Тема 4. Виконання земляних робіт

Виконання будівельно-монтажних робіт і, насамперед, зведення підземної частини будівель і споруд поєднують із земляними роботами. Земляні роботи вважають найбільш важким і трудомістким різновидом будівельних робіт, що виконуються в складних умовах і залежать від природно-кліматичних чинників.

 Земляні роботи належать до комплексу робіт нульового циклу, який також включає риття котлованів і траншей, влаштування дренажів, укріплення й підготування підвалин під будівлю, зведення фундаментів і стін, перекриттів, тунелів, зворотне засипання ґрунту в пазухи між фундаментами й укосинами котлованів.

Роботи нульового циклу вважають завершеними після влаштування підземної частини будівлі з комунікаціями й елементами підземних споруд. Земляні роботи виконують за допомогою різних методів, які можна розподілити на чотири групи:

механічний, гідравлічний, вибуховий і ручний.

Розроблення ґрунту механічним способом. У разі застосування механічного способу на ґрунт діють різальні зусилля машин, унаслідок чого частину ґрунту відокремлюють від масиву, переміщують й укладають у насип. Машина, що тільки ріже ґрунт, називається землерийна.

Землерийно-транспортна машина розробляє і переміщує ґрунт. Землерийними машинами є екскаватори різних типів: одноківшові (пряма і зворотна лопата, драглайн, грейфер), багатоківшові (ланцюгові, роторні) і фрезерні.

Залежно від ходового пристрою розрізняють гусеничні, пневмоколісні, автомобільні та крокувальні екскаватори, а також обладнані гідравлічною, пневматичною та електричної системами керування.

Розроблення ґрунту одноківшовими екскаваторами. У будівництві застосовують екскаватори, ківш яких має місткість від 0,15 до 2, рідше до 4 м³. Вони обладнані комплектом змінного обладнання – прямою і зворотною лопатами, драглайном і грейфером. Стріла, що входить до комплекту драглайну і грейфера, може бути обладнана вантажним гаком або клином-бабою.

Пряма лопата (див. рис. 4.5, а) становить собою відкритий зверху ківш із різальним переднім краєм, жорстко насадженим на руків’я, яке за допомогою шарнірів з’єднане зі стрілою машини і висувається вперед унаслідок дії напірного механізму. Спорожняється ківш шляхом відкривання його днища. Для розроблення ґрунту, екскаватор розміщують на дні розроблюваного забою. Екскаватор може виривати ґрунт і нижче горизонту його розташування. Щоб установити машину в забої виїмки влаштовують пандус,.

Зворотна лопата (див. рис. 4.5, б) – це відкритий знизу ківш із різальним переднім краєм, жорстко насаджений на руків’я, з’єднане (без напірного механізму) зі стрілою за допомогою шарнірів. Під час перетягування назад ківш заповнюється ґрунтом. Далі за вертикального положення руків’я ківш переміщують до місця вивантаження і розвантажують, піднімаючи й одночасно перекидаючи його. Робоча зона розташовується нижче горизонту розміщення машини.

 Сучасні екскаватори зі зворотною лопатою мають гідравлічний привід, що дає змогу повертати ківш стосовно руків’я.

Ківш драглайна (рис. 4.5, д) навішують на канатах на подовжену стрілу кранового типу. Ківш закидають у виїмку на відстань, що дещо перевищує довжину стріли, і заповнюють його ґрунтом шляхом підтягування по поверхні до стріли. Потім ківш піднімають у горизонтальне положення щодо стріли і повертом машини переміщують на місце розвантаження. Спорожняючи ківш, тяговий канат ослаблюють. За допомогою драглайна можна розробляти, не тільки насичений вологою ґрунт, але й той, що знаходиться під шаром води.

Рис. 4.6 – Робоче обладнання одноківшового екскаватора: а – пряма лопата; б – зворотна лопата; в – струг; г – засипник; д – драглайн; е – грейфер; ж – кран; и – канатно-скребковий; к – копер; л – трамбівка; м – викорчовувач

Грейфер (див. рис. 4.6, е) – це ківш із двома або більше лопатями і канатним приводом, що примусово змикає ці лопаті. Грейфер навішують на таку саму стрілу, що й драглайн. За допомогою грейфера можна розробляти виїмки з вертикальними стінками. Під час поверту стріли ківш переміщують до місця розвантаження й спорожняють під час примусового розкриття лопатей. Грейфер занурюється в ґрунт внаслідок тільки власної маси ковша.

Розроблення ґрунту багатоківшовими екскаваторами. Робочою частиною багатоківшового екскаватора є ковші, насаджені через рівні проміжки на ланцюг або колесо (ротор), що рухається безперервно. За особливостями переміщення машини відносно напряму руху робочої частини розрізняють багатоківшові екскаватори повздовжнього черпання – ланцюгові, роторні та поперечного черпання.

Оскільки ґрунт черпається ковшами безперервно, то ці екскаватори є машинами безперервної дії (на відміну від одноківшових екскаваторів, які є машинами циклічної дії). Ковші наповнюють ґрунтом під час їхнього руху угору по похилій або криволінійній поверхні розроблюваної виїмки. Спорожняють ковші в момент досягнення ними найвищої точки їхньої траєкторії, де їх перекидають. Висипаний з них ґрунт потрапляє на стрічковий конвеєр, яким його доставляють для завантаження в транспортні засоби або у відвал (рис. 4.6).

Рис. 4.6 – Розроблення траншей багатоківшовими екскаваторами: а – ланцюговим екскаватором; б – роторним; 1 – тягач; 2 – рама тягача; 3 – механізми; 4 – підвіси і привід; 5 – поперечний конвеєр; 6 – опора ротора; 7 – рама ковшів; 8 – пристрій для зачищення дна траншеї; 9 – ножі-укосини; ← – напрям руху

Екскаватори з поздовжнім черпанням застосовують для проходження траншей невеликого перерізу прямокутного й трапецієподібного профілю. Траншеї починають рити з найбільш низьких місць профілю, що забезпечує стікання ґрунтових і атмосферних вод.

Екскаватори з поперечним черпанням використовують для розроблення котлованів і траншей з великим перерізом, планування укосин і розроблення кар’єрів. Цей процес відбувається так. Спочатку екскаватори розробляють ґрунт, застосовуючи віялове різання. Вони переміщуються уздовж усього фронту робіт і знімають шари ґрунту в радіальному напрямку до досягнення необхідної глибини.

 Розроблення ґрунту землерийно-транспортними машинами. Різновидами землерийно-транспортних машин є скрепери, бульдозери та грейдери, які за один цикл розробляють ґрунт, переміщують його, розвантажують у насип і повертаються в забій порожніми.

Скрепери – високопродуктивні землерийно-транспортні машини, які використовують під час розроблення котлованів і планування поверхонь. Розрізняють скрепери причіпні, місткість ковша яких становить 2,25...10 м³ (у зчепі з трактором-тягачем), і самохідні (див. рис. 3.7), місткість ковша яких становить 8 м³ і більше. Останній тип скрепера досконаліший, оскільки він більш маневрений і швидкісний. Щоб швидше наповнити ковші декількох причіпних скреперів, а також ківш самохідного скрепера, застосовують трактор-штовхач, що обслуговує групу скреперів на ділянці завантаження (набору ґрунту). Кількість тракторів-штовхачів залежить від місткості ковшів скреперів і відстані переміщення ґрунту.

За допомогою скреперів розробляють, транспортують та укладають піщані, супіщані, лесові, суглинясті, глинясті та інші ґрунти, без валунів, домішки ріні й щебеню не повинні перевищувати 10 %. Скрепер знімає ковшем пласт ґрунту завтовшки 0,12...0,32 і завширшки 1,65...2,75 м (для скрепера з місткістю ковша 2,25...9 м³). Товщина шару, що відсипають, – 0,22...0,55 м. Розроблювані скреперами суглинні й глинисті ґрунти необхідно попередньо розрихляти.

Рис. 4.7 – Самохідний скрепер: 1 – тягач; 2 – сідельно-зчіпний пристрій; 3 – циліндр поверту тягача; 4 – рама; 5 – циліндр піднімання і опускання ковша; 6 – заслінка; 7 – циліндр керування передньою заслінкою; 8 – ківш; 9 – задня стінка; 10 – циліндр задньої стінки; 11 – горизонтальні ножі; 12 – бокові ножі

Причіпні скрепери застосовують здебільшого під час перевезення ґрунту на відстань до 1000, а самохідні – до 3000 м. Скрепери доцільно використовувати разом із бульдозерами, за допомогою яких зрізають і розрівнюють ґрунт в обмежених місцях (кути майданчика, окремі западини), планують відкосини.

Бульдозерами розробляють ґрунт у неглибоких і протяжних виїмках та резервах та перевозять його на відстань до 100 м (більш потужними тракторами можна перевозити ґрунти на великі відстані). Бульдозерами також підгортають ґрунти, виконують зворотне засипання траншей і пазух котлованів, зачищають дно котлованів після завершення екскаваторних робіт, розрівнюють і розмічують ґрунт. Виїмки розробляють ярусами, глибина яких співпадає з товщиною ґрунту, що знімається за одне проходження.

Грейдери використовують під час розмічування території, укосин земляних споруд, зачищення дна котлованів і розроблення канав до 0,7 м завбільшки, під час зведення протяжних насипів до 1 м заввишки і нижнього шару більш високих насипів із резервів. Автогрейдерами профілюють дорожнє полотно й дороги.

Перероблення ґрунту гідромеханічним способом. Гідромеханічний процес базується на властивості швидкоплинної води розмивати ґрунт і переносити його частинки в підвішеному стані, допоки швидкість води не зменшиться до величини, за якої частинки ґрунту осідають на дно (0,3...0,03 м/с) . Гідросуміш у відведені для цієї мети місця (карти намиву) транспортують по напірних трубах, або самопливом – по лотках або канавах. У разі застосування гідротехнічного способу розроблення ґрунту всі технологічні операції процесу – відділення ґрунту від масиву, захоплення, транспортування до місця укладання й укладання – виконують за допомогою енергії потоку води.

Виокремлюють такі різновиди гідротехнічного способу розроблення ґрунту: гідромоніторний, землесосний та комбінований. Під час застосування гідромоніторного способу (рис. 4.8) у сухих вибоях, ґрунт розмивають струменем води, що подають під високим тиском з насаду приладу – гідромонітора. За допомогою гідромонітора вода подається по трубопроводу від насосної станції, що розташовується біля найближчого водоймища.

Рис. 4.8 – Схеми способів гідромеханічного розроблення ґрунту: а – гідромонітор; б, в – розроблювання ґрунту гідромонітором зустрічним забоєм; г – те саме попутним; д – розміщення гідромоніторів; е – загальна організація гідромоніторного розроблювання ґрунту; ж – розроблювання ґрунту під водою земснарядом; и – розпушувач ковшовий; 1 – насадка; 2 – ствол гідромонітора; 3 – шарнір; 4, 6 – привод переміщення ствола у вертикальному напрямі; 5, 7 – верхнє й нижнє коліно; 8 – водяний струмінь; 9 – труба всмоктувальна; 10 – зумпф; 11 – насос ґрунтовий; 12 – пульпопровід; 13 – дамба обвалування; 14 – насосна; 15 – рубка й пульт керування земснаряда; 16 – лебідка рамоподібна; 17 – розпушувач двороторний; 18 – головний насосній агрегат; 19 – паля напірна; 20 – фреза; 21 – ківш; 22 – обмежувач; 23 – бункер; 24 – вал розпушувача

За комбінованого способу розроблення використовують два методи: ґрунт розробляють механічним способом, а розпушений і розріджений ґрунт транспортують по земляному ґрунтовому насосу. Якщо застосовують естакадний спосіб подачі пульпи, то магістральний трубопровід на ділянці намивання розміщують на естакаді, вищій за насип, що зводиться, і почергово подають з нього пульпу на карти намиву.

 За безестакадного способу магістральний пульпопровід укладають уздовж основи насипу, що зводиться. Через кожні 20...30 м на трубопроводі встановлюють випускні патрубки, через які пульпа надходить на карту намиву.

У разі намивання насипів із дренувальних ґрунтів застосовують комплексний спосіб, за якого пульпу випускають із патрубків, розташованих на невисоких естакадах. Зведення насипів методом намивання забезпечує значну щільність ґрунту, тому ґрунт штучно не ущільнюють, а надають насипу невеликий (до 1,5 %) запас висоти на подальше зсідання.