8.6. Машины и оборудование для уплотнения грунтов.

Для обеспечения устойчивости зданий и сооружений в течение всего срока их эксплуатации грунта, на которых их возводят, должны обладать достаточной плотностью, регламентированной СНиП и другими нормативными документами. Присадочные и насыпные грунты перед возведением на них зданий и сооружений подлежат искусственному уплотнению.

Уплотнение грунта есть процесс его необратимого деформирования путем внешнего силового воздействия или за счет гравитационных сил, в результате которого определенная масса грунта уменьшается в объеме за счет удаления из пор свободной воды и воздуха, а его плотность повышается. При нагружении грунта вода и воздух частично выходят на поверхность, а частично перемещаются в грунте из более напряженных зон в менее напряженные, вследствие чего требуемая плотность достигается многократным повторным нагружением. При этом наибольшая степень уплотнения достигается на первых циклах нагружения, уменьшаясь к концу этого процесса. Разрыхление грунта перед его уплотнением способствует выходу воздуха и свободной воды на поверхность без миграции этих компонентов в грунтовом массиве, благодаря чему требуемая плотность может быть достигнута меньшим числом повторных нагружении. По этой причине большинство способов уплотнения грунта являются двухэтапными, включающими разрыхление уплотняемого слоя и собственно его уплотнение.

Степень уплотнения грунтов оценивают коэффициентом уплотнения, равным отношению фактической (или требуемой) плотности к ее стандартному максимальному значению, определяемому на специальном приборе. В зависимости от ответственности земляного сооружения коэффициент уплотнения назначают из пределов от 0,9 до 1.

Все процессы уплотнения грунтов в строительстве полностью механизированы. Их выполняют с помощью машин и оборудования (Рис. 8.75.), классифицируемых 1). По характеру силового воздействия на грунт; 2). По способу перемещения рабочего органа относительно уплотняемой зоны грунта. По первому признаку различают машины статического (укаткой), динамического (трамбованием и вибротрамбованием) и комбинированного действия. При трамбовании грунт уплотняется падающей массой. Виброуплотнение заключается в сообщении грунту колебательного движения, которое приводит к относительному смещению его частиц и более полной их упаковке. При виброуплотнении рабочий орган вибратора, находящийся на поверхности грунта, колеблется вместе с грунтом. Если возмущения превзойдут определенный предел, то виброуплотнение преобразуется в вибротрамбование с отрывом рабочего органа вибратора от грунта и частыми ударами по нему. Разновидностью виброуплотнения является его комбинация с укаткой, для чего перекатываемому по грунту катку сообщают направленные вер­тикальные колебания.

По способу перемещения рабочего органа относительно уплотняемой зоны грунта различают самоходные машины, прицепные и полуприцепные орудия, перемещаемые за тягачом (все виды катков, кроме самоходных), машины с навесными рабочими органами (трамбовочные и вибротрамбовочные) и оборудование, перемещаемое за счет импульсных реактивных сил в результате наклонного силового воздействия на грунт (виброплиты).

Рис. 8.75 Схема грунтоуплотняющих машин:

а – каток с гладкими вальцами;

б – кулачковый каток прицепной;

в- пневмоколёсный прицепной каток;

г – трамбовочная плита на тракторе;

д – самоходная виброплита;

1- пневматические шины;

2- балластные ящики;

3 – механизм подъёма и сбрасывания плиты;

4 – плита;

5 – направляющие ;

6 – вибровозбудитель;

7 – двигатель.

Поскольку после каждой очередной проходки грунтоуплотняющей машины предел прочности грунта на его поверхности возрастает, то для повышения эффективности процесса целесообразно контактные давления увеличивать от прохода к проходу (для катков) или от удара к удару (для трамбующих машин). Для этого рекомендуется двухстадийное уплотнение: предварительное - легкой машиной, окончательное - тяжелой. При этом общее число проходов или ударов по одному месту может быть уменьшено в среднем на 25 % с сокращением стоимости работ до 30 %, в том числе и за счет частичной замены тяжелых машин легкими. Для уплотнения грунтов укаткой применяют прицепные, полуприцепные и самоходные катки с гладкими, кулачковыми и решетчатыми вальцами, а также пневмокатки. Их используют также в дорожном, аэродромном и подобных отраслях строительства для уплотнения подстилающего слоя и укатки дорожного покрытия из асфальтобетона и других материалов.

Прицепной каток с металлическими вальцами (Рис. 8.76. а, б.) состоит из пустотелого вальца 2 цилиндрической формы и охватывающей его рамы 4 с дышлом 1 и сцепным устройством 5 на его конце. Валец соединен с рамой через подшипники 6 на торцовых шипах. Для увеличения массы катка и, следовательно, повышения давления на укатываемую поверхность валец загружают (балластируют) песком через люк 7. Вальцы бывают гладкими или с установленными на их рабочей поверхности в шахматном порядке кулачками 3 (кулачковые катки), которые приваривают непосредственно к обечайке вальца или к полубандажам. От налипшего на рабочую поверхность грунта гладкие вальца очищают скребком, закрепленным на раме, а междурядья кулачков — штырями, собранными на общей балке, прикрепленной к раме вместо скребка.

Прицепные катки с металлическими вальцами перемещают по уплотняемой поверхности за тягачом, обычно трактором, с разворотами на концах захваток для возвратного движения или челночным способом, для чего тягач перецепляют на противоположную сторону катка. Для укатки грунтов на обширных площадях используют сцепы из двух-пяти кантов и более, объединенных траверсами.

Гладкие катки уплотняют грунт слоями 0,15...0,2 м без разрыхления его поверхности или с незначительным разрыхлением на глубину 1 ...3 см (в несвязных грунтах). Их применяют преимущественно для прикатки в один-два прохода поверхностей, уплотненных другими катками. Скорости передвижения катков не влияют на изменение плотности грунтов, но при повышенных скоростях из-за больших сдвигающих усилий на контактной поверхности формируется менее прочная структура грунта. Рациональные скорости перемещения гладких катков составляют 1,5...2,5 км/ч на первом и двух последних проходах и 8... 10км/ч на промежуточных проходах. По сравнению с работой в односкоростном режиме производительность катков при этом увеличивается примерно в 2 раза. При работе кулачковых катков грунт уплотняется внедряемыми в него кулачками, а на первых проходах также поверхностью вальца. По мере уплотнения грунта кулачками на глубине при каждом новом проходе они все меньше погружаются в грунт, вследствие чего валец теряет контакт с уплотняемой поверхностью. Из-за высоких контактных давлений в конце уплотнения кулачки будут несколько погружены в грунт, вследствие чего на его поверхности останется разрыхленный слой, который при необходимости прикатывают гладкими вальцами.

Рис. 8.76. Прицепной кулачковый каток ДУ-26:

1. дышло; 2. валец; 3. стальные кулачки; 4. рама; 5. сцепные серьги;

6. корпус; 7. литые крышки; 8. гребенки-очистители.

Взаимозаменяемые гладкий, кулачковый и решетчатый вальцы.

В отличие от работы гладких катков, когда от прохода к проходу уплотненный слой наращивается от поверхности вглубь, кулачки начинают уплотнение на глубине, наращивая его в направлении к поверхности. Кулачковые катки эффективно применять только для уплотнения рыхлых связных грунтов. При уплотнении же ими несвязных и малосвязных грунтов происходит выброс грунта кулачками вверх и в стороны, вследствие чего практически невозможно достигнуть требуемой плотности.

Рис. 8.77. Решетчатый каток.

Подобно кулачковым каткам работают решетчатые катки (рис. 8.77.) с обечайками, изготовленными из прутков в виде решетки с квадратными ячейками. Внедряясь в грунт прутками, решетчатые катки уплотняют его, начиная с глубинных слоев. Их применяют для уплотнения комковатых и переувлажненных связных грунтов, включая разрыхленные мерзлые и скальные крупнообломочные грунты.

П рицепной пневмоколесный каток (Рис. 8.78. а) состоит из рамы 3 с дышлом 2 и сцепным устройством 1 для соединения с тягачом (трактором или автомобилем), четырех-пяти пневматических колес 5, соединенных с рамой одной осью или через балансиры (Рис. 8.78. б) и одного 4 (Рис. 8.78. а) или нескольких 7 (Рис. 8.78. б) по числу колес балластных ящиков. В последнем случае балластные ящики соединены между собой передней 6 и задней 8 поперечными балками, а ось каждого колеса крепится к днищу соответствующего балластного ящика так, что, в зависимости от неровностей укатываемой поверхности, с грунтом контактируют все колеса катка (Рис. 8.78. в).

Рис. 8.78. Прицепные пневмокатки (а и б) и схема перекатывания колес с независимой подвески по неровностям поверхности грунта (в).

Пневмоколесные катки применяют для уплотнения как грунтов, так и гравийных и щебеночных оснований, а также черных смесей асфальтобетона, преимущественном этих катков перед катками с металлическими вальцами является то, что при укатке каменных материалов они не измельчают их. Требуемая степень уплотнения достигается за 5-10 проходов при рабочих скоростях передвижения 11... 15км/ч. Для уплотнения грунтов более эффективны шины большого диаметра с большей допускаемой нагрузкой на каждую шину. Катки с автомобильными шинами используют, в основном, для уплотнения малосвязных и среднесвязных грунтов, а с авиационными шинами повышенного давления - для уплотнения тяжелых суглинков и глин высокой связности.

Полуприцепные (седельные) катки агрегатируют с колесными тракторами и одноосными тягачами. Рабочее оборудование этих катков полностью унифицировано с прицепными катками соответствующего типоразмера и отличается от последнего опирающейся на седельное устройство тягача хребтовой балкой вместо дышла. Отечественная промышленность производит полуприцепные катки трех типоразмеров: легкие, средние и тяжелые массой соответственно 15 + 3, 30 ± 6 и 45 ± 9 т. Они отличаются хорошей маневренностью и транспортабельностью, вы­соким качеством уплотнения и высокой производительностью.

Самоходные пневмоколесные катки (Рис. 8.79.) применяют для уплотнения грунтов и покрытий дорог. Их разделяют по массе на легкие (10... 15 т) и тяжелые (40...50 т). На этих катках устанавливают четыре задних и три передних колеса, располагая их в плане в шахматном порядке для перекрытия смежных уплотняемых полос. На катках, работающих на укатке черных асфальтобетонных покрытий, устанавливают шины с гладким протектором и пневматические распылители воды для смачивания и охлаждения шин. Самоходные катки с гладкими вальцами применяют преимущественно для укатки покрытий дорог.

Рис. 8.79. Самоходный пневмоколесный каток.

Каток состоит из рамы 1, силовой установки 2, трансмиссии, ходовой части, кабины, пневмосистемы, электрооборудования, смачивающей системы управления.

Трансмиссия катка- гидромеханическая, состоит из повышающего редуктора 3, гидромеханической коробки передач 7, раздаточного редуктора 8, карданных валов 4 и главной передачи заднего ведущего моста 10. Повышающий редуктор - одноступенчатый, установочный, установлен между двигателем и коробкой передач и закреплен на картере маховика двигателя.

Унифицированная гидромеханическая коробка передач включает гидротрансформатор и трехступенчатую коробку с постоянным зацеплением и переключением с помощью фрикционных исковых муфт.

Раздаточный четырехступенчатый редуктор предназначен для передачи крутящего момента от коробки передач на два задних моста, приводящих в движение колеса попарно. Задние мосты с блокируемым дифференциалом с помощью балансиров 11 могут качаться на угол 100, что дает возможность колесам копировать неровности дороги. Передний мост 6 состоит из арки, коромысла, поворотного шарнира и ступиц колес.

Каток имеет металлический балласт 9 и ящик для веса. Нагрузка на колеса от всей массы распределена равномерно. Подвеска колес независимая, что обеспечивает хорошую приспособляемость их к неровностям уплотняемой поверхности и равномерное уплотнение по всей ширине. Колеса в плане расположены в шахматном порядке, обеспечивая полное перекрытие уплотняемой полосы. Для уплотнения покрытий, особенно черных и асфальтобетонных, самоходные катки оборудуют шинами с гладким протектором (без рисунка). Пневмосистема обеспечивает централизованное регулирование давления воздуха в шинах колес (0,3-1 МПа), автоматическую заправку катка топливом и водой, распыление воды на колеса под давлением для их смачивания и охлаждения при укатке черных и асфальтобетонных покрытий. Гидросистема предназначена для питания гидроусилителя руля, гидротрансформатора и привода фрикционов коробки передач. Все приборы управления размещены в цельнометаллической двухдверной кабине. Рулевое управление 5 может осуществляться из кабина и с рабочей площадки.

Рис. 8.80. Комбинированный самоходный каток с кулачковым вальцом.

О сновным направлением в развитии прогрессивных универсальных самоходных катков явилось создание гаммы комбинированных катков на базе унифицированных модулей: силовой установки с дизелем и насосной станцией, кабины с органами управления и двух шарнирно-сочлененных рам.

Ходовые устройства состоит из ведущего моста с пневмоколесами и уплотняющего катка - с гладкими вальцами, кулачкового или решетчатого. На рис. 8.80. показан комбинированный каток с кулачковым вальцом.

Группу грунтоуплотняющих машин и оборудования динамического действия представляют трамбовочные и вибротрамбовочные машины, виброплиты и виброкатки.

Трамбующие рабочие органы в виде чугунных или железобетонных плит круглой или квадратной формы навешивают на экскаваторы или специально при-

способленные экскаватор со стрелой драглайна, к подъемному канату которого подвешивают плиту массой 0,8... 1,5 т с площадью опорной поверхности около 1

Вспомогательным канатом с легким оттяжным грузом предупреждают закручивание основного каната. Плиту поднимают на высоту 1,2...2 м, с которой ее сбрасывают отключением от трансмиссии барабана подъемной лебедки. Тремя -шестью ударами плиты о грунт достигают его уплотнения на глубину 0,8... 1,5м. Продолжительность рабочего цикла с учетом поворотных движений экскаватора в плане составляет примерно 12...20 с, что определяет невысокую производительность этого способа.

Машины ударного действия применяют для интенсивного уплотнения связных и глинистых грунтов в дорожных насыпях, плотинах и других сооружениях, в гидротехническом строительстве, отсыпаемых слоями толщиной 1-1,5м, а также грунтов в естественном залегании (ложе каналов и водохранилищ). Эти машины выполняют в виде трамбовок, управляемых вручную, прицепными, навесными и самоходными на гусеничном или колесном ходу. Самоходные трамбовочные машины применяют для уплотнения грунта и насыпях на толщину 0,5 — 1,2м при больших объемах работ. В качестве рабочих органов этих машин служат свободно падающие молотки или плиты или же навешивается ряд дизельных молотов. Подъем рабочих органов осуществляется с помощью кулачковых, цепных или канатных механизмов, а также пневматических и гидравлических устройств, основание ударной части молотков делают прямоугольной, ромбической и клинообразный формы.

С амоходная трамбовочная машина ДУ-12А агре-гатируется с гусеничным -6 трактором Т-130.1, обору­дованным ходоуменыии-в телем 9. Рабочим органом машины служат две плиты 8, подвешенные рядом на подъемных канатах сзади трактора. Плиты поочередно поднимаются канатами 5 и свободно падают Рис. 8.81. Самоходная трамбовочная машина, на поверхность грунта, осуществляя его трамбование. Трактор при этом движется с замедленной ходоуменьшите-лем скоростью, которая выбирается соответственно необходимому числу ударов плит по одному месту. При подъеме и падении плиты удерживаются от раскачивания и вращения вертикальными парнями штангами 10, подвешенными посредством эластичных муфт к навесной раме 6 машины. Эластичные муфты штанг обеспечивают движение трактора при кратковременном нахождении плит на трамбуемой поверхности после очередного падения. Штанги оснащены телескопическими удлинителями для направления плит при больших осадках трамбуемого рыхлоотсыпанного грунта. Удлинители включаются в работу (выдвигаются) механизмом, управляемым машинистом из кабины 11.

Машины вибрационного действия применяют для послойного уплотнения дорожных оснований и несвязных грунтов, а ударного действия для уплотнения связных грунтов, отсыпаемых на значительную толщину.

Вибрационные поверхностные виброуплотнители — виброплиты - классифицируют по массе и способу перемещения в работе на ручные (виброрейки), навесные (многосекционные виброуплотнители), подвесные (крановые) и самопередвигающиеся; по характеру колебаний - с круговыми и направленными колебаниями; по принципу действия вибратора - инерционные, центробежные и эксцентриковые.

В дорожном строительстве виброрейки применяют преимущественно для уплотнения бетона при небольших объемах работ. Рабочим органом многосекционных виброуплотнителей являются плиты, устанавливаемые в качестве навесного оборудования в один или два ряда на требуемую ширину уплотнения на специальных самоходных шасси, на автогрейдерах, катках статического действия, укладчиках и других машинах. Работа виброуплотнителя наиболее эффективна при частоте колебаний 40 Гц и массе каждой плиты 170-250 кг. Подвесные плиты к кранам и экскаваторам применяют для уплотнения грунтов, каменных отсыпок и бетона в неудобных и узких местах, при подходах к мостам, при обратной отсыпке траншей и канав и др.

Основной частью каждой вибрационной машины являются вибраторы. В вибраторах инерционного действия вынуждающая сила развивается за счет возвратно-поступательного движения массы сердечника. Такие электромагнитные или пневматические вибраторы небольших размеров применяют в ручных трамбовках.

Вибраторы эксцентрикового действия изготовляют, двух типов: малой мощности с дебалансами, устанавливаемыми непосредственно на палу электродвигателя, и более мощные, с одним, двумя или несколькими дебалансами, посажеными на отдельный вал с приводом от двигателя (Рис. 8.82. а).

В вибраторах центробежного действия вынуждающая или возникает от перекатывания дебаланса-ролика 2 по внутреннему пе­риметру корпуса 1 вибратора. Такая конструкция дает возможность создавать вибраторы большой мощности, так как подшипники ведущего вала полностью разгружены от передачи дебалансами весьма значительных осевых нагрузок.

Обычно для самоходных плит используют двухдебалансные вибраторы направленного действия (Рис. 8.82. б). При вращении дебалансов 7 и разные стороны в вертикальной плоскости их вынуждающие силы складываются, а в горизонтальной плоскости взаимно уравновешиваются, при отклонении суммарной вынуждающей силы от вертикали плиты за счет горизонтальной составляющей начинает передвигаться в том или другом направлении. Угол наклона вынуждающей силы в ту или другую сторону устанавливает оператор с помощью специального механизма, изменяя этим направление и скорость самопередвижения плиты.

Рабочим органом виброплиты служит массивная литая плита 6. Корпус 1 вибратора может быть присоединен к ней посредством шарнира, а наклон к вертикали вынуждающей силы устанавливается поворотом корпуса.

Двигатель и узлы трансмиссии устанавливают над плитой на подрамнике, который соединяется с плитой пружинными или резинометаллическими амортизаторами. Вращение от трансмиссии вибратору передается клиноременной передачей, имеющей натяжное устройство. Оператор управляет машиной с помощью дышла, прикрепленного к плите посредством амортизаторов. На дышле смонтированы рычаги управления двигателем и механизмом направления вынуждающей силы. Оператор может поворачивать плиту в плане для изменения направления ее самопередвижения. Для транспортирования крупные машины снабжают съемными колесами или тележками, которые буксируют за трактором или автомобилем. Самопередвигающиеся вибраторы весьма эффективны, обеспечивают хорошее уплотнение с большой производительностью. Вынуждающая сила для средних машин (массой 1-1,5 т) достигает 60-80 кН, для тяжелых машин (массой 6-8 т) 100-150 кН, частота колебаний 15-33,3 Гц, амплитуда колебаний плиты в преде­лах 0,5-8мм.

Рис. 8.83.

Широкое распространение получило сменное вибротрамбующее оборудование (Рис. 8.83.) навешиваемое на рукоять гидравлического экскаватора ЭО-3322Б взамен ковша для уплотнения связных и малосвязных грунтов. Оборудование состоит из рабочего органа, гидромеханического привода и пневматической системы. Рабочий орган состоит из квадратной уплотняющей плиты 14 размером 650 X 650мм, трубчатой штан­ги 15, кривошипно-шатунного механизма 18 с упругим звеном 17, которые поме­щены в корпусе.

Корпус посредством кронштейнов 16, пружин 10, двойных пневмобаллонов 9 и резервуаров 8 сжатого воздуха соединен с рамой 11. Для увеличения времени контакта уплотняющей плиты с грунтом она состоит из двух частей, соединенных через резиновый амортизатор 13. В нижней части рамы по ее периметру предусмотрен пояс 12, а сверху имеются проушины 7, соединяемые слева с рукоятью экскаватора, а справа - со штоком гидроцилиндра наклона. Такая подвеска обеспечивает работу вибротрамбовки на наклонных участках. Пневматическая систе­ма подвески работает от компрессора 1 экскаватора, сжатый воздух от которого нагнетается в ресивер 2, откуда поступает в резервуары 8 и далее в двойные пневмобаллоны типа И-02. Дополнительные резервуары предусмотрены для получения необходимой характеристики подвески, обеспечивающей виброизоляцию базовой машины. Клапан 3 и регулятор давления 4 поддерживают давление воздуха не более 0,6 - 0,9 МПа. Работа оборудования ВТ-2 осуществляется следующим образом: стрела опускает вибротрамбовку на уплотняемую поверхность, сжатый воздух подается в пневмобаллоны, а рабочая жидкость — к гидромоторам.

При достижении необходимой плотности грунта подача рабочей жидкости прекращается, и рабочий орган переставляется.

Ударно-вибрационный способ уплотнения грунтов реализуется, например, в самоходной машине на базе гусеничного трактора с навесным вибротрамбовочным оборудованием (рис. 8.84.). рабочее оборудование состоит из двух виброударных рабочих органов, смонтированных на раме 1 1, способной смещаться в поперечном направлении на 0,5...0,7 м от следа базового трактора для уплотнения грунтов вне полосы его движения, например, в бровочной части дорожной насыпи.

Рис. 8.84. Ударно-вибрационная машина.

Вертикальные перемещения трамбующей плиты 10 генерируются вибромо-молотом 5, приводимым гидромотором-редуктором 3 через двухступенчатую клиноременную передачу 4. вибромолот устроен подобно вибратору направленных колебаний и отличается от него тем, что его корпус перемещается по вертикальным направляющим б с пружинами 7. В процессе этих перемещений, вызванных вынуждающей силой вращающихся дебалансов, вибромолот ударяет бойков 9 в нижней части своего корпуса по наковальне 8, жестко соединенной с трамбующей плитой 10. таким образом, трамбующая плита воспринимает ударные нагрузки через наковальню, а вибрационные - через пружины 7 и направляющие 6, сочетая в воздействии на грунт эффект трамбования и виброуплотнения.

Рабочее оборудование устанавливают на раме 7, которую через амортизаторы 12 шарнирно крепят на лонжеронах гусеничных тележек базового трактора. Посредством гидроцилиндра 2 рабочее оборудование может быть установлено в рабочее положение или поднято для передвижения машины в транспортном режиме. Ударно-вибрационную машину комплектуют бульдозерным отвалом 14 и планирующей плитой 13 для разравнивания грунта в полосе перемещаемого следом рабочего органа.

Для уплотнения малосвязных грунтов весьма эффективно применять вибрационные катки с гладкими, кулачковыми или решетчатыми вальцами, внутри которых вмонтирован вибратор направленных колебаний, приводимый от автономного двигателя, установленного на раме катка. Эффективность уплотнения достигается совместным действием на грунт гравитационных и вынуждающих сил, генерируемых вибратором, что позволяет получить требуемую плотность грунта при сравнительно меньшей массе катка. Так, при уплотнении песков путем вибрационного воздействия масса катка может быть снижена примерно в 5 раз, при супесях - в 2 раза, а при уплотнении средних и тяжелых суглинков лишь на 10...30 %. Эффективность вибрационного воздействия снижается с увеличением содержания в грунте глинистых частиц. Поэтому для уплотнения связных и высокосвязных грунтов требуется применять весьма тяжелые катки.

8.7. Машины для разработки мерзлых и прочных грунтов.

Продолжительность ходового периода в нашей стране составляет от 3 до 7 месяцев, при этом глубина замерзания грунтов достигает 1...2,58 м. Мерзлые грунты обладают повышенной прочностью и сопротивлением разработке. В частности, коэффициент удельного сопротивления резанию у мерзлых грунтов повышается в 40 раз по сравнению с талыми, а предел прочности при сжатии - в 20 раз. В зимнее время земляные работы выполняют, используя следующие способы: предохранение грунта от глубокого промерзания (утепление древесными опилками и стружками, пенопластом, вспахиванием), оттаивание (с использованием огня, теплой воды, пара, электроэнергии), взрывной и механический.

Оттаивание считается сравнительно дорогим и энергоемким способом, а потому используется преимущественно при небольшом объеме работ. Взрывные работы в условиях городской застройки в ряде случаев являются неприемлемыми; их целесообразно проводить на площадках, удаленных от зданий, сооружений и коммуникаций. Наименее энергоемким и наиболее универсальным является механический способ при помощи рыхления, резания или ударного воздействия.

Для послойного рыхления мерзлых грунтов, плотных и скальных трещиноватых пород применяются навесные рыхлители статического и динамического действия, землеройно-фрезерные машины.

Для нарезания щелей и прокладки траншей в мерзлых грунтах используют машины непрерывного действия с баровыми и дискофрезерными рабочими органами на базе тракторов и траншейных экскаваторов.

Рыхлители являются навесным оборудованием к тракторам или одноковшовым экскаваторам и предназначены для послойного разрыхления твердых, каменистых и мерзлых грунтов. Применение рыхлителей позволяет использовать землеройные машины небольшой мощности для разработки прочных грунтов, существенно увеличивать производительность более мощных машин и значительно снижать стоимость работ.

Рыхлители используются также для взламывания покрытий при ремонте внутри квартальных дорог и площадей, при строительстве водопроводов, канализаций и газопроводов открытым способом.

Рыхлитель статического действия (Рис. 8.85.) для послойного рыхления грунта представляет собой навесное оборудование, установленное в задней части 2.

Впереди трактора навешивается бульдозерное оборудование 1. Первый рабочий орган состоит из балки 6, флюгеров 8 (от одного до трех) и установленных на них зубьев, состоящих из стоек 9 со сменными наконечниками 10. Рыхлительное оборудование подвешено к раме 3 и тяге 4. Рама, тяга и балка образуют паралле-лограммную систему, обеспечивающую постоянный угол резания при различной глубине рыхления. Управление рабочим органом осуществляется с помощью гидравлической системы трактора. Для возможности работы с трактором-толкачом на среднем флюгере крепят съемное буферное устройство 7.

Рис. 8.85. Рыхлитель статического действия с бульдозерным оборудованием.

Зубья заглубляются в грунт до заданной глубины принудительно давлением, создаваемым гидроцилиндром при поступательном движении машины. При дальнейшем движении машины производиться рыхление грунта.

Рыхление может осуществляться по двум технологическим схемам: без разворотов у края площадки с возвратом машины в исходное положение задним ходом (челночная схема) и с поворотом рыхлителя в конце каждого прохода (продольно-поворотная схема). Челночная схема наиболее рациональна при малых объемах работ в стесненных условиях, продольно-поворотная — на участках большой протяженности.

Максимальная глубина рыхления определяется тяговым классом базовой машины и находится в диапазоне 0,45…1,2 м. Для тракторов с гидромеханическими передачами скорости рабочего и заднего хода составляет соответственно V_p = 1,7…3,2 км/ч; V_зх = 7,5…14,5 км/ч; для тракторов с механическими передачами V_p = 2,35…3,2 км/ч; V_зх = 7,6…8,,5 км/ч.

Эксплуатационная производительность рыхлителя статического действия (м³/ч) П_э = 3600bhLk_B/T_ц

где b – средняя ширина полосы рыхления за один проход при многозубом рабочем органе или между двумя смежными проходами при однозубом рабочем органе, м;

h – средняя глубина рыхления в данных грунтовых условиях, м;

L – длина пути рыхления, м;

k_B – коэффициент использования машины по времени;

T_ц - продолжительность цикла, с.

При разработке грунта продольными проходами с разворотом на концах участка Т_ц = 3,6L/ V_p + t_п + t_y

При челночной схеме

Т_ц = 3,6L (I/V_р + I/V_зх) + t_у.

где t_п , t_у – время, затрагиваемое на повороты и управление машиной в течение рабочего цикла, с; v, v – скорости рабочего и возвратного назад ходов, км/ч.

Рыхлители ударного действия представляют собой навесное оборудование, устанавливаемое на трактор или одноковшовый экскаватор. Наиболее распространенным типом ударного рабочего органа являются свободно падающие молоты клиновидной, конусообразной и пирамидальной формы массой 0,5...4 т.

Клин-молот подвешивается к подъемному канату грузовой фрикционной лебедки стрелового самоходного крана или одноковшового механического экскаватора с крановой стрелой, подтягивается лебедкой к головке стрелы и сбрасывается с высоты 6...8 м. Свободно падающий клин-молот наносит ненаправленные удары по грунту, что снижает качество работ и делает процесс более энергоемким.

Более эффективным являются рыхлители ударного действия, у которых рабочий орган движется в жестких направляющих (Рис. 8.86.)

Рис. 8.86. Рыхлитель ударного действия.

Рабочий орган - клин - закреплен на молоте 4, который установлен в направляющей 2 и подвешен на полиспасте 1. Направляющая вверху соединена пальцем со стрелой экскаватора, а внизу - рейкой следящего устройства 3 с амортизатором.

Полиспаст приводится в действие гидроцилиндром, размеры которого обеспечивают свободное падение молота. Для подъема молота рычаг гидрораспределитель включают в положение «Подъем».

После выдвижения штока гидроцилиндра с блоками подвижной обоймы полиспаста и подъема молота на допустимую высоту молота рычаг гидрораспределитель включают в положение «Сброс», при котором молот, свободно падая, рабочим наконечником наносит удар по грунту.

Предусмотренная в конструкции рыхлителя следящая система позволяет направляющей 2 отклоняться от базовой машины с фиксацией промежуточных положений. Это дает возможность наносить удары точно в то место, из которого извлекается клин.

Существуют и другие конструкции рыхлителей ударного действия, например, с использованием гидро- и пневмомолотов, подвешиваемых вместо ковша на рукоятки обратной лопаты экскаватора. Для применения навесных пневмомолотов в качестве сменного рабочего оборудования к одноковшовым гидравлическим экскаваторам не требуется конструкции базовой машины. Пневмомолот навешивают вместо ковша двое рабочих за 10... 15 минут.

Рис. 8.87. Пневмомолот.

Пневмомолоты просты по конструкции и состоят из трех основных узлов (Рис.8.87.) узла крепления инструмента, ударного механизма с воздухораспределительным устройством, узла автоматического запуска пневмомолот в работу. Конструкция всех пневмомолотов в основном одинакова, и различие заключается только в габаритах и массе (от 350 до 500кг).

Ударная часть пневмомолота состоит из ствола 3, в котором под действием сжатого воздуха (рабочее давление 0,6 МПа) ударник 4 совершает возвратно-поступательное движение. Управление подачей воздуха в ствол осуществляется трехступенчатым золотником 5. В качестве рабочего инструмента 1 на пневмомолотах в буксе 2 устанавливается клин или пика.

Для запуска пневмомолота необходимо им надавать на разрушаемую породу, в результате чего открывается клапан запуска, и пневмомолот включается в работу.

Питание пневмомолотов сжатым воздухом обеспечивается от передвижных компрессорных станций производительностью 10 м'/мин либо от воздушной стационарной сети. Техническая производительность пневмомолотов за 1 ч работы составляет 16...22 м³ разрушаемой породы. По сравнению с зарубежными машинами отечественные навесные пневмомолоты при меньшей в 1,5...2 раза большую энергию удара (1300...2400 Дж).

В настоящее время в связи с широким распространением гидравлических экскаваторов для рыхления мерзлых грунтов и разрушения твердых покрытий получили большое применение гидромолоты (Рис. 8.88.).

Рис. 8.88. Гидромолот.

1. рабочий инструмент; 2. букса; 3. ударник; 5. шток рабочего цилиндра; 6. блок рабочего цилиндра; 7. проушины для крепления кронштейна.

Приведение гидромолота в действие осуществляется непосредственно от гидросистемы экскаватора, что обеспечивает лучшее использование установочной мощности и снижение эксплуатационных затрат. По сравнению с пневмомолото-тами гидромолоты обеспечивают большую энергию удара (до 9000 Дж). Кроме того, экскаватор с гидромолотом более мобилен.

Все отечественные гидромолоты выполнены по принципиальной единой схеме и унифицированы между собой по распределительному устройству. Гидромолот с рабочим инструментом крепится к стреле экскаватора и его гидроцилиндрам.

Для подъема гидромолота используется стреловой цилиндр, а для его поворота и установления требуемого наклона служат цилиндры рукояти. Замена гидромолота на рукоять с ковшом выполняется одним машинистом в течение 1,5...2.

Имеются также различные конструкции виброрыхлителей в виде виброклина, экскаваторного виброковша и др. Однако большинство виброрыхлителей отличается высокой энергоемкостью работы в мерзлых грунтах, в связи, с чем их применение оправдано лишь при разработке относительно слабых грунтов.

Эксплуатация машины ударного действия, следует иметь в виду, что в процессе их работы возникают значительные динамические нагрузки, вредно воздействующие как на базовую машину, так и на расположенные поблизости сооружения и коммуникации.

М ашины для разработки мерзлых и прочных грунтов режущего действия представляют собой тракторы или траншейные экскаваторы с навесным оборудованием, разрезающим мерзлый грунт на отдельные блоки массой 5...10 т, разрабатываемые затем экскаватором. Применение получили преимущественно баровые и дискофрезерные машины.

Рис. 8.89. Двухбаровая машина на базе траншейного экскаватора

Баровые машины выполняются в виде сменного рабочего оборудования к гусеничным и пневмоколесным тракторам или модернизированного оборудования к цепным траншейным экскаваторам. Бар представляет собой бесконечную цепь со специальными клиновыми зубьями (клыками), перемещающуюся по роликам, укрепленным на раме.

По числу бар различают одно- двух- и трехбаровые машины; в зависимости от расстояния между рабочими цепями они могут открывать одну траншею-щель сплошного сечения либо несколько параллельных щелей. Последующий скол целика грунта обычно осуществляется обратными лопатами одноковшовых экскаваторов либо специальными гидродомкратами, монтируемыми на раме рабочего органа.

Двухбаровая машина на базе траншейного экскаватора 1 (рис. 8.89.) выполнена из двух независимых баров, представляющих собой рамы 7 с режущими цепями, приводимыми в движение цепными передачами 3 с предохранительной муфтой предельного момента. Рабочие органы имеют общий вал 5 и управляются через кронштейн 4 гидроцилиндрами 2.

Расстояние между осями баров (0,46...0,76 м) регулируется специальным винтом, установленным на раме рабочего органа. Скорость резания баровым рабочим органом 0,87 и 1,46 м/с; рабочая скорость передвижения 15...400 м/ч, регулируется бесступенчато. Производительность до 40 м³/ч при ширине щели 0,14 и глубине до 2,5м.

Достоинствами баровых машин является простота конструкции и относительно небольшая металлоемкость. Недостатки - быстрый износ резцов, их малая надежность и долговечность; недостаточная износостойкость элементов цепи, работающей в высокообразивной среде.

Более производительными и износостойкими являются дискофрезерные машины. Их рабочий орган - диски диаметром 1,5.. .3 м с укрепленными по окружности с режущими зубцами. Вследствие наклона режущих элементов под разными углами получается одновременно несколько линий резания и образование щели шириной 70...120мм. Дискофрезерное оборудование монтируется на гусеничных тракторах, оборудованных ходоуменьшителем, или на роторном экскаваторе взамен обычного землеройного.

Благодаря большей жесткости диска и высоким скоростям резания (4.. .8 м/с) эти машины имеют меньшую энергоемкость, но область рационального их применения ограничена сравнительно неглубокими щелями (0,8... 1,3м), так как с увеличением глубины значительно возрастает диаметр дисков, а следовательно, масса машины и ее габариты.

Одна из схем дискофрезерной машины на базе траншейного экскаватора 1 представлена на рис. 8.90.

Фрезы 6 приводятся в движение цепной передачей 3. Рама рабочего органа 5 с элементами привода устанавливается на пилоне экскаватора и управляется двумя гидроцилиндрами 4. В верхней части рамы смонтирован вал 2, на котором установлены звездочки для привода рабочего органа.

Рис. 8.90. Дискофрезерный рабочий орган на базе траншейного экскаватора.

Эксплуатационную производительность щеленарезных машин (м7ч) определяют по формуле: Пэ = bhvz_щk_в

Где h, b - глубина и ширина прорезаемой цели, м; v - скорость движения машины,'км/ч;

_Zщ — число одновременно нарезаемых щелей;

к_в — коэффициент использования машины по времени.