Земляные работы
Основные виды земляных работ - создание насыпей и выемок. К насыпям относятся плотины и дамбы, к выемкам - каналы, канавы, копаные пруды и пр. В зависимости от положения земляных сооружений относительно поверхности земли их делят на: насыпи, возводимые путем отсыпки грунта выше поверхности земли; выемки - сооружения, расположенные ниже поверхности земли; полунасыпи и полувыемки - сооружения из грунта, расположенные частично в выемке и частично в насыпи [14].
Насыпи и выемки могут быть профильные и непрофильные, постоянные и временные. Профильные насыпи и выемки строят в соответствии с проектными размерами. К профильным насыпям относятся земляные плотины и дамбы, каналы в насыпях, подсыпка при планировке. Для достижения необходимой прочности, устойчивости и водонепроницаемости при устройстве профильных насыпей применяют уплотнение грунта. К профильным выемкам относят каналы, участки дорог, котлованы, траншеи.
К непрофильным насыпям относят кавальеры и отвалы.
Кавальеры - это насыпи неиспользованного грунта, уложенного вдоль выемки канала или дороги.
Отвал - место отсыпки неиспользованного грунта. К насыпям относят также обратные засыпки выемок или пониженных мест на поверхности земли. К непрофильным выемкам относят резервы и карьеры.
Резервы - это выемки, из которых берут грунт для возведения расположенных рядом насыпей.
Карьер - это сосредоточенная выемка, из которой берут грунт для устройства земляных сооружений.
Кроме работ по сооружению насыпей и выемок, к земляным работам относятся планировочные работы, выполняемые для выравнивания земной поверхности или для придания ей определенного уклона. При выполнении этих работ грунт срезают с повышенных мест и отсыпают его в пониженные места, следя за соответствующим выравниванием поверхности.
Разработку грунта в выемках производят продольным, поперечным и лобовым способами [15, 20].
При продольной разработке экскаватор перемещается по оси выемки и отсыпает грунт на одну или две стороны. Этим способом разрабатывают крупные выемки большой протяженности на всю длину выемки с постепенным послойным углублением.
При поперечной разработке экскаватор черпает грунт преимущественно сбоку от оси по ходу экскаватора. Этим способом разрабатывают короткие выемки.
При лобовом способе грунт разрабатывается на всю ширину спереди и сбоку экскаватора от оси хода экскаватора за один проход. Этот способ применяется при разработке выемок на крутых склонах.
Возведение насыпей производят продольным, поперечным и головным способами.
При продольном способе грунт отсыпают по всей длине насыпи вдоль ее оси на всю ширину слоями толщиной 10-30 см с послойным уплотнением. При поперечном способе грунт отсыпают из резервов, расположенных перпендикулярно к продольной оси насыпи.
При головном способе отсыпку производят слоями на всю высоту по перечного профиля. Этот способ применяют в местах перехода насыпи в выемку и при устройстве съездов на крутых склонах.
Выбор способа производства земляных работ зависит от размеров и расположения земляных сооружений, объема работ, вида грунта и пр. Землеройные машины перемещают грунт на расстояния: экскаваторы до - 25 м, бульдозеры - до 100 м, скреперы прицепные - до 800 м, самоходные - до 3000 м. При перемещении грунта на расстояния больше возможных для применяемых землеройных машин используют специальные транспортные средства.
При строительстве гидротехнических объектов для перемещения грунта применяют транспортеры, рельсовый, автомобильный и тракторный транспорт, а при наличии препятствий на пути и пересеченном рельефе используют подвесной транспорт. Выбор транспорта для перемещения грунта зависит от скорости передвижения, грузоподъемности, наличия и состояния дорог, размеров сооружения и рельефастройплощадки.
Уплотнение грунта. Существуют различные способы уплотнения грунта: механическое уплотнение с помощью машин, естественное самоуплотнение и уплотнение при отсыпке грунта в воду. Наибольшее распространение имеет механическое уплотнение. Грунтоуплотняющие машины разделяют на машины статического, динамического и вибрационного действия. К машинам статического действия относятся гладкие, кулачковые и пневмоколесные катки. К машинам динамического действия относятся трамбующие машины, трамбующие плиты и навесные трамбовки на тракторах, которые уплотняют грунт ударами рабочего органа. По принципу вибрационного действия работают вибромашины, виброуплотнители и вибраторы, которые уплотняют грунт путем передачи ему рабочим органом частых колебаний [14].
Гидромеханизация земляных работ - способ производства земляных работ, при котором разработку, перемещение и укладку грунта осуществляют при помощи воды. Гидромеханизацию применяют для разработки грунта в котлованах и каналах с транспортировкой в отвалы, для разработки грунта в карьерах с перемещением и укладкой в насыпи плотин и дамб, а также для очистки каналов от наносов [8, 9].
Для гидравлической разработки грунта применяют два способа: гидромониторный и с помощью землесосных установок (рисунок 77, 78). Для гидравлической разработки грунта применяют два способа: гидромониторный и с помощью землесосных установок. При гидромо ниторном способе воду под большим напором подают в гидромонитор, и вытекающая с большой скоростью из насадки гидромонитора струя воды разрушает и размывает грунт. Разработку грунта гидромониторами можно производить либо «встречным забоем» снизу вверх, либо «попутным забоем» сверху вниз.
а - гидромонитор с гидравлическим приводом; б - размыв грунта встречным забоем; в - размыв грунта попутным забоем; 1 - пульт управления; 2 - шланги;
3 - гидроцилиндры управления; 4 - ствол; 5 – насадка.
Рисунок 77 - Гидромониторная установка
а - схема землесосного снаряда; б - схема работы; 1 - грунтозаборное устройство; 2 - напорный пульпопровод; 3 - папильонажные сваи; 4 - плавучий пульпопровод; 5 - грунтовый насос; 6 - корпус; 7 - всасывающий трубопровод;
8 - береговой пульпопровод; 9 – укладка.
Рисунок 78 - Разработка грунта землесосным снарядом
При разработке грунта снизу вверх гидромонитор устанавливают на дне забоя и вначале струей «подрезают» нижнюю часть массива грунта, вследствие чего нарушается его устойчивость и происходит обрушение. Этот способ дает наибольший эффект и применяется для разработки связных и малосвязных грунтов.
При разработке грунта сверху вниз гидромонитор располагают на сухом месте, и поток пульпы получает направление одинаковое с направлением размывающей струи. Этот способ менее эффективен, его применяют преимущественно для размыва несвязных грунтов при малой высоте забоя.
Землесосные установки предназначены для разработки грунта, рас положенного под водой, и перемещения его к месту укладки. Землесос представляет собой центробежный насос, у которого корпус и рабочее колесо рассчитаны на пропуск воды с грунтом.
Поток воды, создаваемый землесосом, увлекает частицы грунта со дна водоема во всасывающий трубопровод, откуда рабочее колесо землесоса выбрасывает разжиженный грунт в нагнетательный и транспортирующий трубопроводы, по которым грунт поступает к месту укладки. Засасыванием можно разрабатывать только сыпучие грунты. При разработке связных грунтов для предварительного отрыва частиц грунта от массива у грунтоприемника устанавливают фрезерный или роторный рыхлитель механического действия. Землесосные установки бывают сухопутные (стационарные и передвижные) и плавучие (земснаряды). Крупные землесосные снаряды можно использовать для подводной разработки грунта на глубине до 40 м. Малогабаритные земснаряды производительностью 20-100 м3/ч для работы в разных грунтах имеют сменное рабочее оборудование в виде сосуна (для песков и супесей), черпакового устройства (для супесей и суглинков) и роторного рыхлителя (для вязких грунтов). Землесосные установки применяют при строительстве каналов, плотин и дамб, разработке котлованов под гидротехнические сооружения, углублении и очистке от наносов каналов, рек, водохранилищ и озер.
Взрывной способ производства земляных работ. Разработку грунта взрывным способом широко применяют при строительстве выемок и насыпей, рыхлении скальных, плотных и мерзлых грунтов, дроблении пород в карьерах и в котлованах под различные сооружения. Возможно успешное возведение плотин путем направленного взрыва на выброс. Для небольшого количества зарядов применяют огневой способ взрывания, а для одновременного взрыва многих зарядов - электрический способ [19].
Подсчет объемов земляных работ производят в период проектирования для определения сметной стоимости сооружений, расчета необходимого количества машин и рабочей силы для составления календарного плана производства работ и т. д. При этом используют продольные и поперечные профили и планы с горизонталями [20].
Подсчет объемов земляных работ производят также в период стро ительства для определения объема выполненных работ. Необходимые размеры устанавливают путем инструментальных съемок. Объемы всех видов земляных работ вычисляют в плотном теле и определяют их по формулам объемов геометрических тел (рисунок 79).
а – призматоид для подсчета объема насыпи; б - поперечное сечение насыпи; b - ширина гребня; h - высота насыпи; с - заложение откоса; m - коэффициент заложения откоса.
Рисунок 79 - Фигуры для подсчета объема земляных работ (по Мамонтовой, 2012)
Объемы линейных земляных сооружений (плотин, дамб, каналов и пр.) вычисляют приближенным способом путем деления сооружения вертикальными поперечными плоскостями в характерных точках перелома продольного профиля на призматоиды.
По площадям поперечных сечений F1 и F2 и расстоянию l между ними определяют объемы V отдельных призматоидов, а затем суммируют их.
