Производство земляных работ

РОССИЙСКОЙ МОЛОДЁЖИ

ЗДОРОВЫЙ ОБРАЗ ЖИЗНИ

В авторской редакции

Дизайн обложки А. В. Клеменко

Подписано в печать 01.10.2014. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 20,25.

Тираж 300 экз. Заказ № 1105.

Библиотечно-издательский комплекс

федерального государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет».

625000, Тюмень, ул. Володарского, 38.

Типография библиотечно-издательского комплекса

625039, Тюмень, ул. Киевская, 52.

[1] Статья подготовлена при поддержке Российского гуманитарного научного фонда (РГНФ). Грант №13‑33‑01263.

Методическое пособие

к курсовому и дипломному проектированию

Тольятти 2007

УДК 624.139.24

ББК 38.5

Рецензенты: зав. кафедрой “Технология строительного

производcтва” Пензенского государственного

университета архитектуры и строительства

к.т.н., доцент А.В. Пресняков;

генеральный директор ООО «Вазовец»

г. Тольятти, к.т.н., доцент В.А.Никишев.

Д.В. Березин, В.В. Маслов

Производство земляных работ: Методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию.- Тольятти: ТГУ, 2007.

- Стр.88, ил. 23, табл. 17, библ.: 11 назв.

Изложены теоретические и организационные вопросы по технологии производства земляных работ при строительстве зданий и сооружений, выбору и технико-экономическому обоснованию машин и механизмов, календарному планированию.

Учебное пособие подготовлено на кафедре “Промышленное и гражданское строительство” ТГУ и предназначено для использования студентами строительных специальностей во время курсового и дипломного проектирования по разделу «Технология строительных процессов».

Утверждено учебно-методическим советом Инженерно-строительного института

Тольяттинский государственный университет, 2007

Литература 88

Введение

В промышленном и гражданском строительстве переработку грунта ведут с целью подготовки оснований под здания и сооружения, изменения природного рельефа местности, устройства земляного полотна временных дорог, устройства подземных выемок, закрытых с поверхности земли и др. Результатами переработки грунта являются различного вида земляные сооружения, представляющие собой выемки, насыпи, подземные выработки, обратные засыпки.

Основными процессами переработки грунта, в результате которых создаются сооружения проектных параметров, являются разработка грунта, его перемещение и укладка. Непосредственному выполнению этих процессов в ряде случаев предшествуют или сопутствуют подготовительные и вспомогательные процессы. Подготовительные процессы осуществляют до начала разработки грунта, а вспомогательные – до или в процессе возведения земляных сооружений. Весь этот комплекс процессов называют земляными работами.

Земляные работы относятся к массовым, наиболее тяжелым и трудоемким видам строительных работ. Переработку грунта ведут различными методами, которые принято делить на четыре группы: механический, гидравлический, взрывной и ручной. Кроме того, в ряде случаев грунт либо в сочетании с основными методами, либо самостоятельно перерабатывают методами вытрамбовывания и бурения.

В современном строительстве механизированным способом перерабатывается около 95%, гидравлическим – около 2%, взрывным – до 1% всего объема земляных работ.

Исходные данные

Исходными данными для определения объемов земляных работ по рытью котлована или траншеи является картограмма земляных работ или генплан участка. Вычерчивается план строительной площадки в горизонталях в масштабе М 1:2000. С соблюдением данного масштаба на план строительной площадки наносятся конфигурации и размеры котлована или траншеи под сооружение.

1.1. Выбор метода определения объемов земляных работ

Определение объемов земляных работ по вертикальной планировке строительной площадки (участка застройки) ведется по сетке квадратов или треугольников, которая наносится на план в горизонталях.

Для этого план участка вычерчивается в масштабе М 1: 2000 и на него наносится сетка квадратов с размерами сторон от 10х10 и до 100х100 м. С увеличением сложности рельефа размер сторон квадрата уменьшается или квадраты разбиваются на треугольники диагоналями.

Например, строительная площадка имеет размеры сторон 400х600 м, рельеф местности относительно спокойный. В средней части площадки располагается котлован или траншея, размеры которых малы по сравнению с размерами всего участка. Это позволяет, при подсчете объемов работ по вертикальной планировке, применить планировочную сетку из квадратов со сторонами 100х100 м. В участке 400х600 м образуется 24 квадрата, а в площадке 300х400 м – 12 квадратов. Площади образованных квадратов, их вершины нумеруются в определенной последовательности, придерживаясь порядка, указанного на рис. 1.1.

Поскольку объем работ при вертикальной планировке в последующем суммируется по всей площади строительного участка, необходимо вычислить черные, красные и рабочие отметки всех вершин квадратов.

1.2. Определение черных отметок вершин квадратов

(отметок поверхности рельефа)

Ориентируясь на близлежащие горизонтали, методом интерполяции находятся отметки рельефа местности каждой вершины квадрата.

Например, необходимо вычислить отметку вершины квадрата Н_n, которая находится между горизонталями Г₁ и Г₂ (рис.1.2).

Рис. 1.2. Схема к расчету отметок вершин квадратов

Для этого рассмотрим сечение I-I, из которого следует, что отметка вершины:

(1.1)

Из подобия треугольников Г₂Г₁А и Г₂Н_nВ следует, что

(1.2)

где Г₁-Г₂ – расстояние между горизонталями. Если Г₁-Г₂=0,5м, то

(1.3)

Отсюда, уравнение (1.1) для определения черных отметок вершин квадратов может быть представлено в виде

(1.4)

Поэтому, для рассматриваемой площадки (рис.1.1), черные отметки вершин могут быть найдены как:

Полученные отметки наносятся черной тушью у каждой вершины квадрата на плане строительной площадки.

1.3. Определение средней отметки рельефа площадки (Н_о)

Для оценки баланса земляных масс на одной строительной площадке необходимо найти среднюю отметку планировки – отметка горизонтальной плоскости, по обе стороны от которой (снизу и сверху) должны находиться равные между собой объемы насыпи и выемки. Среднюю отметку определяют по формуле:

(1.5)

Например, для строительной площадки, приведенной на рис.1.1,

Подставляя полученные значения в формулу (1.5) находим

Средняя отметка Н₀ наносится на площадку в горизонталях и, соединив точки с одинаковыми Н_0, получаем линию нулевых работ, которая обозначается красной тушью.

1.4. Определение красных (проектных) отметок

Так как строительная площадка должна, как правило, иметь уклон, ее истинное положение будет отличаться от горизонтальной плоскости с отметкой Н₀ и определится путем поворота относительно центра площадки на величину уклонов (рис.1.3).

Рис. 1.3 Схема к определению красных отметок

Тогда проектная (красная) отметка любой из вершин площадки может быть определена по формуле:

(1.6)

Например, красные отметки для квадрата 1 и 24 (рис.1.1.) определяются как:

Вычисленные красные отметки вписываются красной тушью над соответствующими черными отметками у каждой вершины квадрата.

1.5. Определение рабочих отметок

Рабочие отметки характеризуют истинную толщину грунта, подлежащего выемке или насыпи в данной вершине квадрата. Они вычисляются как разность между проектными (красными) и черными отметками.

H_p=H_кр-H_ч (1.7)

где Н_кр – красная (проектная) отметка, м

Н_ч - черная отметка, м

Рабочие отметки со знаком минус указывают на необходимость устройства выемки, со знаком плюс – насыпи. Рабочую отметку подписывают синими чернилами в вершинах квадратов, под соответствующей черной отметкой.

Например, красная отметка вершины 1 первого квадрата 182,55 (рис.I.I). Черная отметка – 180,18. Тогда рабочая отметка:

h_o = 182,55-180,18 = +2,37 м

Пример записи отметок в вершине квадрата:

182,55 – красная отметка

180,18 – черная отметка

+2,37 – рабочая отметка

1.6. Определение баланса земляных работ

Подсчет объемов земляных работ при вертикальной планировке производится отдельно по каждому квадрату при помощи уравнения:

V = h_cp∙F, м³ (1.8)

где h_ср – средняя рабочая отметка по площади квадрата (насыпь или выемка), м;

F – площадь квадрата (переходной фигуры), м².

Величина средней рабочей отметки по площади квадрата определяется как среднеарифметическое значение рабочих отметок вершин данного квадрата

H_ср =(1.9)

Например, средняя рабочая отметка для первого квадрата может быть определена, как

H_ср = = = 2,23 м

Объем грунтов насыпи и выемки необходимо подсчитывать с учетом грунта откосов, устраиваемых по контуру планируемой площадки. Для этого в наружных углах (вершинах) квадратов по контуру площадки откладывают величину заложения откосов “а”, равную произведению рабочих отметок наружных вершин квадратов h_n на коэффициент откоса “m”, принимаемый по приложению. 1.

Таблица 1.1 - Ведомость объемов насыпей и выемок

∑ ∑

Объем насыпи и выемки суммируются отдельно. Если разность суммарных объемов насыпи и выемки по результатам проверки не превышает 5%, то результаты подсчета могут быть признаны удовлетворительными.

(1.10)

Если же разность суммарных объемов превышает 5%, то требуется более высокая точность подсчета. Значение средней отметки уточняется, объемы пересчитываются или выдаются дополнительные условия.

Глава 2. Определение среднего расстояния перемещения грунта при планировочных работах

Определение среднего расстояния для перемещения грунта из выемки в насыпь необходимо для последующего выбора землеройно-транспортных машин или для определения количества транспортных единиц, работающих в механизированном комплексе.

Среднее расстояние для перемещения грунта – это расстояние между центрами тяжести массивов выемки и насыпи, разграниченных линией нулевых работ.

Исходными данными для решения этой задачи служат объемы выемок и насыпей по элементарным участкам (квадратам, фигурам и т.п.) планируемой площадки, взаимно балансирующиеся между собой на основании предварительно составленного баланса земляных масс (табл. 1.1).

Решение задачи по нахождению центров тяжести суммарных объемов выемки и насыпи и расстояния между ними проводится аналитическим и графическим методами.

2.1. Упрощенный графический метод

Этот метод является ориентировочной проверкой результатов. Тем не менее, точность расчета для практических целей вполне достаточная.

На плане строительной площадки выбирается наиболее характерное

продольное (поперечное) сечение и показывается на бумаге с соблюдением вертикального и горизонтального масштабов.

После этого графическим способом находятся центры тяжести фигур площадей насыпи и выемки (рис. 2.1). Расстояние L между центрами тяжести площадей фигур и будет ориентировочной дальностью перевозки грунта при производстве планировочных работ.

При сложном очертании поперечного профиля, например, при выемке в средней части площадки и насыпях по обеим сторонам ее, среднее расстояние возки равно полусумме (L₁+L₂) / 2.

Рис. 2.1 Упрощенный графический метод

Глава 3. Подсчет объемов котлованов, траншей и срезки

растительного слоя

3.1. Определение коэффициента откоса “m” для котлована

(траншеи)

Для того, чтобы исключить обрушение стенок или откоса котлована (траншеи), необходимо установить наибольший угол a, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия.

Рис. 3.1 Поперечный разрез траншеи для определения величины

заложения откоса

Коэффициент откоса соответствует отношению высоты откоса “H” к его проекции на горизонтальную плоскость – заложению откоса “а” (рис. 3.1).

Согласно [1] наибольшую крутизну откосов траншей и котлованов, устраиваемых без креплений, следует принимать в соответствии с данными приложения 1. Например, для выемки котлована глубиной H=2,8 м в супесчаных грунтах величина заложения откоса определяется как = 1:0,67. Отсюда a=H·0,67 =2,8´0,67=1,87 м.

При геологическом строении площадки, выраженном напластованием из нескольких видов грунтов, крутизна откоса для всех пластов принимается по наиболее слабому грунту.

3.2. Подсчет объемов котлованов и траншей

Наиболее распространенным является определение объема котлована с постоянными по всему периметру откосами.

Подсчет объемов земляных масс по котловану прямоугольной формы может быть выполнен по формуле:

V_к=[ав+а₁в₁+(а+а₁)(в+в₁)], м³ (3.1) где Н_ср – средняя глубина котлована, м;

а - ширина котлована в основании, м;

в – длина котлована в основании, м;

а₁ – ширина котлована по верху с учетом величины заложения откоса,м;

в₁ – длина котлована по верху с учетом величины заложения откоса, м.

Средняя глубина котлована Н_ср принимается от планировочной отметки Н_о строительной площадки. Подсчет объемов работ по котловану, имеющему в плане сложное очертание, производится путем разбивки на простые геометрические фигуры. Объем каждой фигуры подсчитывается отдельно, после чего находится суммарный объем по всему котловану.

В случае выполнения линейно-протяженных сооружений (траншей) объем земляных масс для участков между переломами профиля определяется по формуле Ф.Ф. Мурзо:

V= , м³ (3.2)

где F_cp – средняя площадь сечения траншеи, находящаяся между поперечными профилями, м²;

m – коэффициент крутизны откоса;

h₁ и h₂ – рабочие отметки по оси профиля траншеи, м;

l – расстояние между профилями, м;

При отсутствии переломов вдоль небольшой траншеи и постоянстве поперечного профиля, чаще всего пользуются упрощенной формулой:

V=∙, м³ (3.3)

где F_cp – средняя площадь поперечного сечения траншеи, м²;

– длина рассматриваемого участка траншеи, м.

При существенном различии грунтов в котловане, каждый слой разрабатывается отдельно. Например, геологические данные на участке под котлован представлены растительным слоем толщиной 0,35 м, далее слой песка мощностью 1,5 м, ниже слой глины. Необходимо определить послойный объем грунта для выемки котлована размером в основании 20´78 м глубиной Н=3м (рис. 3.2).

Рис. 3.2 План и разрез котлована при послойной выемке

До начала производства земляных работ по вертикальной планировке и разработке котлована или траншеи производится снятие растительного слоя с площади строительной площадки. Поэтому объем работ по разработке котлована или траншеи должен быть уменьшен на величину объема растительного слоя:

V=V_к.т -V_р.сл, м³ (3.4)

где V – объем грунта, подлежащего разработке котлована или траншеи, м³;

V_к.т – общий объем грунта по выемке котлована или траншеи, м³;

V_р.сл – объем растительного слоя, входящего в общий объем котлована или траншеи, м³.

При разработке котлованов экскаватором, оборудованным прямой лопатой, неизбежны бросовые работы по устройству въездных траншей – временных дорог для автомобильного транспорта. Уклон выездных траншей принимается в пределах 0,10-0,15, ширина 3,5-4,0 м при одностороннем движении и 7-8 м при двустороннем. Ширина обочин выездных траншей должна составлять 0,5 м.

Объем работ по устройству въездных траншей может быть рассчитан с достаточной для практических целей точностью по формуле:

V_в._тр=l_т·H_к∙(+ ·H_к), м³ (3.5)

где l_т – длина въездной траншеи, м;

Hк – глубина котлована, м;

В – ширина въездной траншеи с учетом обочин, м;

m – коэффициент откоса.

Длина въездной траншеи определяется из расчета глубины выемки по формуле:

l_т=(3.6)

где i – предельный уклон для въездной траншеи, принимаемый 0,1-0,15.

Общая ширина въездной траншеи с учетом обочин равна:

В = (3,5-4)+1м – для одностороннего движения;

В = (7-8)+1м – для двустороннего движения.

Объемы работ по выемке въездной траншеи надлежит суммировать с объемом котлована и учитывать при подборе ведущего механизма.

3.3. Определение объема работ по срезке растительного слоя

Растительный слой грунта следует сохранять для дальнейшего использования. Для этого до начала основных земляных работ растительный слой грунта должен быть снят в размерах, установленных проектом, и уложен в отвалы для использования его в последующем с целью рекультивации нарушенных земель. Поэтому территория строительной площадки до начала производства работ по планировке и отрывке котлованов или траншей должна быть подготовлена путем срезки растительного слоя и размещения его во временные отвалы.

Объем растительного грунта, подлежащего срезке и размещению во временных отвалах определяется по уравнению:

V = F∙h, м³ (3.7)

где F – площадь строительного участка, подлежащего планировке, м²;

h – толщина растительного слоя (0,2-0,5 м).

После выполнения планировочных работ и работ по отрывке котлованов или траншей, выполняются работы по рекультивации строительной площадки растительным грунтом из близлежащих временных складов.

Глава 4. Выбор технологии производства земляных работ и технико-экономическое обоснование комплекта машин

4.1. Выбор технологической схемы производства работ по срезке растительного слоя

Производство работ по срезке растительного слоя может быть выполнено различными механизированными комплексами, с соблюдением следующих условий:

- бульдозерами, при дальности транспортирования грунта до 100-150 м;

- прицепными скреперами, при транспортировании грунта на расстояние до 500-600 м;

- самоходными скреперами, при транспортировании грунта на расстояние от 600-1000 м до 3000 м.

На дальность транспортирования грунта решающее значение оказывает принимаемая технологическая схема производства работ, места организации временных отвалов этого грунта и рациональная технология последующей рекультивации площадки после завершения планировочных и основных строительных работ. Поэтому, при выборе технологической схемы принимаемое решение должно быть обоснованным, исключающим последующие неудобства при разработке временных отвалов растительного грунта при рекультивации площадки. Основное требование – минимальное расстояние транспортирования грунта до отвала.

Рассмотрим в качестве примера технологическую схему, представленную на рис. 4.1. Здесь, на каждом участке размером 600´400 м работают бульдозеры совместно со скреперами. Бульдозеры разрабатывают растительный слой и являются ведущими механизмами, а скреперы - транспортными механизмами для перемещения.

Анализ данной технологической схемы показывает, что строительная площадка разбита на три равных по объему работ участка, с организацией шести временных отвалов растительного грунта за границами площадки. Производство работ может быть организовано последовательно, когда механизированный комплекс, завершив работы на одном участке, переходит на следующий участок. В этом случае потребуется меньшее количество механизмов, но увеличится продолжительность работ. При необходимости выполнения работ в сжатые сроки, работа может быть организована одновременно на всех участках. В этом случае три группы механизмов параллельно будут выполнять одинаковую работу на участках, а срок выполнения работы сократится в три раза.

На примерной технологической схеме разработка растительного слоя осуществляется с обеих сторон участка к середине, к оси движения скреперов. Схема движения скреперов в рассматриваемом примере принята “по восьмерке”. Исходя из дальности перемещения грунта, наиболее удобными будут прицепные скреперы.

Следовательно, для данной технологической схемы состав механизированного комплекса определится бульдозерами и скреперами. Выбор типа бульдозера, как ведущего механизма комплекса, осуществится после выполнения технико-экономического анализа трех видов бульдозеров.

Рассматривая в качестве примера продольную схему разбивки строительной площадки на два участка производства работ, (рис. 4.2) видно, что в данном случае основным землеройным и транспортным комплексом будут скреперы. Скреперы работают на одном участке по спирали (1), на втором участке по схеме ”восьмерка” (2). Временные отвалы растительного слоя (3) организованы в торцах площадки. Отвалы грунта с индексом А расположены за чертой насыпи, отвалы с индексом В расположены в нагорной части – за пределами откосов, образующихся после выполнения работ по выемке грунта при производстве планировочных работ. В обоих случаях для последующих работ по рекультивации спланированной территории в области примыкания времен-ных отвалов к торцам площадки потребуется устройство въездов (съездов) для

скреперов.

1 – схема работы бульдозеров; 2 – схема движения скреперов; 3 – временные отвалы; 4 – проектируемый откос в насыпи; 5 – проектируемый откос в выемке.

Рис. 4.2 Примерная технологическая схема срезки растительного слоя грунта скреперными комплексами:

1 – при работе “по спирали”; 2 – при работе “по восьмёрке”; 3 – временные отвалы грунта; 4 и 5 – проектируемые откосы в насыпи и выемке.

Исходя из дальности перемещения растительного слоя в отвалы, при последующей рекультивации спланированной территории могут быть рационально использованы прицепные скреперы, в комплексе с которыми должны работать трактор-толкач и бульдозер.

4.2. Технико-экономическое обоснование основной машины (механизма) для производства работ по срезке растительного слоя

Технико-экономическое обоснование машин для производства работ производится в следующей последовательности:

1. Расчетная эксплутационная производительность механизма (бульдозера, скрепера и т.п.) определяется по формуле:

П= ∙100, м³/смену (4.1)

где Т – продолжительность рабочей смены, вычисленная исходя из семичасового рабочего дня, при средней продолжительности рабочей смены 6,82 часа или 8,12 часа при пятидневной рабочей неделе;

Н_вр- норма эксплутационной часовой производительности машины, определенная по соответствующим таблицам(ЕНиР cб-к №2 или ГЭСН-2001 сб.№1) для принятой технологии работ и категории разрабатываемого грунта, м³/час (на 100 м³ грунта в плотном теле).

2. Требуемое количество машино-смен для выполнения заданного объема работ принятым механизмом определяется по уравнению:

Т_ф =, маш-см (4.2)

где Т_ф – количество машино-смен, требуемое для выполнения заданного объема работ; V – объем работ на данном участке (площадке), м³; П – расчетная эксплутационная производительность механизма (машины), определенная по формуле (4.1), м³/см.

3. Расчет стоимости затрат, связанных с применением данного вида механизма производится по уравнению:

С = Е+(+Э_см)·Т_ф, руб. (4.3)

где Е – единовременные затраты, выполняемые до начала эксплуатации машины на строительном объекте, связанные с перебазированием механизма, устройством дорог и пр. (приложение 3).

Э_год – сумма годовых амортизационных отчислений на возмещение стоимости данного механизма (руб) по приложению 3; (ремонты, обслуживание, запчасти и пр.)

Э_см - сменные эксплутационные расходы, рассчитанные на 8 часовую схему, включающие заработную плату обслуживающего персонала, стоимость энергоматериалов (топливо, электроэнергия, сжатый воздух), стоимость смазочных и других материалов (руб), по прилож.3.

Т_ф – число машино-смен работы данного механизма (машины) при выполнении заданного объема работ.

Пример. Произведем технико-экономическое обоснование прицепных скреперов трех предварительно принятых марок:

ДЗ-33 с емкостью ковша 3,0 м³ (аналог Д-230)

ДЗ-12 с емкостью ковша 7,0 м³ (аналог Д-374)

Д-213А с емкостью ковша 10,0 м³

1. Определим норму времени Н_вр для каждого скрепера при дальности пере-мещения грунта 450 м (ЕНиР 2-1-14, табл. 3).

Для скрепера ДЗ-33: по табл. 3, п.1а и п. 1в

до 100 м – 3 маш-часа, на каждые последующие 10 м добавлять 0,175 маш-

часа, т.е.

100 м – 3 маш-часа

10 м – 0,175 маш-часа

350 м – X

тогда: X = = 6,125 маш-час

Н_вр1 =3+6,125 = 9,125 маш-час

Для скрепера ДЗ-12: по табл. 3, п. 3а и п. 3в:

100 м – 1,5 маш-часа

10 м – 0,095 маш-часа

350 м – X, тогда: X = = 3,325 маш-час

Н_вр2 = 1,5+3,325 = 4,825 маш-часа

Для скрепера Д-213А: по табл.3, п. 6а и п. 6в:

100 м – 1,15 маш-часа

10 м – 0,061 маш-часа

350 м - X, тогда: X = = 2,135 маш-час

Н_вр3 = 1,15+2,135 = 3,285 маш-часа

2. Найдем расчетную эксплуатационную производительность при полученных нормах машино-часов при семичасовом рабочем дне по уравнению:

П₁= ·100 = 74,7 м³/смену

П₂= ∙100 = 141,4 м³/смену

П₃= ·100 = 207,2 м³/смену

3. Требуемое количество машино-смен на объем грунта одного участка

V = 300∙400 ·0,3 = 36000 м³

где 300∙400 – размер участка, м

0,3 – толщина растительного слоя,м.

Время работы механизма определится для каждого скрепера по уравнению:

Т₁ =» 485,5 маш-смен

Т₂ =» 254,6 маш-смен

Т₃ =» 173,7 маш-смен

4. Произведем расчет стоимости затрат, используя данные приложения 3:

С₁ = 17,0 + (+15,12)·485,5 = 11014,6 руб.

С₂ = 17,0 + (+22,26)·234,6 = 8136,4 руб.

С₃ = 20,6 + (+32,13)∙173,7 = 8058,4 руб.

Исходя из минимальных затрат и продолжительности работ, наиболее целесообразно применение скрепера Д-213А со следующими техническими характеристиками:

Емкость ковша

геометрическая: 10 м³;

с шапкой: 12 м³;

Ширина захвата 2,82 м;

Глубина резания 0,3 м;

Буксирующий базовый трактор Т-180;

Наибольшая скорость движения 12 км/ч.

Для наиболее полной и быстрой загрузки ковша прицепных скреперов, работающих группами, рекомендуется применять трактор-толкач. Ориентировочное количество скреперов, обслуживаемое одним толкачом 3–5. Следовательно, в рассмотренном примере в состав механизированного комплекса войдут: бульдозеры ДЗ-42, скреперы Д-213А и тракторы-толкачи. Количество машин будет в каждом случае регламентировано объемом работ и сроками выполнения этих объемов.

4.3. Выбор технологической схемы производства работ по

планировке строительной площадки

При выборе и обосновании технологической схемы производства работ по вертикальной планировке строительной площадки следует исходить из необходимости первоочередного представления фронта работ для разработки котлована (траншеи) и характера рельефа местности.

Необходимость быстрейшего представления фронта для разработки котлована под сооружение требует определения границ участков первоначального и последующего производства работ на площадке.

Так, при относительно спокойном местном рельефе площадки и привязке котлована под сооружение в средней части (рис. 4.3), целесообразно выполнить продольное разделение на три приблизительно равных участка размером 600´130 м. Зная среднюю дальность транспортирования земляных масс, принимаем механизированный комплекс, который для рассматриваемой схемы будет состоять из ведущей машины-скрепера, вспомогательных машин - бульдозера, рыхлителя (в случае разработки глинистых грунтов) и катков для послойного уплотнения насыпи.

Как показано на рис. 4.3 скрепер работает по спирали, начиная с 1-го участка. По мере готовности 1 участка скрепер перемещается на 2 участок, представляя фронт работ по разработке котлована. Дальнейшее производство планировочных работ на 2-м и 3-м участках ведется параллельно с разработкой котлована под сооружение.

При выполнении планировочных работ при более сложном рельефе (рис. 4.4) возможно деление площадки на два симметричных (равновеликих) участка размером 300´400 м каждый.

Для разработки грунта возможно применение 2 технологических схем: скреперными (А) или спаренными (групповыми) бульдозерными комплексами (В). Разработка бульдозерами под уклон позволяет увеличить производительность машины. Так, при уклоне 10% производительность буль-

Рис. 4.4 Примерная схема производства планировочных работ строительной площадки при делении на два равных участка:

А – вариант разработки скреперами по спирали; В – вариант групповой разработки бульдозерами

дозера увеличивается в 1,4-1,8 раза, при уклоне более 20% - в 1,8-2,0 раза. Уклон более 20% не рекомендуется, т.к. уменьшается скорость холостого хода.

Выбранная и обоснованная технология производства работ вычерчивается на бумаге в масштабе 1:200 с изображением плана и разреза, а также путей перемещения грунта.

4.4. Технико-экономическое обоснование машин (механизмов) для

производства работ по вертикальной планировке

При назначении машин (механизмов) и для технико-экономического обоснования окончательного их вида (марки) должны быть учтены категория грунта и объем работ.

По трудности разработки бульдозерами и скреперами грунты разделяются на категории, указанные в приложении 2 (ЕНиР сб.№2 табл. 1 или ГЭСН сб.№1).

Грунты, представленные тяжелыми суглинками, глинами и мерзлые грунты до начала их разработки бульдозерами и скреперами должны быть предварительно разрыхлены. Поэтому в состав бульдозерного или скреперного комплекса в этих случаях включается рыхлитель. Для выполнения больших объемов работ в глинистых и других плотных грунтах рекомендуется применять тяжелые бульдозеры с отвалом до 4,5 м на тракторах типа ДЭТ-250, Т-300, Т-500. При небольших объемах работ или на вспомогательных работах в составе скреперного комплекса применяются бульдозеры на тракторах Т-100М, Т-180 с отвалом от 1,3 до 3,5 м. Для мелких рассредоточенных объемов– на тракторах Т-74, Т-40А, МТЗ-52.

Выбрав и обосновав принятую технологию производства работ, вид механизированного комплекса, назначаются два-три типа ведущей машины (механизма), и для каждой из них выполняется анализ по уравнениям, указанным выше. Исходя из наименьших стоимостных затрат и продолжительности работ принимается окончательный тип и мощность ведущей машины. В заключении приводится окончательный состав комплекса и основные технические параметры каждой машины.

Согласно указаний по производству работ (ЕНиР, сборник 2 “Земляные работы” § 2-1-14 или ГЭСН сб.№1) наполнение ковша самоходного скрепера производится обязательно при помощи трактора-толкача. Кроме этого, самоходные скреперы требуют поддержания землевозных дорог в хорошем состоянии, для чего на группу скреперов закрепляется бульдозер. Следовательно, комплекс будет иметь следующий состав: скрепер-ведущий механизм, трактор-толкач, трамбующая машина и бульдозер. Количество механизмов определится исходя из директивных сроков работ.

Отсыпка грунта в насыпь производится послойно с обязательным уплотнением. Для уплотнения грунтов применяют прицепные и гладкие самоходные и кулачковые катки, пневмоколесные, вибрационные и др. катки.

Механизмы выбираются с учетом свойств, связности, влажности, однородности, гранулометрического состава грунтов. При этом толщина отсыпаемого слоя и количество гонов машины (механизма) должно устанавливаться по приложениям 7 и 8.

Вид уплотнителя определяется на основании технико-экономического сравнения двух, наиболее подходящих марок машин (механизмов).

4.5. Выбор способа и средств водопонижения

При наличии высокого уровня грунтовых вод до начала работ по разработке котлована необходимо выбрать способ и средства водопонижения.

В зависимости от притока воды в котлован и вида грунтов могут быть приняты способы, указанные в таблице 4.1. Ожидаемый приток воды в котлован определяется по формуле:

Q = q·F, м³/ч (4.4)

где q – ожидаемый приток воды (м³/час) с 1 м² площади дна котлована, принимаемый для приближенных расчетов:

- при мелкозернистых песках от 0,03 до 0,1 м³/час;

- при среднезернистых песках от 0,08 до 0,24 м³/час;

- при крупнозернистых песках от 0,2 до 0,31 м³/час.

F – площадь днища котлована, м².

Таблица 4.1 - Машины и установки, применяемые для осушения котлованов и грунтов

Приток воды Q, при отсутствии данных по удельному расходу воды с 1 м², может быть ориентировочно принят равным объему мокрого грунта.

Объем мокрого грунта равен:

V_м.г. =V_гв +V_вугв, м³/час (4.5)

где V_гв – объем грунта, лежащего в пределах уровня грунтовых вод до проектной отметки дна сооружения;

V_вугв – объем грунта, лежащего выше уровня зеркала грунтовых вод, принимаемый по данным табл. 4.2.

Зная ожидаемый приток грунтовых вод в котлован сооружения и размеры котлована по периметру (или длину траншеи), может быть выбран один из способов водоотлива. Чаще всего применяется искусственное понижение уровня грунтовых вод легкими иглофильтровыми установками (ЛИУ-5 и ЛИУ-6), которые обеспечивают понижение уровня грунтовых вод в точках погружения иглофильтров на глубину до 6,0 м. Общая подача насосных агрегатов ЛИУ-5 равна 120 м³/ч, а ЛИУ-6 – 140 м³/ч.

Таблица 4.2 - Размер слоя мокрого грунта, расположенного выше уровня зеркала грунтовых вод

Исходя из объема грунтовых вод, необходимого уровня их понижения и представленного геологического строения подбирается тип установки и принимается технологическая схема водоотлива или водопонижения (рис.4.5 и 4.6).

Принятая схема (план и характерный разрез) вычерчивается на бумаге в М 1:200 с указанием основных размеров сооружения (котлована или траншеи), проектируется кривая депрессии. Здесь же приводятся технические параметры установки водоотлива или водопонижения, их количество.

Рис. 4.5 Примерная схема осушения котлована иглофильтровой установкой типа ЛИУ–6:

1 – коллектор; 2 – насосная установка; 3 – иглофильтры; 4 – статический уровень грунтовых вод; 5 – депрессионная кривая (динамический уровень грунтовых вод)

Рис. 4.6 Примерная схема осушения иглофильтровой установкой траншей:

1 – иглофильтр; 2 – коллектор; 3 – насос; 4 – статический уровень грунтовых вод; 5 – депрессионная кривая (динамический уровень грунтовых вод)

4.6. Выбор механизированного комплекса для производства работ по котловану или траншее

В качестве землеройного механизма при разработке котлована или траншеи применяются, преимущественно, экскаваторы с прямой и обратной лопатой или драглайны.

При выборе типа экскаватора необходимо сначала определить для каждого конкретного случая разработки котлована (траншеи) целесообразную емкость ковша. Требуемая емкость ковша для разработки котлована или траншеи определяется размерами забоя, обеспечивающими наполнение ковша грунтом за одно черпание. Наибольшая эффективная высота забоя для экскаватора с прямой и обратной лопатой принимается по данным таблицы 4.3.

Таблица 4.3 - Рекомендуемая высота забоя для экскаваторов, оборудованных прямой и обратной лопатой

Примечание. Высота забоя не должна превышать наибольшей высоты резания экскаватора.

Кроме высоты забоя, на выбор емкости ковша оказывает влияние объем выполняемых земляных работ (табл. 4.4).

Рытье траншей с вертикальными стенками и узких котлованов ведут одноковшовыми экскаваторами с обратной лопатой или драглайном, а также многоковшовыми (цепными или роторными) экскаваторами.

Таблица 4.4 - Рекомендуемые емкости ковшей экскаваторов для разработки

котлованов глубиной до 5 м в грунтах I-III категории

Тяжелые грунты III-IV категории наиболее целесообразно разрабатывать экскаваторами с прямой лопатой, т.к. их производительность выше, чем у экскаваторов других типов при одинаковой емкости ковша.

В мокрых грунтах, при отсутствии способа водопонижения, следует применять экскаваторы с обратной лопатой или драглайны, которые могут разрабатывать грунты ниже уровня своей стоянки.

Экскаваторы следует подбирать с таким расчетом, чтобы агрегат мог сделать выемку с минимальным количеством проходок и погружать грунт на транспорт или в отвал с одной стоянки.

Технико-экономическое обоснование типа экскаватора рекомендуется производить путем сравнения трех машин, отличающихся емкостью ковша и другими параметрами. Порядок выбора оптимального экскаватора производится в последовательности, указанной выше. Оптимальный тип экскаватора определится исходя из минимальных затрат на разработку и заданного объема грунта.

Пример. Необходимо разработать котлован под сооружение общим объемом 3000 м³. Принята семичасовая рабочая смена. Грунт - твердые глины, которые по трудности разработки, согласно приложения 2, относятся к IV группе.

Для сравнения примем три вида экскаваторов, оборудованных прямой лопатой с гибкой подвеской, пользуясь приложениями 3, 4, 5.

1. Э-652Б с емкостью ковша 0,65 м³;

2. Э-10011Д с емкостью ковша 1,0 м³;

3. Э-1251Б с емкостью ковша 1,25 м³.

1. Согласно ЕНиР, сборник 2, § 2-1-8 табл. 3, находим норму времени на 100 м³ грунта по обмеру в плотном теле для IV группы грунта.

Н_вр.1 = 2,9 маш-час

Н_вр.2 = 2,3 маш-час

Н_вр.3 = 1,8 маш-час

2. Расчетная эксплутационная производительность экскаваторов:

П₁ = ∙100 = 235 м³/смену;

П₂ = ·100 = 296 м³/смену;

П₃ = ∙100 = 378 м³/смену.

3. Необходимое количество машино-смен для выполнения заданного объема

Т₁ = = 12,7 маш-смены;

Т₂ = = 10,1 маш-смены;

Т₃ = = 7,9 маш-смены.

4. Найдем стоимость затрат применения каждого экскаватора и сравним результаты:

С₁ = 25,9 + (+27,3)·12,7 = 493,8 руб.;

С₂ = 31,3 + (+33,25)∙10,1 = 476,2 руб.;

С₃ = 38,9 + (+28,0)·7,9 = 364,0 руб.

Исходя из минимальной стоимости и продолжительности работ принимаем экскаватор Э-1251Б со следующими техническими характеристиками (по приложению 4):

1. Емкость ковша – 1,25 м³;

2. Длина рукоятки l_р – 4,9 м;

3. Наибольшая высота Н₂ при максимальном радиусе копания – 2,9 м;

4. Наибольший радиус копания R – 9,9 м;

5. Наибольшая высота разгрузки Н₁ – 5,1 м;

6. Радиус разгрузки R₂ при высоте Н₁ – 8,3 м;

7. Наибольший радиус разгрузки R₁ – 8,9 м;

8. Высота выгрузки Н₂ при наибольшем радиусе выгрузки R₁ –2,9 м;

9. Наибольшая высота копания Н – 7,8 м;

10. Наибольший радиус резания R₃ на уровне стоянки - 6,3 м;

11. Глубина резания ниже уровня стоянки В – 2,0 м;

12. Масса экскаватора – 41 т;

13. Продолжительность цикла при угле поворота 90⁰ –19 сек. (или 3 цикла в минуту).

Данные параметры экскаватора необходимы для разработки технологической карты при экскавации грунта из котлована, на которой должны быть изображены план и разрез выемки с разбивкой на проходки, схема движения экскаватора и места расположения транспорта.

Кроме самосвалов в комплекте с одноковшовым экскаватором должен работать бульдозер. В функции бульдозера входит снятие недобора грунта, планировка грунта и ремонт дорог. Рекомендуемая марка бульдозера зависит от емкости ковша экскаватора. Например, для экскаваторов с емкостью ковша от 1-2 м³, рекомендуется бульдозер ДЗ-53 на тракторе Т-100М.

Количество экскаваторов в каждом случае определяется фактическим объемом выемки и директивными сроками выполнения объема работ на строительной площадке.

4.7. Выбор и обоснование технологии производства работ по

разработке котлована или траншеи

Выбор технологии производства работ по разработке котлована или траншеи зависит от типа применяемого экскаватора.

Отрывка котлованов экскаватором, оборудованным прямой лопатой, может производиться лобовым, лобовым уширенным забоем или боковым забоем.

Одна из основных задач выбора технологии проходки или экскавации котлована – определение оптимальной ширины забоя, т.к. от нее зависит производительность машины.

При лобовом забое оптимальная ширина проходки на уровне бровок котлована равна:

В_бр^опт =1,52,0 R, м (4.6)

где R – наибольший радиус копания экскаватора, м.

Минимальная ширина прохода по низу лобового забоя должна быть не менее:

В_ст^min = 1,5 R₃, м (4.7)

где R₃ – наибольший радиус копания на уровне стоянки, м.

Для узких котлованов целесообразно применять экскаваторы с обратной лопатой или драглайны.

При проходке котлована уширенным лобовым забоем экскаватором с прямой лопатой (рис. 4.7) оптимальная ширина забоя по бровкам должна отвечать соотношению:

В_бр^опт = 3,0 3,5 R, м (4.8)

где R – наибольший радиус копания экскаватора с прямой лопатой, м.

Экскаватор с обратной лопатой, как правило, предпочтительней экскаватора с прямой лопатой, т.к. нет бросовых работ по устройству въездной траншеи и работа экскаватора не зависит от уровня грунтовых вод. Однако следует иметь в виду, что глубина копания составляет всего 4 –6 м.

Длина передвижения экскаватора вдоль оси забоя происходит по схеме “зигзаг” и определяется как:

l_пз = 0,5·l_п (4.9)

где l_пз – длина передвижения (шага) экскаватора вдоль оси забоя при работе по схеме “зигзаг”, l_пз=R_max-R_min, l_пз≈ 2,0 3,0 м;

l_п – длина рабочей передвижки вдоль оси забоя при обычной лобовой проходке, равная l_п = 0,75∙l_р ;

l_р – длина рукоятки экскаватора, принимаемая по справочным данным приложения 4 и 5, м.

Рис. 4.7 Примерная технологическая схема уширенного лобового забоя при проходке котлована экскаватором с прямой лопатой:

R – наибольший радиус копания; В_бр^опт – оптимальная ширина уширенного забоя; l_пз – длина передвижения экскаватора по оси забоя; l_з – длина пути “зигзага”.

Длина пути “зигзага” при перемещении экскаватора не должна быть больше:

, м (4.10)

где R₀ –оптимальный радиус резания экскаватора, м.

С каждой стоянки, при данной технологической схеме, экскаватор разрабатывает половину грунта котлована по ширине.

Разработка котлованов обычно ведется боковыми проходками (рис. 4.8). Максимальная ширина боковой проходки не должна быть больше, чем

В_бр = В₁ + В₂, м (4.11)

где В₁ – оптимальное расстояние от оси экскаватора до бровки откоса, равное

В₁ = 0,75∙R (4.12)

В₂ – расстояние от оси экскаватора до подошвы внешнего откоса, равное

В₂ = 0,7·R₃ (4.13)

Количество проходок для широких котлованов может быть найдено

п = (4.14)

где В_бр – ширина проходки на уровне бровок;

В_котл – ширина котлована на уровне бровок.

Разработку котлованов экскаваторами с обратной лопатой производят боковыми (продольными) и лобовыми (торцевыми) проходками (рис.4.9; 4.10).

При работе по продольной технологической схеме (рис.4.9) экскаватор за несколько проходок разрабатывает грунт, передвигаясь вдоль бровки котлована. Разрабатываемый грунт при последней проходке может укладываться в отвал на расстояние R. За пределами котлована чаще осуществляется погрузка грунта в транспорт с вывозкой за пределы строительной площадки.

Рис. 4.8 Примерная технологическая схема разработки котлована боковым забоем уширенной проходкой: R – наибольший радиус копания; R_З – наибольший радиус копания на уровне стоянки экскаватора; l_n – длина рабочей передвижки экскаватора; B₁ – оптимальное расстояние от оси экскаватора до бровки откоса; В₂ – расстояние от оси экскаватора до подошвы внешнего откоса.

Рис. 4.9 Примерная технологическая схема разработки котлована боковой продольной проходкой экскаватором, оборудованным обратной лопатой: Н – наибольшая глубина копания; R – наибольший радиус копания; R₁ – наибольший радиус выгрузки; Н₁ – наибольшая высота выгрузки; В – ширина хода экскаватора; l_n – ширина одной проходки или рабочий ход экскаватора

Максимальная передвижка экскаватора до нового уступа по дну котлована lп = 0,75∙R, м.

Кроме продольных, разработку котлованов производят лобовыми проходами (рис.4.10) по технологическим схемам, аналогичным для экскаватора с прямой лопатой. При этом экскаватор располагается на уровне верхней бровки и производит погрузку грунта при двухсторонней подаче транспорта.

Рытье траншей обычно выполняют лобовыми (торцевыми) проходками одноковшовыми экскаваторами, оборудованными обратной лопатой, драглайном с емкостью ковша 0,15 – 1,5 м³, а также цепными или роторными многоковшовыми экскаваторами. Грунт укладывают в отвалы на одну или две стороны, а избыток грунта частично вывозится в отвалы.

Обоснованно выбранная технологическая схема производства работ при разработке котлована или траншей, план и разрез вычерчиваются в масштабе 1:50 или 1:100. При этом обозначаются все необходимые размеры согласно примерных схем, указанных выше.

При относительно небольшой глубине выемок под котлованы целесообразно вести разработку лобовыми проходками с расположением транспорта выше уровня подошвы забоя (рис. 4.11). Однако, в этом случае должно быть соблюдено условие:

h £ H₁-(h_т+0,8), м (4.15)

где h – глубина котлована, м;

H₁ – максимальная высота выгрузки экскаватора, м;

h_т - высота транспортной единицы до верха борта (2,5