сенокошения и т. д.

На участках залегания подземного льда непосредственно под деятельным слоем в некоторых случаях предусматривают полное или частичное удаление этого льда из основания насыпей на определенную ширину. При полном удалении льда траншею заполняю дренирующим грунтом, а при частичном удалении льда – глинистым грунтом. В последнем случае толщина насыпного грунта вместе с насыпью над оставшимся льдом должна быть не менее 4 м. откосом траншеи придают уклон 1:0,2.

Процесс удаления грунта деятельного слоя указан выше. Лед разрыхляют взрывным способом, а отдельные прослои и линзы льда – навесными рыхлителями на бульдозерах мощностью 300 л. с. и более. Разрыхленный лед сдвигают бульдозером в валы и погружают экскаватором в автомобили-самосвалы. В зимнее время разрыхление грунта деятельного слоя и льда взрыванием следует производить одновременно.

Засыпку траншеи осуществляют с доставкой грунта автомобилями-самосвалами. В летнее время первый слой грунта необходимо отсыпать без заезда автомобилей-самосвалов на поверхность льда или вечномерзлого грунта траншеи. Для этого выгруженный автомобилями-самосвалами грунт надвигают вперед бульдозером. Автомобили-самосвалы разворачиваются под разгрузку на ранее спланированном грунте около места выгрузки. Отсыпаемый грунт послойно уплотняют грунтоуплотняющими машинами до установленной нормы плотности.