5.2. Возведение насыпей из грунта выемок

В большинстве случаев грунт из выемок используют для отсыпки насыпей на смежных участках дороги. В зависимости от дальности перемещения грунта возможны три технологии с применением бульдозеров, скреперов или автомобильно-экскаваторных комплексов. При разработке коротких и неглубоких выемок и перемещении грунта в смежные насыпи при дальности, не превышающей 100 м, применяют бульдозеры, работающие по ярусно-траншейной схеме (рис. 5.4).

Разработку выемок начинают с участков, наиболее близких к насыпи. В зависимости от поперечного сечения выемки и параметров бульдозера определяют число ярусов и траншей, по которым перемещают грунт.

Рис. 5.3. Схема отсыпки насыпей: а) послойная, б) «с головы», в) комбинированная

Рис. 5.4 Последовательность разработки стенок при разработке нижнего яруса выемки и полок откосов выемки:

1-3 - ярусы, 4 - крайняя стенка (стенки разрабатывают одновременно с разработкой полок откоса); 5 - траншея; 6 - полки; а - ширина захвата при проходе бульдозером

Разработку верхнего яруса начинают вслед за разбивкой и обозначением границ выемки. Каждый ярус на всю ширину и длину выемки разрабатывают продольными траншеями с оставлением между ними стенки шириной до 1 м. Грунт перемещают в насыпь и укладывают слоями требуемой толщины. Траншею постепенно углубляют в сторону насыпи, что позволяет перемещать значительный объем грунта за один цикл. Стенки траншеи срезают после разработки верхнего яруса по всей длине выемки и срезанный грунт перемещают в насыпь. По такой же схеме разрабатывают и остальные ниже расположенные ярусы. Образовавшиеся ступенчатые откосы выравнивают бульдозером, движущимся сверху вниз и сдвигающим срезанный грунт в крайнюю траншею, из которой его перемещают в насыпь.

Отсыпку каждого слоя в насыпь следует начинать с крайних боковых полос с последующим смещением к оси дороги. При этом необходимо предусматривать запас по толщине слоя 10-20 % на уплотнение. Разравнивание готового слоя выполняют автогрейдером, а затем уплотняют.

К концу смены последний отсыпанный слой должен быть тщательно спланирован, чтобы обеспечить сток в случае выпадения атмосферных осадков.

Производительность бульдозера при разработке грунта, м³/см:

где (5.4)

Т_cv - продолжительность смены, час;

V - объем грунта, перемещаемый бульдозером, м³;

К_п - коэффициент потери грунта при перемещении;

К_в - коэффициент использования рабочего времени;

К_у - коэффициент условий работы бульдозера (табл. 5.1);

t_н - продолжительность резания грунта, сек;

t_п - время, необходимое для переключения передач, сек;

L_п - дальность перемещения грунта, м;

L_хх - расстояние от места укладки грунта до места разработки, м;

V_п, V_xx - скорость бульдозера при перемещении грунта и при возврате к месту разработки, м/сек.

Объем грунта, перемещаемого бульдозером при одном проходе, определяют по формуле:

где (5.5)

В - длина отвала бульдозера, м;

Н - высота отвала, м;

К_пр - коэффициент учитывающий тип грунта, табл. 5.1;

К_р - коэффициент разрыхления грунта.

Таблица 5.1

Перечисленные параметры, зависящие от технических особенностей бульдозеров, приводятся в справочниках по дорожным машинам.

Коэффициент условий работы К_у зависит от уклона местности, который может быть положительным при перемещении грунта под уклон и отрицательным при перемещении на подъем.

В состав отряда машин включают также автогрейдер для разравнивания грунта и катки для уплотнения.

При разработке выемок и перемещении грунта в насыпи на расстояние более 100 м наиболее эффективным является применение отрядов с ведущей машиной скрепер. В табл. 5.2 приведены ориентировочные сферы применения скреперов с ковшами различной емкости в зависимости от дальности перемещения грунта.

Таблица 5.2

Резание грунта и заполнение ковша скрепера необходимо выполнять на прямолинейных участках, используя следующие приемы резания, показанные на рис. 5.5:

стружкой одинаковой толщины по всей длине резания;

стружкой переменной толщины клинообразной формы, применяется при разработке любых грунтов на горизонтальных участках;

стружкой гребенчатой формы с попеременным заглублением и выглублением ковша, применяется при разработке сухих песчаных и супесчаных грунтов на горизонтальных и наклонных участках.

Рис. 5.5. Схема набора грунта: а - траншейно-гребенчатая; б - ребристо-шахматная; 1-15 - последовательность проходов; b - ширина захвата грунта; L - путь наполнения ковша (стрелкой показано направление движения скреперов)

Для более эффективного заполнения ковша участки набора грунта размешают в шахматном порядке, используя шахматно-гребенчатую или шахматно-ребристую схемы показанные на рис. 5.5.

При разработке сухих песчаных грунтов для лучшего заполнения ковша целесообразно предварительное увлажнение грунта, дополнительный эффект по улучшению наполнения ковша в этих условиях дает также заполнение на подъемах с уклоном 2-3°.

При разработке выемок предпочтительным является направление движения скрепера под уклон, что облегчает резание грунта и повышает производительность за счет большей скорости движения.

Скреперами можно разрабатывать песчаные, супесчаные, глинистые и суглинистые грунты. Ограничением для применения скреперов являются заболоченные участки, участки с переувлажненным грунтом, сыпучие однородные пески, наличие в грунте включений валунов, территории, не очищенные от кустарника и пней, разработка плотных грунтов без предварительного рыхления.

Толщина отсыпаемого слоя определяется применяемыми средствами для уплотнения и ограничена техническими параметрами скрепера.

Производительность скрепера, м³/смену:

(5.6)

Т_см - продолжительность смены, час;

q - емкость ковша скрепера, м³;

К_в - коэффициент использования рабочего времени;

К_н - коэффициент наполнения ковша, зависит от вида грунта (табл. 5.3);

t_рез + t_п ⁺ t_пов ⁺ t_разгр ⁺ t_хх - время, затрачиваемое соответственно на резание грунта, перемещение грунта, повороты скрепера, разгрузку ковша, холостой ход,

n - число переключений передач;

t_пер - время, затрачиваемое на одно переключение передач, с;

К_р - коэффициент разрыхления грунта (табл. 5.4).

Таблица 5.3

Время резания и разгрузки определяют посредством деления пути зарезания L_рез и пути разгрузки L_разгр на соответствующие скорости. (Ориентировочные значения этих параметров приведены в табл. 5.5, 5.6).

Отсыпку слоя грунта скрепером выполняют «от себя», чтобы использовать проезд груженого скрепера для уплотнения отсыпанного грунта. В плотных грунтах при резании грунта для увеличения производительности применяют толкачи. Число скреперов, обслуживаемых одним толкачом, определяют по формуле:

где (5.7)

t_т - время цикла толкача при резании грунта;

t_c - время цикла скрепера.

Таблица 5.4

Таблица 5.5

Таблица 5.6

Длина пути резания грунта при совместной работе скрепера и толкача в супесчаных и суглинистых грунтах сокращается до 10-12 м, в глинистых до 15-18 м, при этом толщина стружки увеличивается до 25 %.

При работе в выемках грунт разрабатывают ярусами высотой 0,5-0,8 м. Ярус начинают разрабатывать с самой высокой отметки и укладывают грунт в самую низкую точку насыпи. По мере разработки выемки уступы, образующиеся в поперечном сечении выемки, срезают автогрейдерами или бульдозерами.

Производительность скрепера при отсыпке грунта в насыпь зависит от выбора схемы движения скрепера (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Схемы движения скрепера при разгрузке грунта в выемке с перемещением его в насыпь: а - из выемки в насыпь; б - из выемки в две насыпи

При разработке узкой выемки большой протяженности с отсыпкой грунта в две насыпи с обоих сторон выемки выгодно принять движение скрепера по сквозной схеме. В этом случае уменьшается количество поворотов и повышается производительность скреперов.

При дальности перемещения грунта, превышающей 1 км, при разработке выемок и грунтовых карьеров в качестве ведущей машины широко применяют экскаваторы. В зависимости от категории грунта по трудности разработки и от других условий применяют экскаваторы с различным рабочим оборудованием: прямая лопата, обратная лопата и драглайн.

Экскаваторы, оборудованные прямой лопатой, часто применяют при разработке выемок и грунтовых карьеров, при этом в зависимости от месячного темпа ведения работ выбирают экскаватор с соответствующей емкостью ковша (табл. 5.7).

Таблица 5.7

Для более эффективного использования экскаваторов перед началом работы необходимо:

подготовить временные землевозные дороги;

предусмотреть съезды в забой и выезды из него;

обеспечить отвод поверхностных вод от забоя, водопонижение или отвод грунтовых вод;

при разработке в ночное время подготовить освещение.

В состав комплексного отряда по отсыпке насыпей из грунта выемок и карьеров обычно включают:

бульдозеры для снятия растительного или другого грунта, не пригодного для отсыпки насыпи, а также для устойчивого поддержания подъездных землевозных дорог в проезжем состоянии и для разравнивания грунта, доставленного транспортными средствами;

автогрейдеры для послойного разравнивания и планировки поверхности насыпи и выемки;

катки или другие уплотняющие средства для уплотнения грунта.

Перед разработкой выемки должно быть выполнено дополнительное геологическое обследование для уточнения условий залегания грунтов. При неоднородных грунтах следует разработать детальные схемы последовательности разработки выемки и укладки грунта в насыпь, обеспечивающие устойчивость и однородность земляного полотна.

Разработку выемок начинают с низовой стороны, чтобы у забоя был обеспечен отвод воды. В случаях глубоких выемок вначале проходят пионерную траншею. Разработку пионерной траншеи выполняют боковым забоем, когда транспортные средства размещают сбоку от экскаватора, или лобовым забоем, когда транспортные средства следуют за экскаватором и располагаются сзади него (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Схема разработки выемки: а - боковым забоем; б - лобовым забоем

Лобовым забоем разрабатывают первые проходки ярусов выемки или карьера в случае отсутствия пионерных траншей, а также неглубокие короткие выемки, если их можно выполнить за один проход.

Разработка боковым забоем обеспечивает лучшие условия для подъезда и погрузки траншейных средств, уменьшается угол поворота стрелы экскаватора, повышается производительность. Размеры забоев определяют в зависимости от технических параметров экскаваторов, приведенных в табл. 5.8.

Для обеспечения необходимого наполнения ковша высота забоя не должна быть менее значений, указанных в табл. 5.9.

Разработку пионерных траншей производят лобовым забоем нормальной ширины или уширенным (рис. 5.8).

Таблица 5.8

Таблица 5.9

Рис. 5.8. Схема разработки выемки уширенным забоем: 1 - траектория перемещения экскаватора; 2 - места стоянки экскаватора

Для перемещения грунта, разрабатываемого экскаваторами, применяют автомобили-самосвалы и прицепные землевозные тележки грузоподъемностью до 40 т. Грузоподъемность транспортных средств не должна быть менее следующих значений в зависимости от емкости ковша экскаватора (табл. 5.10).

Таблица 5.10

Сменную производительность экскаватора вычисляют по формуле:

где (5.8)

Т_см - продолжительность смены, час;

q - емкость ковша, м³;

K_в - коэффициент использования сменного времени;

К_н - коэффициент наполнения ковша (табл. 5.11);

t_u - продолжительность цикла в данном забое, сек; t_u=t,+t,+t_:+t_B;

t_з - время заполнения ковша, сек;

t₁, t₂ - время на поворот стрелы при выгрузке и при возврате к месту заполнения ковша, сек;

t_в - время на выгрузку, сек;

К_р - коэффициент разрыхления грунта (табл. 5.12).

Таблица 5.11

Примечание: W_o - оптимальная влажность грунта; W₁ - фактическая влажность в момент разработки.

Количество транспортных средств, необходимое для перевозок грунта, определяют расчетом для каждого конкретного случая с учетом фактических условий работы и дальности перемещения грунта в насыпь. При выборе транспортных средств для совместной работы с экскаватором следует руководствоваться следующим:

емкость кузова транспортного средства должна быть в 4 раза больше емкости ковша экскаватора;

фронт погрузки должен быть достаточным для размещения двух транспортных средств;

состояние подъездных дорог должно обеспечивать высокие скорости движения.

Таблица 5.12