Разработка грунта экскаваторами оборудованными обратной лопатой. Общие сведения

Статья раскрывает основные вопросы эксплуатации одноковшовой техники: особенности работы, обустройство рабочей зоны, выбор модели, соответствующей разрабатываемому участку. Рассмотрены разновидности одноковшовых экскаваторов, применяемых для грунтов от I до IV категории.

Принципы и основные аспекты осуществления работ при разрабатывании грунта одноковшовыми экскаваторами.

Экскаваторы являются преобладающей техников в проведении гидромелиоративных и общестроительных манипуляций. занимает 45% общей массы грунтово-экскаваторных работ. Данный тип машин применяется при проведении большинства видов деятельности: отделки бортов, выравнивании дна выработок, уплотнении земляного слоя, удалении рыхлых и смерзшихся слоев. Правильно подобрать тип эксплуатируемой техники поможет знание основополагающих моментов процесса разработки и учет типа разрабатываемой поверхности.

Устройство, техническое оборудование и процесс работы.

Одноковшовый экскаватор – разновидность техники, рассчитанной на выполнение разнообразных земляных и общестроительных манипуляций. Производственный цикл состоит из шести стадий:

Резка грунтового слоя и наполнение ковшовой части.
Подъем заполненного ковша для беспрепятственного подведения к месту высыпки.
Подъем стрелы к площадке выгрузки. Иногда вращение стрелы сочетается с подъемом ковша.
Высыпка срезанной породы в самосвалы или отвалы.
Обратный разворот к месту резки.
Подача ковшовой части для срезки материала.

Передвижение одноковшовой техники осуществляется за счет использования нескольких типов ходового оборудования:

Гусеничное. Данный тип обеспечивает повышенную проходимость, применяется для проведения работ в сложных условиях рельефа.
Пневмоколесное.
Шагающее. За счет небольшой массы снижает давление, оказываемое на поверхность, повышает устойчивость.
Рельсово-шагающее. Повышает маневренность, снижает давление на опорную поверхность.

Срезка и забор породы занимает 15-30% рабочего времени от всего производственного цикла, поэтому разработка грунта многоковшовыми экскаваторами по производительности будет существенно выше. Это происходит за счет непрерывности забора грунтов несколькими ковшами. Однако, многоковшовые модели имеют ограничения по габаритом поднимаемой породы – размер поднимаемых включений не должен превышать 0,2 от общей ширины ковша. В одноковшовой технике такие ограничения отсутствуют.

Дополнительное оборудование

База одноковшовой машины обеспечивает использование четырех основных типов оборудования.

Помимо возможности применения драглайна, грейфера, прямой и обратной лопат, данное строительное оборудование может укомплектовываться следующими комплектующими:

Ротатор ковша. Механизм, позволяющий быстро осуществлять переход от работы прямой лопаты к режиму обратной лопаты. Наиболее часто встречается на европейских моделях: например, на чехословацких моделях UDS-114.
Планировщик откосов. Отдельная разновидность ковша типа «обратная лопата», применяемая для устройства откосов. Он обеспечивает движение ковшовой режущей кромки под определенным углом. Для использования планировщика необходима установка автоматизированного управления.
Рыхлитель. Используется для уничтожения конструкций, разбивки асфальтового либо бетонного покрытия, выполнения действий с грунтами от III группы экскаватором-драглайном.
Струг. Стрела, по которой «бегает» тележка с ковшом. Используется в осуществлении планировочных работ.

Типы одноковшовых экскаваторов

По назначению одноковшовые модели разделяются на три больших категории:

Строительные. Универсальная техника с полным поворотом и емкостью ковшовой части 0,15-2 м3. Универсальность обеспечивается возможностью установки сменных комплектующих для разнообразных манипуляций. Разработка грунта начиная от III категории зачастую производится экскаватором с применением сменных комплектующих.

Карьерные. Полууниверсальные машины или специальные лопаты с укороченной стрелой. Емкость ковша полууниверсальных моделей составляет от 2 до 8 м3. Применяются для проведения манипуляций на сложном рельефе, зачастую применяется при добыче полезных ископаемых.

Вскрышные. Машины с ковшом, емкость которого превышает 6 м3. Эксплуатируются на «вскрыше» – срезании верхних слоев породы. Как правило, укомплектованы удлиненным оборудованием, увеличивающим радиус рабочего действия. Вскрышные машины не имеют возможности устанавливать сменное оборудование. К вскрышной строительной технике относятся шагающие драглайны, имеющие ковши емкостью от 4 до 80 м3, применяемые для рытья траншей, насыпки дамб, устройства котлованов.

По возможности эксплуатации с различными видами дополнительных устройств одноковшовые машины делятся на три вида :

Универсальные. Имеют не менее 4 разновидностей сменного оборудования.
Полууниверсальные. Машины с емкостью ковшовой части не более 4 – 6 м3. На полууниверсальные модели возможно установка двух-трех видов дополнительных модификаций.
Специализированные. Емкость ковша более 4 м3. Выпускаются с одной модификацией оборудования, без возможности смены.

Общие схемы проведения работ

По виду организации путей вывоза отработанного материала все грунтово-экскаваторные работы подразделяются на две большие группы:

Бестранспортные. При проведении данной схемы осуществляется срезка грунтового слоя с укладкой его в земляное сооружение, автотранспорт при этом не задействуется. Существует два вида такого типа работ. При простой схеме без участия дополнительного транспорта срезанные слои кладутся в отвалы без последующего вывоза. При сложной – для укладки используется временный отвал с последующей переэкскавацией (перемещением) поднятой породы.
Транспортные. После подъема грунта производится его погрузка в автотранспорт с перемещением в заданное место. При транспортной схеме возможны два пути движения автомобильного транспорта: тупиковые либо сквозные.

Выбор схемы выполнения экскавации осуществляется с учетом особенностей строительного участка.

Например, в прокладке нефтяных и газопроводных сооружений преимущество имеют бестранспортные схемы, а в возведении промышленных и жилых комплексов с возможностью обустройства нормальных разгрузочных путей – транспортные.

Разработка осуществляется путем создания специальных траншей – проходок. Выборка производится с устройством лобовых или боковых траншей-проходок. При проведении лобовой проходки выборка производится на трех частях действующего участка – двух боковинах и торцевом откосе.

Существует два вида боковых проходок:

Закрытая. Здесь экскаваторная ось располагается справа или слева от сечения выемки. В этом случае осуществляется разработка трех откосов – боковых участков и торцевого откоса.
Открытая. В ней происходит постепенное смещение по направлению полосы с выборкой породы с боков и торцевого откоса.

Рабочая зона и ее обустройство

Под забоем подразумевается рабочая территория одноковшовой техники, куда включается центральная площадка с размещением экскаватора и сопутствующего автотранспорта.

Забой оборудуется с учетом основных параметров:

Размеров возводимого сооружения и формы необходимого котлована.
Технических показателей используемого экскаватора. Например, при применении машин на гусеничном ходу, допустима разработка грунта в сложных участках местности, где требуется повышенная проходимость.
Технических характеристик используемого автомобильного транспорта. Например, если работа ведется на заболоченной местности, забой стоит оборудовать максимально близко к твердому покрытию для повышения проходимости автотранспорта.

Проектирование забоев с последующей выборкой материала заключается в правильном определении ширины и глубины забоя, подбора оптимальных установочных положений машин, находящихся на площадке, последовательной выборки слоев и оборудовании путей перемещения техники и сопутствующего транспорта.

При небольшой высоте забоя стоит использовать одноковшовую модель, дополняя бульдозером, сгребающим грунтовый материал. Бульдозер смещает его к «экскаваторной рабочей зоне», где производится окучивание, создающее достаточную высоту бортов рабочего участка.

Вся используемые машины устанавливаются таким способом, чтобы снизить поворотный угол стрелы до минимума – на разворот экскаваторной стрелы уходит 70% объема времени от общего производственного цикла.

Повышение показателей эффективности при проведении экскавации

Для увеличения производительности при проведении экскаваторных работ требуется руководствоваться определенными положениями:

Рассчитывать радиус копания, принимая в расчет максимальные значения эксплуатируемой техники. Он не должен быть выше 0,7-0,9 от наибольшего радиуса используемой модели.
Совмещать операции для сокращения временных затрат производственного цикла. Например, объединить поворот платформы с подъемом ковшовой части, перемещаемой к месту для разгрузки.
Уменьшать поворотный угол платформы с помощью приближения места установки транспорта к траншейной оси. Это поможет уменьшить потери рабочего времени, тратящегося на повороты платформы.
Оборудовать разгрузочные пути, обеспечив быстрое перемещение для вывоза поднимаемого материала.
Сократить время, затрачиваемое на передвижение экскаватора, спланировав и оборудовав пути движения.
По возможности избегать перемещения машин собственным ходом, предотвращая преждевременный износ ходового механизма.
Подбирать ковш с учетом срезаемой породы. Например, использовать для взрыхленных скальных пластов специальные ковши или ковшовыми емкостями не менее 1 м3, а для мелкодробленых скальных материалов пользоваться емкостями от 0,5 до 0,8 м3.
Следить за соотношением грузоподъемности, расстоянием для вывозки и объема ковшовой емкости.

Разрабатывание грунтов моделей с прямой лопатой

Прямая лопата – разновидность ковшовой емкости с полностью открытой верхней частью. Жестко прикрепляется к рукояти, которая соединяется со стрелой при помощи шарнирного крепления. Выдвижение лопаты вперед происходит за счет действия напорного механизма, а опорожнение – путем полного открывания днища.

Модель с прямой лопатой осуществляет срезку и подъем по направлению собственного хода впереди ковшовой части, а затем плавно перемещается вперед на величину заданного хода рукояти. Разрабатывание участка ведется до образования необходимого профиля путем создания последовательных траншей.

Разработка грунта экскаватором прямая лопата производится путем проведения траншей-проходок двух категорий:

Боковых ответвлений с высыпкой срезанной и поднятой породы в транспорт или отвал, находящийся по ходу движения техники. Высота расположения машин в рабочей зоне определяет тип боковой проходки: одноярусные с расположением автомобилей на одном уровне с экскаватором, и двухъярусные – с размещением машин на разных высотах.
Лобовых проходок, при создании которых транспорт для выгрузки устанавливается сзади работающей техники.

Боковой забой выгоден снижением поворотного угла, удобной подачей автотранспорта для ссыпки выбранного материала, что увеличивает производительность. Но, при эксплуатации бокового забоя снижается объем породы, поднимаемый с одного участка, ведя к увеличению числа перемещений машины.

При лобовом типе забоя возникает потребность подъезда самосвалов задним ходом и установки автотранспорта позади работающей техники, что приводит к увеличению поворотного угла. Это становится причиной удлинения производственного цикла, увеличению временных затрат и снижению эффективности. При этом, устройство лобового забоя увеличивает объем поднимаемого материала, уменьшая количество передвижек.

Устройство боковых проходок производится при проведении разработок в карьерах и формировании выемок с последующей погрузкой отработанного материала на автотранспорт.

Сфера устройства лобовых забоев несколько шире:

Первые проходки при разрабатывании выемок и карьерных участков.
Работа в ограниченных пространствах, препятствующих обустройству погрузочных путей.
Поднятие породы из скальных выемок.
Проведение манипуляций в осенне-зимние периоды на мерзлых почвах.

Осуществление всех работ ведется только с применением транспортной схемы. Это обусловлено тем, что малые линейные размеры моделей с ковшовой частью «прямая лопата» не позволяют использовать бестранспортную ссыпку породы.

Осуществление земляных работ моделей с обратной лопатой

Обратная лопата – ковшовая емкость с «донной» открытой частью, обладающая режущей передней кромочной частью. К стреле крепится шарнирным соединением, напорный механизм отсутствует. Заполнение породой происходит по мере «оттягивания» емкости назад. Разгрузка осуществляется в момент подъема с одновременным переворачиванием.

Данная разновидность используется в разрабатывании участка, располагающегося ниже уровня базовой площадки. В траншеях экскаватором обратная лопата целесообразно применение забоев торцевого или бокового типа, позволяющих откапывать ложе для оборудования подземных коммуникаций, рыть небольшие котлованы. Жесткое закрепление ковшовой части позволяет отрывать траншеи с вертикальными стенками, снижая риск осыпания боковых частей. Затраты времени на рабочий процесс у таких моделей на 10-15% выше, чем у экскаваторов с прямой лопатой.

Фундамент на буронабивных сваях, выполненный по описанной технологии (ТИСЭ), можно после небольших доработок использовать как сейсмоизолирующую систему для индивидуального строительства в соответствующих регионах с повышенной сейсмикой.

При эксплуатации торцевого забоя машина с обратной лопатой продвигается по оси траншеи, попеременно снимая грунт с обеих боковых сторон. Для увеличения производительности проходку можно расширить боковыми забоями, образуемыми при движении в сторону от основной траншеи. Ограничение ширины забоя осуществляется только исходя из эксплуатационных требований используемой строительной техники и нормами безопасности при экскавации данного вида породы.

Осуществление работ экскаватором-драглайном или грейфером

Ковшовая емкость драглайна закрепляется на удлиненной стреле. Заполнение породой происходит в момент подтягивания ковшовой части обратно к стреле. После заполнения, емкость окончательно поднимается и переводится на место выгрузки. Опорожнение производится за счет ослабления тягловых канатов.

Разработка грунта драглайном производится при устройстве больших котлованов либо выемок с глубиной до 16-20м., возведении насыпного вала и аналогичных работах. Преимуществами машин-драглайнов являются внушительная глубина опускания стрелы, рабочий радиус до 10 м. и возможность эксплуатации в пространствах с постоянным притоком грунтовых вод с эффективной разработкой обводненных участков.

Работы драглайном ведутся при помощи торцевых или боковых траншей. Организация работ и обустройство проходок аналогично экскавационным манипуляциям техники с обратной лопатой. Наиболее часто выгрузка срезанных слоев осуществляется в организованный отвал, иногда – в самосвалы с последующей вывозкой. На определенных участках доступно устройство лобовых или боковых проходок.

Грейфер – специализированный тип ковшовой емкости с двумя широкими лопастями и стоечной (либо канатной) системой привода, отвечающей за принудительное смыкание лопастей. Эксплуатируется для выкапывания узких и глубоких участков, залегающих ниже уровня грунтовых вод. Грейфер привешивается на экскаваторную стрелу для разрабатывания пространств с вертикальными бортами. За опорожнение ковша отвечает система принудительного размыкания лопастей, удерживающих поднятое содержимое.

Принудительное опускание стойки и погружение ковшовой части в породу за счет высокой собственной массы позволяет разрабатывать грейферным ковшом слои практически любой плотности, в том числе – участки, полностью скрытые под водой. Емкость ковшовой части грейфера составляет 0, 35-2,5 м3.

Выбор техники с учетом основных особенностей разработки и типов пород

Одноковшовая техника может использоваться во всех видах породы, в том числе – в скальных грунтах и участках с высоким обводнением и постоянным поступлением грунтовых вод.

Разработка грунта многоковшовыми экскаваторами может осуществляться в грунтах от I до IV категории включительно. Фактически безопасная эксплуатация может осуществляться только на участках I-III категорий, не имеющих крупных фракций, превышающих 0,2 от ширины ковшовой части. Манипуляции на участках IV категории возможны только в однородных слоях.

Первоначально разновидность машины подбирают после изучения всех параметров: характеристики выемки, категории срезаемого материала, наличия или возможного поступления грунтовых вод и необходимости применения сменных устройств. В случае, если для выполнения манипуляций одного типа подходят несколько моделей, предпочтительнее производить разработку грунта в траншеях и иных пространствах экскаватором с прямой лопатой, драглайном и моделями с ковшовой частью вида «обратная лопата ».

Определение необходимого объема ковшовой емкости производится по принципу максимальной наполняемости с минимальными временными затратами. Максимальная загрузка напрямую зависит от типа обрабатываемого материала, сложности срезки и глубины проведения работ. Наибольшая вместимость рассчитывается из учета глубины выемки, разновидности техники и группы пород.

Не допускать установки машины в рабочей зоне с ярко выраженным уклоном. Для установки следует выбирать только ровные участки – это предотвратит риск переворота.
При производстве работ ковшовой части с прямой лопатой в забое с высокими стенками необходимо своевременно удалять образующиеся козырьки.
На слабых и подвижных грунтовых участках путь перемещения техники усиливается щитами, укладываемыми на землю.
Разработка участков IV группы экскаватором производится с использованием дополнительного оборудования – установка специализированных устройств предотвратит преждевременный износ механизмов.
При сильном увлажнении рабочего участка производство следует остановить до подсыхания поверхности.

Перед началом производственного процесса необходимо тщательно обследовать участки на предмет появления карнизов и нависаний.

ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА (ТТК) / документ в сокращенном виде/

1. Область применения

Типовая технологическая карта разработана на разработку траншей экскаватором Э0-3322Б, оборудованным обратной лопатой и профильным ковшом, с выгрузкой грунта в отвал

Разработка грунтов землеройными машинами

Технологический процесс устройства выемки включает разработку грунта с погрузкой в транспортные средства или на бровку выемки, транспортировку грунта, планировку дна и откосов.

Выбор способа разработки грунта и схемы комплексной механизации зависит от объемов и сроков выполнения работ, вида грунта, геометрических параметров земляного сооружения и условий производства работ.

При комплексно-механизированной разработке грунта кроме ведущей землеройной машины в комплект включаются также вспомогательные машины для транспортировки грунта, планировки и т.д.

В качестве ведущей машины при разработке постоянных выемок значительной глубины, котлованов и траншей больших размеров принимают одноковшовый экскаватор. Для транспортировки грунта используют чаще всего автосамосвалы, а также железнодорожный транспорт, конвейерный и гидравлический. Количество транспортных средств и схема их подачи к экскаватору назначаются из условия обеспечения бесперебойной работы экскаватора.

Для зачистки дна выемки, разравнивания грунта и обратной засыпки пазух используются, как правило, бульдозеры.

Технологические возможности экскаватора зависят от вида рабочего оборудования, системы его привода и главного параметра-емкости ковша. Рекомендации по выбору емкости ковша и других параметров экскаватора в зависимости от объема выемки приводятся в нормативной и справочной литературе по земляным работам.

Для выемок значительных объемов принимают экскаваторы с большой емкостью ковша. При разработке обводненных грунтов предпочтительнее применять экскаваторы с рабочим оборудованием "обратная лопата", "драглайн". Разработку грунта в глубоких траншеях с креплением вертикальных стенок, а также в опускных колодцах целесообразно производить грейферным ковшом.

Экскаваторы с гидравлической системой привода рабочего оборудования позволяют обеспечить высокую точность геометрических параметров выемки и большие возможности автоматизации процесса работы машины.

Пространство, в котором размещается экскаватор и происходит разработка грунта, называют экскаваторным забоем. Профиль экскаваторных забоев и их геометрические параметры для основных видов рабочего оборудования экскаватора представлены на рис.1.

Рис.1. Профили забоя экскаваторов с различным рабочим оборудованием:
а - прямая лопата с канатным управлением рабочим оборудованием; б - обратная лопата; в - драглайн; г - грейфер;
д - профиль забоя прямой лопаты с гидравлической системой управления; е - то же, обратная лопата; ж - грейфер;
- радиус копания; - радиус выгрузки; + - высота копания; - - глубина копания; - высота выгрузки

При проектировании производства работ размеры забоя назначают из условий обеспечения максимальной производительности экскаватора за счет сокращения времени рабочего цикла. Для этого высота (глубина) забоя должна обеспечивать заполнение ковша с "шапкой" за одну операцию резания грунта, угол поворота для разгрузки ковша должен быть минимальным и т.д.

Выемка, образующаяся в результате последовательной разработки грунта при периодическом передвижении экскаватора в забое, называется экскаваторной проходкой.

В зависимости от расположения экскаватора относительно забоя и его перемещения в процессе разработки грунта проходка может быть лобовой (торцовой) или боковой.

Траншеи разрабатываются, как правило, за одну лобовую проходку. выполняется одной или несколькими параллельными проходками. При значительной глубине выемки она разрабатывается ярусами, постепенно углубляясь до образования проектного контура котлована (рис.2).

Рис.2. Схемы экскаваторных проходок с рабочим оборудованием "прямая лопата":
а - лобовая (торцовая) проходка; б - то же, с двусторонним расположением транспорта; в - уширенная лобовая проходка с движением экскаватора "зигзаг"; г - поперечно-торцовая проходка; д - боковая проходка; е - разработка котлована по ярусам:
I, II, III, IV - яруса разработки; 1 - экскаватор; 2 - автосамосвал; 3 - направление движения транспорта

В зависимости от геометрических параметров выемки и характеристики рабочего оборудования экскаватора назначают вид, размеры и количество проходок.

Одноковшовые экскаваторы с рабочим оборудованием "прямая лопата" целесообразно применять для разработки выемок значительных размеров при отсутствии грунтовых вод или незначительном их притоке.

При разработке грунта с погрузкой в транспорт "прямая лопата" - наиболее производительный вид рабочего оборудования. Экскаватор с таким оборудованием размещается на подошве забоя и разрабатывает грунт выше уровня стоянки. Разработка грунта, как правило, осуществляется с погрузкой в транспортные средства, которые могут располагаться на одном уровне с экскаватором или выше подошвы забоя.

В зависимости от ширины котлована лобовая проходка экскаватора может быть прямолинейной, зигзагообразной и поперечно-торцовой. Боковая проходка применяется при разработке широких котлованов.
Для въезда в котлован устраивают траншею с уклоном 10-15° и шириной до 3,5м при одностороннем движении и до 8м при двустороннем.

Экскаваторы с рабочим оборудованием "обратная лопата" и драглайн разрабатывают выемки (котлованы, траншеи и др.) любой ширины и глубиной, не превышающей максимальной глубины резания. Поярусная разработка выемки при этом виде оборудования, как правило, не практикуется. Экскаватор размещается выше забоя, что облегчает разработку мокрых и обводненных грунтов.

Экскавация грунта может осуществляться в направлении, совпадающем с перемещением экскаватора, - торцовой проходкой и перпендикулярно направлению перемещения - боковой. В последнем случае глубина разработки меньше, чем при торцовой.

Грунт разрабатывают с погрузкой в транспорт или в отвал. Драглайн более производительно работает с перемещением грунта в отвал или насыпь.

Многоковшовые экскаваторы - землеройные машины непрерывного действия, наиболее эффективные при разработке выемок постоянного поперечного сечения и большой протяженности.

Экскаваторы поперечного копания используют, как правило, при разработке карьеров, больших котлованов, прокладке каналов, планировке откосов постоянных выемок значительных размеров и т.д.

Разработка грунта экскаваторами

Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами. В промышленном и гражданском строительстве применяют экскаваторы с ковшом вместимостью от 0,15 до 2, реже до 4 м. Они имеют комплект сменного оборудования, включающий прямую и обратную лопаты, драглайн и грейфер. Кроме того, стрела, входящая в комплект драглайна и грейфера, может быть оборудована грузовым крюком или клином-бабой.

Прямая лопата представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем, жестко насаженный на рукоять, которая шарнирно соединена со стрелой машины и выдвигается вперед с помощью напорного механизма. Опорожняется ковш путем открывания его днища. Такая конструкция прямой лопаты обеспечивает ей наибольшую производительность. Для рыхления грунта режущий край ковша снабжен зубьями. Это относится ко всем видам сменного оборудования, но выпускаются ковши и без зубьев - со сплошной (обычно полукруглой) режущей кромкой. При разработке грунтов I и II групп экскаватор может быть оборудован ковшом увеличенного объема. Разрабатывают грунт, когда экскаватор стоит на дне разрабатываемого забоя. На небольшую глубину он может отрывать грунт и ниже горизонта стояния, для чего устраивают пандус, позволяющий установить машину в забое выемки.

Обратная лопата - это открытый снизу ковш с режущим передним краем, жестко насаженный на рукоять, шарнирно соединенную (без напорного механизма) со стрелой. По мере протягивания назад ковш заполняется грунтом. Затем при вертикальном положении рукояти ковш переводят к месту выгрузки и разгружают путем подъема с одновременным опрокидыванием. Рабочая зона расположена ниже горизонта стояния машины. Современные модели экскаваторов с обратной лопатой имеют гидропривод, позволяющий ковшу поворачиваться относительно рукояти.

Ковш драглайна навешивают на канатах на удлиненную стрелу кранового типа. Ковш забрасывают в выемку на расстояние, несколько превышающее длину стрелы, его заполняют грунтом путем подтягивания по поверхности к стреле. Затем ковш поднимают в горизонтальное положение к стреле и поворотом машины переводят на место разгрузки. Опорожняется ковш при ослаблении тягового каната. Драглайном можно разрабатывать грунт не только сильно насыщенный влагой, но и находящийся под слоем воды.

Грейфер представляет собой ковш с двумя или более лопастями и канатным приводом, принудительно смыкающим эти лопасти. Грейфер навешивают на такую же стрелу, что и драглайн. С помощью грейфера можно разрабатывать выемки с вертикальными стенками. При повороте стрелы ковш перемещается к месту разгрузки и опорожняется при принудительном раскрытии лопастей. Грейфер погружается в грунт только за счет собственной массы ковша. Грейфер применяют обычно для разработки грунтов малой плотности (I и II группы) и находящихся под водой. Более плотные грунты предварительно необходимо рыхлить.

Производительность одноковшового экскаватора снижается по мере увеличения плотности грунта. Кроме того, она зависит от способа разработки грунта (при работе "на вымет" производительность повышается, при погрузке на транспортные средства - снижается), вместимости ковша и конструктивного решения кромки ковша. Экскаваторы с ковшами малой вместимости (до 0,5 м) обслуживает один машинист; их применяют только для разработки грунтов I...III групп. Более мощные экскаваторы обслуживают машинист и его помощник. Они могут разрабатывать (кроме грейфера) грунты всех шести групп (наиболее плотные - после предварительного рыхления).

Производительность экскаватора можно повысить, уменьшив угол поворота стрелы и увеличив вместимость ковша. Для этого необходимо максимально заполнять ковш грунтом (с "шапкой"), а также совмещать процессы резания грунта с поворотом стрелы и др.

Разработанный одноковшовыми экскаваторами грунт перевозят самосвалы , тракторы с прицепами, железнодорожные составы, гидравлический транспорт, реже - ленточные конвейеры.

При транспортировании грунта ленточными конвейерами загрузочное звено конвейера устанавливают параллельно оси проходки экскаватора, а погрузочный ковш-питатель перемещают вдоль загрузочного звена по мере продвижения экскаватора. При перемещении экскаватора на следующую заходку загрузочное звено отрихтовывают в новое положение. При погрузке в железнодорожные составы рельсовый путь следует укладывать параллельно оси проходки экскаватора. График движения землевозных составов должен быть сделан таким образом, чтобы перерывы между отправлением загруженного состава и подачей порожнего были минимальными, и состав передвигался по мере загрузки вагонов. Обычно в автосамосвал входит 3-6 ковшей грунта. Допустимый недогруз не должен превышать 10%, перегруз - 5%.

Продолжительность нагрузки автосамосвала колеблется в широких пределах в зависимости от числа ковшей, погружаемых в кузов, рода грунта, среднего угла поворота машины при погрузке и типа экскаватора:

Продолжительность остальных операций для автосамосвалов различной грузоподъемности определяют на основе статистической обработки данных по выборочным замерам времени на объекте.

Рабочее место экскаватора (т.е. место, где он разрабатывает грунт) называется забоем. Геометрические размеры и форма забоя зависят от оборудования экскаватора и его параметров, размеров выемки, видов транспорта и принятой схемы разработки грунта. Применение рациональных приемов работы в правильно выбранном забое обеспечивает максимальную эффективность применяемого оборудования и высокую производительность при минимальной себестоимости землеройных работ. В технических характеристиках экскаваторов любой марки приведены, как правило, максимальные показатели их: радиусы резания, выгрузки, высота выгрузки и др. Работа на максимальных для данной машины параметрах приводит к ее быстрому износу и, как следствие, к снижению ее производительности. Поэтому для производства земляных работ следует принимать оптимальные рабочие параметры, составляющие 0,9 максимальных паспортных данных...

Если высота забоя относительно мала (например, при разработке планировочной выемки), целесообразно использовать экскаватор вместе с бульдозером. Последний разрабатывает грунт и перемещает его к рабочему месту экскаватора. Здесь бульдозер окучивает грунт, обеспечивая при этом достаточную высоту забоя, что позволяет эффективно использовать экскаватор.

Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены таким образом, чтобы средний угол поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки был минимальным, так как на поворот стрелы расходуется до 70% рабочего времени цикла экскаватора.

Для прямой лопаты различают лобовой и боковой забои. В лобовом забое экскаватор разрабатывает грунт впереди себя и отгружает его на транспортные средства, которые подают к экскаватору по дну забоя. В этом случае автомобили подходят задним ходом попеременно то с одной, то с другой стороны забоя. Соответственно и грунт разрабатывается то с одной, то с другой стороны от оси проходки, при этом угол поворота достигает 140° и более, что снижает производительность экскаватора. Лобовой забой применяют в редких случаях (при разработке экскаватором пионерной траншеи, въездного пандуса и др.).

В боковом забое экскаватор разрабатывает грунт по одну сторону от оси движения и грузит его на транспортные средства, подаваемые по другую сторону от оси проходки. При этом обеспечиваются благоприятные условия для движения транспорта, а средний угол поворота составляет 70... 90°. Поэтому после пионерной проходки весь оставшийся в выемке грунт разрабатывают способом продольного бокового забоя

Максимальная ширина разработки (по одну сторону от оси проходки) определяется катетом прямоугольного треугольника, гипотенузой которого является выбранный радиус резания, а вторым катетом - перемещение экскаватора между последующими стоянками. Эта величина равняется разности между максимальным и минимальным радиусами резания. Исходя из этого принимают:

Средний уголок поворота машины определяется между направлением стрелы при прохождении ее через центр тяжести объема грунта, разрабатываемого с одной стороны (точка 0), и положением стрелы в момент выгрузки ковша.

Для лобовой проходки целесообразно принимать ширину разработки, так как при этом средний угол поворота оказывается наименьшим.

Рис.5. Схемы проходок одноковшового экскаватора с прямой лопатой и подачи транспорта:
а - при проходке пионерной траншеи и последующих боковых проходках:
О.Э.1, О.Э.2 - стоянки экскаватора; О.Т.1, О.Т.2 - стоянки транспорта;
1-3 - последовательность разработки грунта;
б - при поперечных проходках

Если высота выгрузки экскаватора больше или равна сумме глубины выемки, высоты борта автосамосвала или другой транспортной единицы и при этом добавляется 0,5 м (на "шапку" над бортом), пионерную траншею разрабатывают боковым забоем при движении транспорта по дневной поверхности на расстоянии не менее 1 м от края выемки.

При этом ширина проходки будет равна (см. рис.5, а), где - ширина части проходки, обращенной в сторону подачи транспорта. При определении следует исходить из минимально необходимой величины для обеспечения беспрепятственного разворота хвостовой части машины. Это требование является обязательным, так как радиус выгрузки, соответствующий принятой высоте выгрузки, должен быть больше или равен плюс заложение откоса (глубина проходки, умноженная на котангенс, где - угол наклона откоса), плюс 1 м (безопасный зазор от бровки до кузова) и плюс половина ширины транспортной единицы.

При значительных в плане размерах выемки целесообразно разрабатывать ее поперечными проходками вдоль меньшей стороны (рис.5, б). Такой способ разработки обеспечивает минимальную длину пионерной траншеи и позволяет организовать наиболее производительное кольцевое движение транспорта.

Выемки, глубина которых превосходит максимальную высоту забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов (рис.6). При этом нижний ярус разрабатывают аналогично верхнему, а автомобили подают к экскаватору так, чтобы ковш наводился на кузов сзади. Трасса движения автомобиля в этом случае должна быть параллельной оси проходки экскаватора, но направлена в противоположную сторону.

При работе с обратной лопатой также применяют торцовый или боковой забой. При разработке грунта торцовым забоем экскаватором с обратной лопатой "на себя" экскаватор движется по оси отрываемой им траншеи или котлована и попеременно разрабатывает то одну, то другую его сторону в зависимости от того, с какой стороны подходит очередной автомобиль. В торцовом забое средний угол поворота машины 70...90°. Траншею можно расширять параллельными боковыми забоями (рис.7). Боковой забой образуется при разработке грунта по одну сторону от оси движения экскаватора. Если при разработке траншеи грунт складывают в отвал по одну сторону от траншеи, ось проходки смещается в сторону отвала, а ширина разработки уменьшается по сравнению с максимально возможной при торцовой проходке. При разработке в отвал и на транспорт автомобили подходят к экскаватору со стороны, противоположной отвалу, а ось проходки смещается относительно оси траншеи в ту сторону, в которую отгружается большая часть грунта. При боковом и торцовом забоях автосамосвалы подходят по трассе, параллельной оси движения экскаватора, но навстречу ему, а при торцовом забое их устанавливают под загрузку под углом 15,..25° к оси движения экскаватора.

Наиболее целесообразно применять экскаватор с обратной лопатой для отрывки траншей глубиной до 6 м и небольших котлованов глубиной до 4 м (например, под фундаменты отдельных колонн).
Для торцовой и боковой проходок организация работ драглайна и обратной лопаты аналогична. При этом сохраняется такое же соотношение максимальной глубины резания. Драглайн обычно передвигается между очередными стоянками на 1/5 длины стрелы. Так как ковш драглайна гибко подвешен к стреле, для него весьма эффективной является челночная схема работы (рис.8). В этой схеме предусмотрено, что автосамосвал подходит к месту загрузки по дну забоя и загружается попеременными черпаниями ковша по обе стороны от кузова. Угол поворота экскаватора при погрузке по продольно-челночной схеме приближается к 0°, а при поперечно-челночной - к 15...20°, при этом продолжительность разгрузки уменьшается, так как ковш опорожняется без прекращения поворотного движения экскаватора в момент переноса ковша над кузовом машины. Благодаря этому общая продолжительность рабочего цикла экскаватора снижается на 20...26%.

При разработке грунтов I и II групп экскаватор, оборудованный грейферным ковшом, должен быть так расположен относительно траншеи, чтобы угол его поворота не превышал 70...90°. Грейфер на новую стоянку передвигается на 1/4 длины стрелы.

Экскаваторы на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый недобор. Недобор (5...10 см) оставляют, чтобы избежать повреждения основания и не допустить переборов грунта. Для повышения эффективности работы экскаваторов применяют скребковый нож, насаженный на ковш экскаватора. Это приспособление позволяет механизировать операции по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с погрешностью не более 2см, что исключает необходимость ручных доработок....

Грунт разрабатывают тремя способами:

1 механический

2 гидромеханический

3 взрывной

При механическом способе разработки грунта применяются землеройные машины (экскаваторы циклического и непрерывного действия, одноковшовые и многоковшовые)

Одноковшовые экскаваторы имеют сменное оборудование:

2-обратная лопата

3-драглайн

4-грейфер

Одноковшовые экскаваторы производится проходками расположенными в один или несколько ярусов, количество и параметры проходов зависят от размеров выемок и характеристика экскаватора и определяется в технологических картах.

Проходка –продольная траншея, образуемая экскаватором за один проход.

Забой –это рабочая зона экскаватора ограниченная радиусом его действия в которую входит площадка на которой находится экскаватора часть проходки разработанная с одной стороны и площадка для размещения транспортных средств и отвала грунта.

Экскаваторы разрабатывают грунт находясь в забое двумя способами:

1-лабовая проходка -это когда автосамосвалы подаются к экскаватору по двум траншеям задним ходом, каждый ярус выемки разрабатывается сразу на всю ширину без сквозного проезда транспорта.

Лобовая проходка бывает трех видов:

а) прямолинейная лобовая проходка

В= 2 R о 2 -L n 2 [м]

B-ширина проходки

R 0 -оптимальный радиус резания экскаватором

L n -длинна рабочей перед экскаватором

в) зигзагообразная лобовая проходка

В= 2 R о 2 -L n 2 +2R c [м]

R c - радиус резания экскаватора на месте стоянки.

г) поперечно- торцевая лобовая проходка

В=2 R о 2 -L n 2 +2 n R c [м]

n- количество поперечных передвижек экскаватора

2. Боковаяпроходка –это когда автосамосвалы устанавливают под погрузку сбоку и имеет сквозной проезд с открытой стороны транспортного пути проходки параллельно оси перемещений экскаватора

В= R о 2 -L n 2 +0,7R 0 [м]

Параметры прохода должны выбирать с таким расчетом чтобы на выполненную операцию рабочего цикла экскаватора затраченного минимального время.

При загрузке машин назначается целое число полностью загруженных ковшей экскаватора. При разработке грунта в отвал следует применять бульдозеры для перемещения выгруженного грунта.

Рабочий цикл экскаватора:

1- наполнение ковша грунтом

2- поворот к месту выгрузки

3- разгрузка ковша

4- поворот к забою

Одноковшовые экскаваторы заканчивают разработку котлованов и траншей за 20-30см до их проектной отметки. Оставшийся слой грунта называется недобором грунта и его дорабатывают бульдозерами или вручную.

Недоборы грунта разрешены от 10-20см. Слой недобора оставляют для того, чтобы избежать повреждения основания и не допускать перебора грунта. Для разработки недобора грунта применяют бульдозеры.

При выполнении работ бульдозер оставляет защитный слой до 5см, который зачищается вручную перед устройством фундаментов. Объемы недобора грунта можно определить:

Vр = А низ х h н [М 3 ]

h н = 10-30 см

А низ – площадь дна выемки

При больших объемах разрабатываемого грунта недобор может определяться в процентном соотношении: 7% от всего объема разрабатываемого грунта, из них 75% на разработку бульдозером и 25% на ручную.

Экскаватор с прямой лопатой -используется для разработки грунтов, которые находятся выше уровня его стоянки. При этом характеризуются высотой и горизонтальными размерами.

Наибольшую высоту забоев принимают равной максимальной высоты резания экскаватора, которая обеспечивает наполнение ковша.

Экскаватор с обратной лопатой - используют при разработке грунтов, которые находятся ниже уровня стоянки экскаватора и преимущественно при рытье небольших котлованов и траншей. Поярусная разработка выемки при этом виде оборудования, как правило не практикуется. Разработку грунта ведет ниже уровня стоянки экскаватора лобовым или боковым забоем с погрузкой грунта в траншейные средства или укладкой в отвал. При наличии больших неровностей поверхность проходки(в пределах ширины передвижения экскаватора) предварительно разравнивают бульдозером или автогрейдерами.

Наименьшую глубину забоя определяют из условия наполнение ковша с «шапкой» (для несвязных грунтов 1…..1,7м, а для связных-1,5…..2,3м). Ширина проходки зависит от наибольшего радиуса В=1,2….1,5R0. При погрузке в транспорт В=0,8R0 при укладке в отвал. Отрывку котлована шириной 12…14м.обычно осуществляют любой проходкой при перемещении экскаватора по зигзагу, а при большой ширине –поперечно-торцевой.

Разработанный одноковшовыми экскаваторами грунт перевозят самосвалы, тракторы с прицепами, железнодорожные составы, гидравлический транспорт, реже - ленточные конвейеры.

Массу грунта, погружаемого за один цикл работы экскаватора, определяют по формуле:

Геометрическая вместимость ковша, м;

Плотность грунта, т/м;

Коэффициент разрыхления;

Коэффициент использования вместимости ковша (отношение объема грунта в плотном состоянии, разрабатываемого за один цикл, к геометрической вместимости ковша).

Число автомобилей или автопоездов, необходимых для обеспечения бесперебойной работы экскаватора, рассчитывают по формуле:

где: - продолжительность, соответственно, установки машины под нагрузку, нагрузки машины экскаватором, пробега машины в оба конца при заданном расстоянии, мин; при L, км, и средней скорости движения, км/ч,

Продолжительности соответственно установки машины под разгрузку, разгрузки машины, технологических перерывов, возникающих во время рейса (маневры, пропуск встречного транспорта на разъезде, ожидание), мин.

Число ковшей грунта, погружаемого в кузов;

Продолжительность одного цикла экскавации, мин.

Число циклов экскаватора в 1 мин при работе с погрузкой в транспортные средства.

Оптимальная высота (глубина) забоя должна быть достаточной для заполнения ковша экскаватора за одно черпание, она должна быть равна вертикальному расстоянию от горизонта стоянки экскаватора до уровня напорного вала, умноженному на коэффициент 1,2:

М - высота напорного вала над, уровнем стоянки м.

Рис 4. Схема определения проходки экскаватора

1, 2 - стоянки экскаватора.

Для лобовой проходки целесообразно принимать ширину разработки 2, так как при этом средний угол поворота оказывается наименьшим.

Рис.5. Схемы проходок одноковшового экскаватора с прямой лопатой и подачи транспорта:

а - при проходке пионерной траншеи и последующих боковых проходках:

О.Э.1, О.Э.2 - стоянки экскаватора; О.Т.1, О.Т.2 - стоянки транспорта;

1-3 - последовательность разработки грунта;

б - при поперечных проходках

При этом ширина проходки будет равна (см. рис.5, а), где- ширина части проходки, обращенной в сторону подачи транспорта. При определенииследует исходить из минимально необходимой величины для обеспечения беспрепятственного разворота хвостовой части машины. Это требование является обязательным, так как радиус выгрузки, соответствующий принятой высоте выгрузки, должен быть больше или равенплюс заложение откоса (глубина проходки, умноженная на котангенс, где- угол наклона откоса), плюс 1 м (безопасный зазор от бровки до кузова) и плюс половина ширины транспортной единицы.

Рис.6. Схема разработки котлована большой глубины последовательными проходками (I-V) экскаватора с прямой лопатой:

1-5 - последовательность разработки грунта.

Рис.7. Схемы проходок экскаватора с обратной лопатой или драглайна:

а - при торцовой проходке и последующих боковых проходках:

О.Э.1 - О.Э.З - стоянки экскаватора; О.Т.1 - О.Т.З - стоянки транспорта;

1-3 - последовательность проходок экскаватора;

б - при поперечных проходках

Для торцовой и боковой проходок организация работ драглайна и обратной лопаты аналогична. При этом сохраняется такое же соотношение максимальной глубины резания. Драглайн обычно передвигается между очередными стоянками на 1/5 длины стрелы. Так как ковш драглайна гибко подвешен к стреле, для него весьма эффективной является челночная схема работы (рис.8). В этой схеме предусмотрено, что автосамосвал подходит к месту загрузки по дну забоя и загружается попеременными черпаниями ковша по обе стороны от кузова. Угол поворота экскаватора при погрузке по продольно-челночной схеме приближается к 0°, а при поперечно-челночной - к 15...20°, при этом продолжительность разгрузки уменьшается, так как ковш опорожняется без прекращения поворотного движения экскаватора в момент переноса ковша над кузовом машины. Благодаря этому общая продолжительность рабочего цикла экскаватора снижается на 20...26%.

Рис.8. Схемы работы драглайна челночным способом.

а - при погрузке грунта в транспорт, подаваемый по дну забоя;

б - при погрузке грунта в транспорт, подаваемый на уровне стоянки экскаватора, и во временный отвал

Экскаваторы отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый недобор. Недобор (5...10 см) оставляют, чтобы избежать повреждения основания и не допустить переборов грунта. Для повышения эффективности работы экскаваторов применяют скребковый нож, насаженный на ковш экскаватора. Это приспособление позволяет механизировать операции по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с погрешностью не более 2см, что исключает необходимость ручных доработок.

Выбор способа производства земляных работ зависит от свойств грунта, объемов работ, вида земляных сооружений, гидрогеологических условий и других факторов. Технологический процесс выполнения земляных работ состоит из разработки грунта, транспортировки, укладки в отвал или насыпь, уплотнения и планировки. Для механизации земляных работ применяют одноковшовые строительные экскаваторы с гибкой и жесткой подвеской рабочего оборудования в виде прямой и обратной лопаты, драглайна, грейфера, землеройно-планировочного, планировочного и погрузочного устройств; экскаваторы непрерывного действия, к которым относятся цепные многоковшовые, цепные скребковые, роторные многоковшовые и роторные бесковшовые (фрезерные); бульдозеры, скреперы, грейдеры (прицепные и самоходные), грейдеры-элеваторы, рыхлители, бурильные машины. В комплект машин для механизированной разработки грунта кроме ведущей землеройной машины включаются также вспомогательные машины для транспортировки грунта, подчистки выемки дна, уплотнения грунта, отделки откосов, предварительного рыхления грунта и т. п. в зависимости от вида работ.

Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами

В промышленном и гражданском строительстве применяют экскаваторы с ковшом вместимостью от 0,15 до 4 м3. При выполнении больших объемов земляных работ на гидротехническом строительстве применяются более мощные экскаваторы с вместимостью ковша до 16 м3 и более.

Экскаваторы на колесном ходу рекомендуется применять при работах на грунтах с высокой несущей способностью при рассредоточенных объемах работ, при работах в городских условиях с частыми перебазировками; экскаваторы на гусеничном ходу применяют при сосредоточенных объемах работ при редких перебазировках, при работах на слабых грунтах и разработке скальных пород; навесные экскаваторы на пневмоколесных тракторах - при рассредоточенных объемах работ и при работе в условиях бездорожья.

Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами ведется проходками. Число проходок, забоев и их параметры предусматриваются в проектах и технологических картах производства земляных работ для каждого конкретного объекта в соответствии с параметрами земляных сооружений (по рабочим чертежам) с оптимальными рабочими размерами оборудования экскаваторов.

Одноковшовые экскаваторы относятся к машинам цикличного действия. Время рабочего цикла определяется суммой отдельных операций: продолжительность заполнения ковша, поворот на выгрузку, разгрузку и поворот в забой. Наименьшие затраты времени на выполнение рабочего цикла обеспечиваются при следующих условиях:

ширина проходок (забоев) принимается с таким расчетом, чтобы обеспечить работу экскаватора со средним поворотом не более 70 градусов;
глубина (высота) забоев должна быть не меньше длины стружки грунта, необходимой для заполнения ковша с шапкой за один прием копания;
длина проходок принимается с учетом возможно меньшего числа вводов и выводов экскаватора в забой и из забоя.

Забоем называется рабочая зона экскаватора. К этой зоне относится площадка, где размещается экскаватор, часть поверхности разрабатываемого массива и место установки транспортных средств или площадка для укладки разрабатываемого грунта. Геометрические размеры и форма забоя зависят от оборудования экскаватора и его параметров, размеров выемки, видов транспорта и принятой схемы разработки грунта. В технических характеристиках экскаваторов любой марки приведены, как правило, максимальные их показатели: радиусы резания, выгрузки, высота выгрузки и др. При производстве земляных работ принимают оптимальные рабочие параметры, составляющие 0,9 максимальных паспортных данных. Оптимальная высота (глубина) забоя должна быть достаточной для заполнения ковша экскаватора за одно черпание, она должна быть равна вертикальному расстоянию от горизонта стоянки экскаватора до уровня напорного вала, умноженному на коэффициент 1,2. Если высота забоя относительно мала (например, при разработке планировочной выемки), целесообразно использовать экскаватор вместе с бульдозером: бульдозер разрабатывает грунт и перемещает его к рабочему месту экскаватора, затем окучивает грунт, обеспечивая при этом достаточную высоту забоя. Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены так, чтобы средний угол поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки был минимальным, так как на поворот стрелы расходуется до 70% рабочего времени цикла экскаватора.

По мере разработки грунта в забое экскаватор перемещается, отработанные участки называются проходками. По направлению движения экскаватора относительно продольной оси выемки различают продольный (с лобовым или торцовым забоем) и поперечный (боковой) способы разработки. Продольный способ состоит в разработке выемки проходками, направление которых выбирается по наибольшей стороне выемки. Лобовой забой применяется при разработке съезда в котлован и при рытье начала выемки на крутых косогорах. При лобовом забое грунт разрабатывается на всю ширину проходки. Торцевой забой применяется при разработке выемок ниже уровня стоянки экскаватора, при этом экскаватор, передвигаясь задним ходом по поверхности земли или на уровне, расположенном выше дна выемки, разрабатывает торец выемки. Боковые забои применяются для разработки выемки прямой лопатой, при этом пути транспортных средств устраиваются параллельно оси перемещения экскаватора или выше подошвы забоя. При боковом способе полная ширина проходки может быть получена путем последовательной разработки ряда проходок. Поперечным (боковым) способом разрабатывают выемки с отсыпкой грунта в направлении, перпендикулярном оси выемки. Поперечный способ применяется при разработке протяженных нешироких выемок с отсыпкой кавальеров или при устройстве насыпей из боковых резервов.

Некоторые виды выемок (например, планировочные) можно разрабатывать боковым забоем с движением транспорта на одном уровне с экскаватором. Иногда для перехода к разработке с боковым забоем необходимо вначале отрывать так называемую пионерную траншею, которую экскаватор начинает разрабатывать, спустившись на дно забоя по пандусу. Если высота выгрузки экскаватора больше или равна сумме глубины выемки, высоты борта самосвала и «шапки» над бортом (0,5 м), пионерную траншею разрабатывают боковым забоем при движении транспорта по дневной поверхности на расстоянии не менее 1 м от края выемки. При значительных в плане размерах выемки ее разрабатывают поперечными проходками вдоль меньшей стороны, при этом обеспечивается минимальная длина пионерной траншеи, что позволяет организовать наиболее производительное кольцевое движение транспорта. Выемки, глубина которых превосходит максимальную глубину забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов. При этом нижний ярус разрабатывают аналогично верхнему, а автомобили подают к экскаватору так, чтобы ковш находился на кузов сзади. Трасса движения автомобиля в этом случае должна быть параллельна оси проходки экскаватора, но направлена в противоположную сторону.

Экскаватор, оборудованный обратной лопатой, применяется при разработке грунта ниже уровня стоянки и наиболее часто используется при рытье траншей для укладки подземных коммуникаций и небольших котлованов под фундаменты и другие сооружения. При работе с обратной лопатой также применяют торцовый или боковой забой. Наиболее целесообразно применять экскаватор с обратной лопатой для разработки котлованов глубиной не более 5,5 м и траншей до 7 м. Жесткое крепление ковша обратной лопаты дает ему возможность рыть узкие траншеи с вертикальными стенками. Глубина разрабатываемых узких траншей больше, чем глубина котлованов, так как экскаватор может опускать стрелу с рукоятью в самое нижнее положение, сохраняя устойчивость.

Экскаватор с рабочим оборудованием драглайн применяется при разработке больших и глубоких котлованов, при возведении насыпи из резервов и т. п. Преимуществами драглайна являются большой радиус действия и глубина копания до 16-20 м, возможность разрабатывать забои с большим притоком грунтовых вод. Драглайн разрабатывает выемки торцовыми или боковыми проходками. Для торцовой и боковой проходок организация работ драглайна аналогична работе обратной лопаты. При этом сохраняется такое же соотношение максимальной глубины резания. Драглайн обычно передвигается между стоянками на 1/5 длины стрелы. Разработка грунта драглайном чаще всего производится в отвал (односторонний или двусторонний), реже - на транспорт.

Экскаваторы отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый недобор. Недобор оставляют, чтобы избежать повреждения основания и не допускать переборов грунта, он составляет обычно 5-10 см. Для повышения эффективности работы экскаватора применяют скребковый нож, насаженный на ковш. Это приспособление позволяет механизировать операции по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с погрешностью не более плюс-минус 2 см, что исключает необходимость ручных доработок.

Разработка грунта экскаваторами непрерывного действия осуществляется при отсутствии в грунтах камней, корней и т. п. До начала работы вдоль трассы траншеи бульдозером планируется полоса земли шириной не менее ширины гусеничного хода, затем разбивается и закрепляется ось траншеи, после чего начинается отрывка ее со стороны низких отметок (для стока воды). Многоковшовые экскаваторы разрабатывают траншеи ограниченных размеров и, как правило, с вертикальными стенками.

Разработка грунта землеройно-транспортными машинами

Основными видами землеройно-транспортных машин являются бульдозеры, скреперы и грейдеры, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой порожняком.

Производство земляных работ бульдозерами

Бульдозеры применяются в строительстве для разработки грунта в неглубоких и протяженных выемках и резервах для перемещения его в насыпи на расстояние до 100 м (при применении более мощных машин расстояние перемещения грунта может быть увеличено), а также на расчистке территории и планировочных работах, на зачистке оснований под насыпи и фундаменты зданий и сооружений, при устройстве подъездных путей, разработке грунта на косогорах и т. п.

Рис. 7. :
а - обычное резание; б - гребенчатое резание

В практике земляных работ имеется несколько способов резания грунта бульдозером (рис. 7):

обычное резание - нож вначале заглубляется на предельную для данного грунта глубину и по мере загрузки постепенно поднимается, так как растет сопротивление призмы волочения, на которое расходуется тяговое усилие трактора;
гребенчатое резание - отвал заполняется несколькими чередующимися заглублениями и поднятиями.

Гребенчатая схема позволяет уменьшить длину резания за счет увеличения средней глубины стружки. Кроме того, при каждом заглублении ножа скалывается грунт под призмой волочения и на отвале уплотняется уже срезанный грунт. Благодаря этому сокращается время резания и увеличивается объем грунта на отвале.

При производстве земляных работ бульдозерами успешно применяется способ резания под уклон, основанный на рациональном использовании тягового усилия трактора. Суть его в том, что при движении трактора под уклон высвобождается часть тягового усилия, необходимого для перемещения самой машины, за счет чего грунт можно разрушать более толстым слоем. При работе бульдозера под уклон облегчается скалывание грунта, снижается сопротивление призмы волочения, которая движется частично под действием собственного веса. При отсутствии естественного уклона его можно создавать первыми проходками бульдозера. При работе под уклон 10-15 градусов производительность возрастает примерно в 1,5-1,7 раза.

Рис. 8. :
а - однослойным зарезанием; б - траншейным зарезанием. Цифрами указана очередность резания

Бульдозер работает по схемам, приведенным на рис. 8. Однослойным резанием с перекрытием полос на 0,3-0,5 м снимают растительный слой. Затем бульдозер перемещает грунт в отвал или промежуточный вал и возвращается к месту нового резания без разворота, задним ходом (челночная схема), или с двумя поворотами. Траншейная разработка производится с оставлением перемычек шириной 0,4 м в связных грунтах и 0,6 м в малосвязных. Глубина траншей принимается 0,4-0,6 м. Перемычки разрабатываются после прохода каждой траншеи.

Производство земляных работ скреперами

Эксплуатационные возможности скреперов позволяют использовать их при отрывке котлованов и планировке поверхностей, при устройстве различных выемок и насыпей. Скреперы классифицируются:

по геометрическому объему ковша - малый (до 3 м3), средний (от 3 до 10 м3) и большой (свыше 10 м3);
по роду агрегатирования с тягачом - прицепные и самоходные (в том числе полуприцепные и седельные);
по способу загрузки ковша - загружаемые за счет силы тяги тягача и с механической (элеваторной) загрузкой;
по способу разгрузки ковша - со свободной, полупринудительной и принудительной разгрузкой;
по способу привода рабочих органов - гидравлические и канатные.

Скреперами ведут разработку, транспортирование (дальность транспортирования грунта колеблется от 50 м до 3 км) и укладку песчаных, супесчаных, лессовых, суглинистых, глинистых и других грунтов, не имеющих валунов, а примесь гальки и щебня не должна превышать 10%. В зависимости от категории грунтов резать их наиболее эффективно на прямолинейном участке пути при движении под уклон 3-7 градусов. Толщина разрабатываемого слоя в зависимости от мощности скрепера колеблется от 0,15 до 0,3 м. Разгружают скрепер на прямолинейном участке, при этом поверхность грунта разравнивают днищем скрепера.

Рис. 9. :
а - с наполнением ковша стружкой постоянной толщины; б - с наполнением ковша стружкой переменного сечения; в - гребенчатый способ наполнения ковша стружкой; г - наполнение ковша способом клевков

Различают несколько способов срезания стружки при работе скрепера (рис. 9):

стружкой постоянной толщины. Способ применяют при планировочных работах;
стружкой переменного сечения. При этом грунт срезается с постепенным уменьшением толщины стружки по мере наполнения ковша, т. е. с постепенным выглублением ножа скрепера к концу набора;
гребенчатым способом. При этом грунт срезается с попеременным заглублением и постепенным подъемом ковша скрепера: на разных стадиях толщина стружки меняется от 0,2-0,3 м до 0,08-0,12 м;
клевками. Наполнение ковша осуществляется путем многократного заглубления ножей скрепера на возможно большую глубину. Способ применяют при работе в рыхлых сыпучих грунтах.

В зависимости от размеров земляного сооружения, взаимного расположения выемок и насыпей применяют различные схемы работы скреперов. Наиболее распространенной является схема работы по эллипсу. При этом скрепер каждый раз поворачивается в одну сторону.

Рис. 10. :
а - траншейно-гребенчатый; б - ребристо-шахматный

При работе в широких и длинных забоях наполнение ковша скрепера осуществляется траншейно-гребенчатым и ребристо-шахматным способами. При траншейно-гребенчатом способе (рис. 10) разработка забоя ведется от края резерва или выемки параллельными полосами постоянной глубины 0,1-0,2 м, одинаковыми по длине. Между полосами первого ряда оставляют полосы несрезанного грунта - гребни, по ширине равные половине ширины ковша. Во втором ряду проходов забирают грунт на полную ширину ковша, срезая гребень и образовывая под ним траншею. Толщина стружки в этом случае в середине ковша 0,2-0,4 м, а по краям 0,1-0,2 м.

При ребристо-шахматном способе (рис. 10) разработка забоя производится от края выемки или резерва параллельными полосами так, чтобы между проходками скрепера оставались полосы не срезанного грунта, равные по ширине половине ширины ковша.

Второй ряд проходок разрабатывают, отступая от начала первого ряда на половину длины проходки первого ряда. Работу скрепера следует сочетать с работой бульдозера, используя их для разработки повышенных участков и перемещения грунта на небольшие расстояния в пониженные места.

Производство земляных работ грейдерами

Грейдеры используют при планировке территории, откосов земляных сооружений, зачистке дна котлованов и отрывке канав глубиной до 0,7 м, при возведении протяженных насыпей высотой до 1 м и нижнего слоя более высоких насыпей из резерва. Автогрейдерами профилируют дорожное полотно, проезды и дороги. Наиболее эффективно использовать автогрейдеры при длине проходки 400-500 м. Плотные грунты до разработки грейдером предварительно разрыхляются. При возведении насыпи из разрабатываемого резерва наклонный нож сдвигает срезанный грунт в сторону насыпи. При следующей проходке грейдера этот грунт перемещается еще дальше в том же направлении, поэтому целесообразно организовывать работу двумя грейдерами, один из которых срезает, а другой перемещает срезанный грунт.

При возведении насыпей и профилированного дорожного полотна зарезание грунта начинают от внутренней бровки резерва и ведут послойно: сначала вырезают стружку треугольной формы, затем до конца слоя стружка получается прямоугольной. При разработке широких резервов в грунтах, не требующих предварительного разрыхления, зарезание начинают от внешней бровки резерва и ведут послойно, при всех проходах стружка треугольной формы; возможен другой способ: стружка при этом получается треугольной и четырехугольной формы.

При выполнении различных операций углы наклонов грейдера изменяются в следующих пределах: угол захвата - 30-70 градусов, угол резания - 35-60 градусов, угол наклона - 2-18 градусов. В практике строительства применяется несколько способов укладки грунта:

грунт укладывают слоями, отсыпая его от бровки к оси дороги (профилировочные работы в нулевых отметках при высоте насыпи, не превышающей 0,1-0,15 м);
валики размещают один возле другого с соприкосновением их только основаниями (отсыпка насыпей высотой 0,15-0,25 м);
каждый последующий валик частично прижимают к ранее уложенному, перекрывая его основанием на 20-25%; гребни этих двух валиков располагаются на расстоянии 0,3-0,4 м один от другого (отсыпка насыпей высотой до 0,3-0,4 м);
каждый последующий валик прижимается к ранее уложенному без всякого зазора; новый валик перемещают отвалом вплотную к ранее уложенному с захватом его на 5-10 см; образуется один широкий плотный вал выше первого валика на 10-15 см (отсыпка насыпей высотой до 0,5-0,6 м).

Разработка мерзлых грунтов

Мерзлые грунты обладают следующими основными свойствами: повышенной механической прочностью, пластическими деформациями, пучинистостью и повышенным электросопротивлением. Проявление этих свойств зависит от вида грунта, его влажности и температуры. Песчаные, крупнозернистые и гравийные грунты, залегающие мощным слоем, как правило, содержат мало воды и при отрицательных температурах почти не смерзаются, поэтому их зимняя разработка почти не отличается от летней. При разработке зимой котлованов и траншей в сухих сыпучих грунтах они не образуют вертикальных откосов, не пучинятся и не дают просадок весной. Пылеватые, глинистые и влажные грунты при замерзании значительно меняют свои свойства. Глубина и скорость промерзания зависит от степени влажности грунта. Земляные работы зимой осуществляются следующими методами:

методом предварительной подготовки грунтов с последующей их разработкой обычными способами;
методом предварительной нарезки мерзлых грунтов на блоки;
методом разработки грунтов без предварительной подготовки.

Предварительная подготовка грунта для разработки зимой заключается в предохранении его от промерзания, оттаивании мерзлого грунта и предварительном рыхлении мерзлого грунта. Наиболее простой способ защиты поверхности грунта от промерзания состоит в утеплении его термоизоляционными материалами; для этого используются торфяная мелочь, стружки и опилки, шлак, соломенные маты и т. п., которые укладываются слоем 20-40 см непосредственно по грунту. Поверхностное утепление применяют в основном для небольших по площади выемок.

Для утепления значительных по площади участков применяется механическое рыхление, при котором грунт вспахивается тракторными плугами или рыхлителями на глубину 20-35 см с последующим боронованием на глубину 15-20 см.

Механическое рыхление мерзлого грунта при глубине промерзания до 0,25 м производится тяжелыми рыхлителями. При промерзании до 0,6-0,7 м при отрывке небольших котлованов и траншей применяют так называемое рыхление раскалыванием. Ударные мерзлоторыхлители хорошо работают при низких температурах грунта, когда для него характерны хрупкие деформации, способствующие его раскалыванию под действием удара. Для рыхления грунта при большой глубине промерзания (до 1,3 м) используется дизель-молот с клином. Разработка мерзлого грунта резанием заключается в нарезке взаимно перпендикулярных борозд глубиной, составляющей 0,8 глубины промерзания. Размер блока должен быть на 10-15% меньше размера ковша экскаватора.

Оттаивание мерзлого грунта осуществляется при помощи горячей воды, пара, электрического тока или огневым способом. Оттаивание является наиболее сложным, трудоемким и дорогим способом, поэтому к нему прибегают в исключительных случаях, например, при проведении аварийных работ.