Грунты земляного полотна, выбор машин для производства земляных работ

 

Пригодность грунтов для возведения земполотна определяется их дорожно-строительными свойствами. Верхнюю часть земляного полотна следует устраивать преимущественно из непучинистых или слабопучинистых грунтов.

В зависимости от трудности разработки различными машинами грунты разделяют на четыре группы: I группа – грунты легкоразрабатываемые, II группа – грунты средней трудности разработки, III группа – грунты тяжёлые для разработки, IV группа – грунты особо тяжёлые для разработки.

Исходя из степени сложности разработки грунтов, работы по устройству земляного полотна могут быть выполнены:

-одноковшовыми экскаваторами;

-скреперами;

-бульдозерами;

-автогрейдерами (прицепными грейдерами);

-грейдер-элеваторами.

Из условия экономической целесообразности для производства земляных работ следует выбрать основные машины, а затем – вспомогательные, причём все они должны быть увязаны по производительности.

Для лучшего использования машин, необходимо разрабатываемые участки земляного полотна принимать оптимальной длины (по возможности большей), чтобы уменьшить удельные затраты времени на развороты, в то же время машины звена должны работать концентрированно.

Участок с повторяющимся производственным процессом, составом и объёмом, на котором выполняет работы специализированный поток, называется захваткой. Длина захватки обычно определяется суточным эффектом работ, выполняемых специализированным потоком.

Участок (часть объекта) строящейся автомобильной дороги, необходимый и достаточный для концентрированного расположения всех дорожно-строительных машин при производительной их работе называется фронтом работ.

Слои грунтов в теле насыпи должны быть уплотнены до проектного коэффициента уплотнения. Устройство земляного полотна без тщательного уплотнения отсыпаемых слоёв не допускается. Для наиболее производительной работы дорожных машин влажность грунта должна иметь оптимальные значения.

При подсчёте грунта, необходимого для возведения насыпей и получаемого из резервов и выемок, следует учитывать изменение этого объёма в результате искусственного уплотнения:

-отношение заданной проектом плотности грунта в насыпи к естественной плотности грунта в резервах.

 

Возведение насыпей и разработка выемок

 Возведение насыпей бульдозерами (рис.1 и рис.2). Бульдозеры – наиболее применяемые дорожно-строительные машины.

Область применения бульдозеров:

-землеройно-планировочные работы (планирование площадок, послойное разравнивание привозного грунта, и перемещение его к голове насыпи, снятие растительного слоя и перемещение его за полосу отвода);

-сооружение земляного полотна из выемок в насыпь и из боковых резервов в насыпь высотой до 1 – 1,5 м, а также сооружение полувыемки-полунасыпи на косогорах;

-перемещение на небольшие расстояния (10 – 30 м) и окучивание строительных материалов при выполнении складских операций;

-уборка валунов и пней после корчёвки, корчёвка и валка мелколесья, вспомогательные работы в притрассовых карьерах.

При зарезании грунта бульдозером применяются следующие схемы:

-прямая траншейная (прямоугольная) – даёт тонкую стружку, использование мощности трактора 50 – 70 %, применима для всех видов грунтов;

-клиновая – даёт стружку значительной толщины при 100 % -ном использовании мощности трактора, пригодна для мягких и слегка влажных грунтов;

-гребенчатая – даёт стружку переменной толщины при полном использовании мощности трактора, пригодна для твёрдых и пересохших грунтов.

 

Возведение насыпей скреперами (рис.3 и рис.4). Скреперы применяют для землеройно-транспортных работ при возведении насыпей из резервов или грунтовых карьеров и при разработке грунта в выемках с перемещением его в насыпь или кавальер (отвал). Скреперы в отдельных случаях используют в качестве землевозных тележек для транспортирования грунта при разработке его экскаваторами.

Самой рациональной является зигзагообразная схема движения скрепера, работы по которой ведут при длине участка 200 – 300 м и более. При разработке грунта из односторонних резервов и небольшой длине участка (около 100 м) рекомендуется эллиптическая схема, а из двухсторонних – спиральная схема движения скрепера. Работы следует выполнять одновременно на двух захватках: на одной – отсыпка насыпи, на другой – разравнивание и уплотнение грунта.

Работу скреперов организуют таким образом, чтобы оба поворота выполнялись при порожнем ковше. Длину забоя принимают кратной пути набора грунта ковшом. Для обеспечения равномерной толщины отсыпного слоя грунта по всей площади насыпи необходимо разгружать ковш только при движении скрепера.

Выезды на насыпь располагают в продольном направлении к оси насыпи, чтобы сократить дальность возки грунта. Крутизна въездов должна быть не более 20 %, а ширина не менее 3,5 м. Расстояние между въездами и съездами при рабочих отметках насыпи более 2 м и до 5 – 6 м назначают через 50 – 100 м.

В тяжёлых грунтах, при наборе грунта в ковш скрепера, когда не хватает усилия тягача, применяют тракторы-толкачи только на период зарезания.

Осенью и зимой, при переувлажнённых грунтах (особенно в выемках), для улучшения работы скреперов принимают специальные меры: создают хороший водоотвод; производят обваловывание резервов и выемок для предупреждения затопления резервов при таянии снега; заранее подготавливают подъезды к забою и выезды из него; выгрузку грунта производят более толстым слоем, для чего поднимают ковш несколько выше обычного; первый слой насыпи отсыпают от оси земляного полотна к бровкам, последующие слои – от бровок к оси; для ускорения разгрузки ковша эту операцию производят по возможности под уклон на участке 5 – 10 метров.

Производительность скреперов зависит от дальности транспортирования грунта, для чего выбирают рациональные пределы расстояния возки.

 

Возведение насыпей автогрейдерами (прицепными грейдерами). Автогрейдеры при отсыпке насыпей применяют при строительстве дорог низких категорий и сравнительно небольших объёмах работ на объекте. Целесообразна спаренная работа автогрейдеров: один – на вырезании грунта из резерва, другой – на его перемещении в насыпь.

Для рационального использования автогрейдеров (прицепных грейдеров) на разных работах их отвал устанавливают с определёнными для каждой операции углами захвата, резания, наклона.

Автогрейдеры применяют на профилировании грунтовых и гравийных дорог, планировании земляного полотна, откосов, обочин, резервов, на устройстве водоотводных канав.

Количество проходов автогрейдера для перемещения грунта составляет около 75 % от общего требуемого количества проходов для возведения насыпей.

Наиболее эффективное использование автогрейдеров может быть достигнуто при длине захватки 400 – 500 м и поперечном перемещении грунта.

Грунтовые и профилированные и гравийные дороги устраивают отрядом из нескольких автогрейдеров. В состав отряда входят также бульдозер, рыхлитель и уплотняющие средства.

 

Возведение насыпей грейдер-элеваторами. Грейдер-элеваторы применяют при возведении насыпей высотой до 0,8 м из односторонних резервов или до 1,2 – 1,5 м из двухсторонних в равнинной и слабохолмистой местности с небольшими продольными уклонами (до 50 – 70 промилле). Эти машины можно также эффективно применять для разработки сосредоточенных резервов с погрузкой грунта в транспортные средства. При погрузке грунта транспортные средства движутся параллельно грейдер-элеватору, причём смену транспортных единиц необходимо производить непрерывно с интервалами в 1,5 – 3 минуты в зависимости от их грузоподъёмности.

При работе грейдер-элеватора углы расстановки режущего диска должны иметь оптимальные значения.

Для повышения производительности грейдер-элеватора устраивают с помощью автогрейдера или бульдозера забой с вертикальными стенками высотой до 0,4 м, а грунт режут стружкой шириной 25 – 30 см.

Оптимальной величиной рекомендуемой длины захваток следует считать 500 – 800 м; при необходимости допустима работа грейдер-элеватора на более коротких захватках. Применение чрезмерно длинных захваток (более 1000 м) нецелесообразно, так как отсыпанный слой грунта успевает пересохнуть до начала разравнивания и уплотнения.

 

Разработка выемок и грунтовых карьеров экскаваторами (рис.5). Одноковшовые экскаваторы применяют при производстве сосредоточенных земляных работ и отсыпки насыпей из отдалённых резервов; при выторфовывании (с ковшом драглайн, обратная лопата); на разработках песчаных и гравийных карьеров (в том числе из рек и озёр); на разработке и погрузке взорванной породы и сыпучих материалов.

До начала разработки выемки или резерва должны быть обследованы условия залегания грунтов и их состав. Необходимо осуществить отвод воды или искусственно понизить уровень грунтовых вод, а также устроить нагорные канавы. Разработку выемок и резервов начинают с низовой стороны, чтобы из забоя был обеспечен отвод воды во время производства работ.

Разработку проходок экскаватором в забое ведут параллельными рядами, лучеобразно или участками по ломаной линии.

Разработку котлованов, карьеров гравия и песка (особенно из воды) ведут драглайном, лучеобразным способом с одной стоянки.

При выторфовании сначала разрабатывают участок слева от оси трассы, затем справа на всю длину стрелы; после перемещения на следующий поперечник последовательность операций разработки повторяется.

При разработке грунтов в мокрых забоях используют экскаваторы-драглайны с черпанием грунта при необходимости из-под воды и образованием уклона в сторону начала разработки для отвода поверхностных вод.