33. Оттаивание мерзлых грунтов

При небольших объемах работ и невозможности рыхлить грунт взрывами и машинами в условиях сложного городского подземного хозяйства приходится прибегать к его оттаиванию, которое рекомендуется при уровне грунтовых вод не менее чем на 1 м ниже глубины промерзания. При оттаивании грунта надо руководствоваться следующим: количество подаваемого тепла должно быть минимально необходимым; поверхности нагрева надо располагать на оптимальных расстояниях друг от друга, чтобы они непосредственно соприкасались с отогреваемым фунтом; отогреваемый участок необходимо покрывать теплоизоляцией.

Тепло в толще мерзлого грунта может распространяться: радиально в горизонтальном направлении (при помощи вертикальных электродов, паровых, водяных и электрических игл); сверху вниз — от дневной поверхности в глубь грунта (при помощи горизонтальных электродов, местных тепляков); снизу вверх (при помощи вертикальных глубинных электродов). Последнее является наиболее экономичным, так как оттаивание происходит под защитой мерзлой корки, предохраняющей от теплопотерь в воздух;

оттаивание грунта можно не доводить на толщину корки, которую могут разрабатывать экскаваторы; в оттаивании участвуют и грунтовые воды, которые после подогрева движутся вверх и часть своей теплоты отдают вышележащим слоям мерзлого грунта; тепло, распространяясь снизу вверх, не расходуется на оттаивание поверхностного слоя грунта, содержащего больше льда.

Во всех случаях отогреваемые участки надо очищать от снега паровым дутьем и состоит из шести коробов, укладываемых на трассу траншеи и засыпаемых слоем шлака или песка в 15—20 см. Под головной короб устанавливают форсунку с поддоном, соединяют ее шлангами с топливным баком и бачком-парообразователем, заливаемым на 34 водой, которую добавляют через каждые 30— 40 мин. Участок грунта длиной 8 ж и шириной 1 м за 6—8 ч оттаивает на 20—30 см. В конце смены агрегат убирают и на поверхность грунта насыпают опилки слоем 20—30 см. Через 10—12 ч после этого грунт дополнительно оттаивает на глубину до 1 ж.

При наличии газа отогревать грунт можно при помощи специальной горелки, гибкий шланг от которой, присоединяют к газовой сети или баллону с газом.

Для оттаивания паром необходимы паровые батареи или иглы. Пар получают от передвижной котельной установки. Батареи труб диаметром 5—10 см применяют при глубине промерзания

До 0,8—1 м и недопустимости увлажнения грунта. Батареи располагают па поверхности отогреваемого участка, покрывают матами и затем брезентом или толем. Пар проходит всю систему и выходит в виде конденсата, температура которого должна быть по возможности наименьшей. Паровыми иглами оттаивают более значительные объемы грунта и при большей глубине промерзания. Иглы вводят в заранее устроенные скважины (покрываемые коробами) глубиной, равной 0,7 толщины промерзшего слоя, и соединяют в секции. Иглу под паром (с перерывами 1—2 ч) следует держать в песчаных грунтах 2—3 ч, в суглинках — 3—4 ч и в глинистых — 4—5 ч. Оттаиваемый участок после прекращения пуска пара и уборки игл и коробов утепляют. Между гнездами оттаявшего грунта можно оставлять перемычки из мерзлого грунта для последующего удаления их экскаватором. Иглы нельзя применять в грунтах, имеющих включения камня или металла, и в случае использования грунта для обратной засыпки или отвозки на дальние расстояния при низкой температуре, когда возможно его повторное смерзание.

33. Производство земляных работ скреперами. Схемы движения и разработки. Операции цикла работы. Производительность.Скрепер является самоходной или прицепной (к гусеничному или колесному трактору, колесному тягачу) землеройно-транспортной машиной, рабочим органом которой служит ковш на пневмоколесах, снабженный в нижней части ножами для срезания слоя грунта. Скреперы предназначены для послойного копания, транспортирования, послойной отсыпки, разравнивания и час­тичного уплотнения грунтов I...IV категорий при инженерной подготовке территории под застройку, планировке кварталов, возведении насыпей, разработке широких траншей и выемок под различные сооружения и искусственные водоемы и др. Наиболее эффективно скреперы работают на непереувлажненных средних грунтах (супесях, суглинках, черноземах), не содержащих круп­ных каменистых включений. При разработке скреперами тяжелых грунтов их предварительно рыхлят на толщину срезаемой струж­ки. Главным параметром скреперов является геометрическая вме­стимость ковша (м3), которая лежит в основе типоразмерного ряда этих машин.

Скреперы классифицируют:

• по вместимости ковша — машины малой (до 5 м3), средней (5... 15 м3) и большой (свыше 15 м3) вместимости;

• по способу загрузки ковша — с пассивной загруз­кой движущим усилием срезаемого слоя грунта, с принудительной загрузкой с помощью скребкового элеватора;

• по способу разгрузки ковша — с принудительной разгрузкой при выдвижении стенки ковша вперед (основной спо­соб), со свободной (самосвальной) разгрузкой опрокидыванием ков­ша вперед по ходу машины;

• по способу агрегатирования с тяговыми средствами — прицепные к гусеничным тракторам и двухос­ным колесным тягачам; самоходные, агрегатируемые с одноосными и двухосными колесными тягачами;

• по способу управления рабочим — с канатно-блочным (механическим), гидравлическим и электрогидравличе­ским управлением.

Выпускамые в настоящее время скреперы имеют гидравлическую или электрогидравлическую систему управления рабочим органом, ко­торая обеспечивает принудительное опускание, подъем и разгрузку ковша, изменение глубины резания, подъем и опускание передней за­слонки ковша с помощью гидроцилиндров двойного действия. Прину­дительное заглубление ножей ковша в грунт позволяет довольно точно регулировать толщину срезаемой стружки, сокращать время набора грунта и эффективно разрабатывать плотные грунты.

Рабочий процесс Скрепера состоит из следующих последова­тельно выполняемых опера­ций: резание грунта и наполне­ние ковша, транспортирова­ние грунта в ковше к месту ук­ладки, выгрузка и укладка грунта, обратный (холостой) ход машины в забой. При на­боре грунта (рис. 4.10, а) ножи опущенного на грунт ковша 2 срезают слой грунта толщиной А, который поступает в ковш при поднятой подвижной за­слонке 3. Наполненный грун­том ковш на ходу поднимается в транспортное положение (рис. 4.10, б), а заслонка 3 опускается, препятствуя высы­панию грунта из ковша. При разгрузке ковша (рис. 4.10, в) заслонка 3 поднята, а грунт вытесняется принудительно из приспущенного ковша выдви­гаемой вперед задней стенкой 5 ковша, причем регулируемый зазор между режущей кромкой ковша и поверхностью земли определяет толщину с укладываемого слоя грунта 4, который разравнивается (планируется) ножами ковша и частично уплотняется колесами скрепера. При холостом ходе порожний ковш поднят в транспорт­ное положение, а заслонка опущена. Для увеличения тягового уси­лия скрепера при наполнении ковша в плотных грунтах обычно ис­пользуют бульдозер-толкач 1 (см. рис. 4.10, а). При наполнении ков­ша скорость движения скреперов составляет 2...4 км/ч, при транс­портном передвижении — 0,5...0,8 максимальной скорости трактора или тягача.

У некоторых моделей скреперов для уменьшения сопротивлений при работе в ковше устанавливают наклонный скребковый конвей­ер (элеватор), осуществляющий принудительную загрузку срезанно­го ножом слоя грунта в ковш и его выгрузку. Скреперы с элеватор­ной загрузкой наиболее рационально используются на сыпучих грунтах при выполнении небольших объемов работ.

В зависимости от вида и объема выполняемых земляных работ применяют различные схемы движений скрепера в плане — по эл­липсу, восьмеркой, челночно-поперечное и др. Схему движения по эллипсу применяют при разработке выемок и широких траншей, челночно-поперечное и восьмеркой — при копании неглубоких, но больших по площади котлованов.

Прицепные скреперы к гусеничным тракторам, обладающие вы­сокой проходимостью, способны работать в плохих дорожных усло­виях. Низкие транспортные скорости этих машин (не более 10... 15 км/ч) ограничивают экономически целесообразную даль­ность транспортировки грунта 500...800 м. Самоходные скреперы характеризуются более высокими мобильностью, маневренностью, транспортными скоростями (до 50 км/ч) и производительностью (в 1,5...2,5 раза) по сравнению с прицепными машинами той же вме­стимости.

Дальность транспортировки грунта самоходными скреперами экономически эффективна на расстояние до 5000 м.

В строительстве используют самоходные скреперы с ковшами вместимостью 4,5, 8,3, 15, 16 и 25 м3.

На скреперах с ковшами вместимостью 16 и 25 м3 установлен второй дополнительный задний двигатель для привода задних колес через гидромеханическую трансмиссию, что позволяет выполнить все колеса машины ведущими. Управление дополнительным двига­телем и гидромеханической трансмиссией синхронизировано с управлением тягачом и ведется из кабины машиниста. Одновремен­ную работу обоих двигателей используют при заполнении ковша и транспортировании грунта к месту разгрузки; при выгрузке ковша и обратном ходе используется один двигатель тягача.

Самоходный скрепер (рис. 4.11) представляет собой двухосную пневмоколесную машину, состоящую из одноосного тягача 15 и по­луприцепного одноосного скреперного оборудования, соединенных между собой универсальным седельно-сцепным устройством 14. На тягаче смонтированы два гидроцилиндра / для его поворота отно­сительно рабочего органа в плане. Седельно-сцепное устройство обеспечивает возможность относительного поворота тягача и скре­пера в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для толкания скрепера бульдозером-толкачом в процессе набора грунта имеется буферное устройство 8.

Основным узлом скрепера является ковш 5 с двумя боковыми стен­ками и днищем, опирающийся на колеса 7. К подножевой плите ковша крепят сменные двухлезвийные ножи 2 — два боковых и средние. Ковш снабжен выдвижной задней стенкой 10 для принудительной раз­грузки, а в передней части — заслонкой 11, поднимающейся при набо­ре и выгрузке грунта. Заслонка служит для регулирования щели при загрузке ковша и закрывает ковш при транспортировании грунта. Ковш двумя шарнирами 4 соединен с тяговой П-образной рамой 3, же­стко соединенной с хоботом 13. Гидравлическая система управления рабочим оборудованием обеспечивает подъем и опускание ковша 5, заслонки 11, выдвижение задней стенки 10 и возврат ее в исходное по­ложение с помощью трех пар гидроцилиндров 6, 9 и 12. Насосы гидро­системы рабочего оборудования приводятся в действие от коробки отбора мощности базового тягача. Раздельное управление гидроци­линдрами осуществляется золотниковым распределителем, установ­ленным в кабине машиниста.

35.

Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на ба­зовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный колес­ный тягач), включающее отвал с ножами, толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом. Современные бульдозеры являются конструктивно подобными машинами, базо­вые тракторы и навесное оборудование которых широко унифици­рованы. Главный параметр бульдозеров — тяговый класс базового трактора (тягача). Бульдозеры применяют для послойной разработ­ки и перемещения грунтов I...IV категорий, а также предварительно разрыхленных скальных и мерзлых грунтов. С их помощью выпол­няют планировку строительных площадок, возведение насыпей, раз­работку выемок и котлованов, нарезку террас на косогорах, разрав­нивание грунта, отсыпаемого другими машинами, копание траншей под фундаменты и коммуникации, засыпку рвов, ям, траншей, кот­лованов и пазух фундаментов зданий, расчистку территорий от сне­га, камней, кустарника, пней, мелких деревьев, строительного мусо­ра и т. п. Широкое использование бульдозеров в строительном производстве определяется простотой их конструкции, надежно­стью и экономичностью в эксплуатации, высокими производитель­ностью, мобильностью и универсальностью.

Бульдозеры классифицируют:

по назначению — общего назначения, используемые для выполнения основных видов землеройно-транспортных и вспомога­тельных работ в различных грунтовых и климатических условиях, и специальные, применяемые для выполнения целевых работ в специ­фических грунтовых или технологических условиях (бульдозе­ры-толкачи, подземные и подводные бульдозеры);

по типу ходового устройства — гусеничные и пневмоколесные;

по конструкции рабочего органа — с неповорот­ным в плане отвалом, постоянно расположенным перпендикулярно продольной оси базовой машины, и с поворотным отвалом, кото­рый может устанавливаться перпендикулярно или под углом до 53° в обе стороны к продольной оси машины;

по типу системы управления отвалом — с гид­равлическим и механическим (канатно-блочным) управлением.

При канатно-блочной системе управления подъем отвала осуще­ствляется зубчато-фрикционной лебедкой через канатный поли­спаст, опускание — под действием собственной силы тяжести отва­ла. При гидравлической системе управления подъем и опускание отвала осуществляются принудительно одним или двумя гидроци­линдрами двустороннего действия. Бульдозеры с механическим управлением в настоящее время промышленностью не выпускаются.

Рабочий цикл бульдозера: при движении машины вперед отвал с помощью системы управления заглубляется в грунт, срезает ножами слой грунта и перемещает впереди себя образовавшуюся грунтовую призму волоком по поверхности земли к месту разгрузки; после от­сыпки грунта отвал поднимается в транспортное положение, маши­на возвращается к месту набора грунта, после чего цикл повторяет­ся. Максимально возможный объем призмы волочения современные бульдозеры набирают на участке длиной 6...10 м. Экономически це­лесообразная дальность перемещения грунта не превышает 60...80 м для гусеничных бульдозеров и 100... 140 м для пневмоколесных ма­шин. Преимущественное распространение получили гусеничные бульдозеры, обладающие высокими тяговыми усилиями и проходи­мостью. Чем выше тяговый класс машины, тем больший объем зем­ляных работ она способна выполнять и разрабатывать более проч­ные грунты.

К основным параметрам бульдозерного оборудования относятся (рис. 4.7) высота без козырька Я и длина В отвала (м), радиус кри­визны отвала г, основной угол резания 8, задний угол отвала а, угол заострения ножей (3, угол перекоса отвала е и угол поворота (у пово­ротных машин) отвала в плане у (град), высота подъема отвала над опорной поверхностью h\ и глубина опускания отвала ниже опор­ной поверхности hi (м), напорное Т и вертикальное Р усилия на ре­жущей кромке (кН), скорости подъема vп и опускания v0 отвала.

Отвал бульдозера представляет собой жесткую сварную метал­локонструкцию с лобовым листом криволинейного профиля. Вдоль нижней кромки отвала крепятся сменные двухлезвийные режущие ножи (два боковых и средние), наплавленные износоустойчивым сплавом. В середине верхней части отвала имеется козырек, препят­ствующий пересыпанию грунта через верхнюю кромку.

Для увеличения производительности бульдозера при работе на легких грунтах на его отвал устанавливают с обоих концов сменные уширители, открылки и удлинители. Для уменьшения потерь грунта при его транспортировании современные неповоротные гусеничные бульдозеры оборудуют сферическими и полусферическими отва­лами.

Отвал 1 неповоротного бульдозера (рис. 4.7, 6) крепится шарнирно к толкающему устройству в виде двух толкающих брусьев 4 коробчатого сечения, задние концы которых соединены шарнирно с балками ходового устройства базовой машины.

Отвал 1 поворотного бульдозера (см. рис. 4.7, а) монтируется на универсальной толкающей раме 5, на которой вместо отвала может быть установлено различное сменное оборудование с гидравличе­ским управлением — кусторез, древовал, корчеватель-собиратель, плужный снегоочиститель и др. Поворотный отвал соединен с тол­кающей рамой посредством центрального шарового шарнира 7 и двух боковых толкателей 6, обеспечивающих различное положение отвала в плане относительно базовой машины. При продольном движении бульдозера с повернутым в плане отвалом грунт переме­щается вбок по отвалу. Способность поворотных бульдозеров пере­мещать грунт в сторону определяет их широкое использование при засыпке каналов, рвов, траншей коммуникаций и т. п.

Система управления обеспечивает: подъем и принудительное опускание отвала, его плавающее и фиксированное положение с по­мощью гидроцилиндров 3, поворот отвала в плане (у поворотных бульдозеров) гидроцилиндрами 6, поперечный двусторонний пере­кос (до 12°) отвала в вертикальной плоскости (рис. 4.7, в), регули­ровку угла резания ножей отвала (среднее значение 55°) путем пово­рота (наклона) отвала гидроцилиндрами 2 (см. рис. 4.7, а, б) вперед и назад относительно толкающего устройства.

Принудительное заглубление ножей отвала в грунт под действи­ем гидроцилиндров, развивающих усилие до 40 % и более от веса тягача, позволяет бульдозерам с гидравлическим управлением раз­рабатывать прочные грунты, а возможность установки отвала в оп­ределенное фиксированное положение обеспечивает срезание слоя грунта заданной толщины. Поперечный перекос отвала повышает универсальность машины и ее эксплуатационные возможности на планировочных работах, облегчает разработку тяжелых грунтов и т. п.

Гусеничные бульдозеры могут оснащаться дополнительным быстросъемным оборудованием (рис. 4.8), значительно расширяющим их технологические возможности: неподвижными или гидроуправляемыми уширителями отвала 1, 2, 3, передними и задними рыхлительными зубьями 4, киркой 5 для взламывания асфальтовых по­крытий, ножами 6 для разработки мерзлых грунтов, кусторезным ножом, надставкой 7 для рытья канав, откосинком с жестким креп­лением и гидроуправляемым откосником-планировщиком 8, перед­ними и задними лыжами 9, грузовыми вилами 10, подъемным крю­ком 11 и т. п.

Все большее распространение получают мощные неповоротные пневмоколесные бульдозеры на базе серийных колесных тракторов и специальных шасси с шарнирно сочлененной рамой, применяемые в основном для разработки легких и средних грунтов на рассредото­ченных строительных объектах. Такие бульдозеры, почти не усту­пая в проходимости гусеничным машинам, обладают значительно большими (в 1,5...2 раза) рабочими и транспортными скоростями, повышенной маневренностью и производительностью.

Практически все гусеничные и колесные бульдозеры с тяговым усилием 200 кН и более оснащаются однозубым и трехзубым рыхли­тельным оборудованием заднего расположения. Некоторые модели гусеничных неповоротных бульдозеров оснащаются дополнитель­ной автоматизированной системой управления отвалом «Комби-план», осуществляющей автоматическую стабилизацию заданного положения отвала при выполнении окончательных планировочных работ.

Бульдозеры с поворотным отвалом оснащаются аппаратурой «Копир-Автоплан». Аппаратура автоматического управления отва­лом обеспечивает повышение качества обработки грунтовой по­верхности, повышение производительности машины за счет умень­шения числа проходов бульдозера по планируемому участку, и снижение утомляемости машиниста.

Пневмоколесные бульдозеры базируются на тракторах класса 1,4 и предназначены для выполнения земляных и погрузочно-разгрузочных работ малого объема, погрузки и транспортирования сыпу­чих материалов на небольшие расстояния, подъема и перемещения единичных и штучных грузов, планировки площадок, засыпки тран­шей, ям и для других работ.

В городском строительстве широко используются пневмоколес­ные бульдозеры с неповоротным гидроуправляемым отвалом и ана­логичные по конструкции бульдозеры-погрузчики, у которых в качестве основного сменного оборудования используются гидроуправляемые отвалы и ковши вместимостью 0,38 и 0,5 м3.

Бульдозеры-погрузчики комплектуются также дополнительным сменным рабочим оборудованием: ковшами для тяжелых материа­лов и снега, уширенным ковшом для работ у стен зданий и сооруже­ний, у бордюров улиц и дорог, грузовыми вилами для погрузки и разгрузки поддонов с грузами, монтажным крюком для погрузки штучных грузов, челюстным захватом для длинномерных грузов, удлинителем стрелы, уширителями отвала, поворотным отвалом для снега, отвалом-планировщиком и т. п.

Бульдозер-погрузчик (рис. 4.9) состоит из следующих основных частей: базового трактора 6, несущей рамы 9, тяг 8, стрелы 3, уст­ройства 2 для смены рабочих органов, ковша 1 или неповоротного бульдозерного отвала, попарно работающих гидроцилиндров 4, 5 управления стрелой и ковшом, гидросистемы и электрооборудова­ния. Сзади машины может быть навешен управляемый гидроцилин­драми отвал-планировщик 7. Неповоротный отвал предназначен для планировочных работ и представляет собой сварную конструк­цию с секционными ножами. Для соединения отвала с уширителем и сменным устройством стрелы он оборудован крюками и кронштей­нами. С бульдозерным отвалом применяется удлинитель стрелы для увеличения ее вылета при разгрузке бортовых автомобилей, прице­пов и железнодорожных платформ. Основной ковш, ковш для тяже­лых материалов и уширенный ковш представляют собой сварную конструкцию со сменными зубьями и различаются геометрическими размерами.

Система управления ковшом обеспечивает возможность его по­ступательного перемещения при подъеме и опускании стрелы. Че­люстной захват состоит из двух боковин, к которым снизу приваре­но днище с ножом и зубьями для захвата длинномерных грузов. Открытие и закрытие челюстей ковша производится двумя гидроци­линдрами. В открытом положении челюстной захват трансформи­руется в планировочный отвал. Этот рабочий орган может быть ис­пользован для очистки площадок, погрузки камней, пней и др. Смена рабочих органов осуществляется с помощью специального устройства 2 в кратчайшие сроки без дополнительного обслуживаю­щего? персонала. Гидросистема бульдозера-погрузчика обеспечивает привод и управление механизмами стрелы, ковша, челюстного за­хвата и задней навески трактора. Она включает гидросистему базо­вого трактора, дополнительно установленные гидроцилиндры и гидрораспределитель.