Способы разработки грунта. Способы разработки грунтов Скальный грунт ручная разработка

В ходе строительных и горных работ разработка грунта традиционно осуществляется одним из трех способов: резание, гидромеханический разрыв, взрывным методом.

Инженер делает выбор в пользу конкретного метода исходя из предстоящих объемов работ, характера грунтовых почв, имеющихся в распоряжении технических средств разработки и т. д.

Если с рытьем котлована под строительство загородного дома запросто может справиться маленьких экскаватор, то при добыче полезных ископаемых необходимо задействовать целый комплекс машин и механизмов. Причем большинство из этих средств производства не будут напрямую задействованы в разработке грунта. Их предназначение - обслуживание процесса добычи и обеспечение бесперебойности работ.

Характеристика грунтов

Грунт - это верхний слой земной коры, образованный выветриваемыми горными породами. В зависимости от плотности и по происхождению, грунты можно классифицировать на:

• Скальные (такой грунт устойчив к воздействию влаги, предел прочности более 5 МПа). К данной категории относят гранит, известняк, песчаник.
• Полускальные (предел прочности до 5 МПа). Например: глина, гипс, мергель.
• Крупнообломочные - несцементированные обломки полускальных и скальных пород.
• Песчаные (представляют собой дисперсные (до 2 миллиметров в диаметре) частицы горных пород).
• Глинистые (мелкодисперсные (0,005 миллиметров в диаметре) частицы породы).

Разработка грунта вручную в траншеях - довольно трудоемких процесс. Он в принципе не может осуществляться при разработке скальных пород.

В состав грунтов включены твердые части, вода, а также различные газы (скапливаются в порах). Влажность грунта - величина, которая характеризует отношение массы жидкости к массе твердых тел в единице объеме. Она может варьироваться в широком диапазоне и может принимать значение от одного (песок) до двухсот процентов (ил на дне водоемов).

Грунт в процессе разработки увеличивается в объеме. Это происходит за счет образования пор и полостей. Величина изменения объема характеризуется коэффициентом разрыхления (отношение объема, занимаемого грунтом до проведения работ, к объему, который грунт занимает после разработки). С течением времени плотность разрыхленного грунта уменьшается (природное уплотнение). Возможно также осуществление принудительного уплотнения грунта с использованием тяжелой строительной техники. Плотность такого грунта приближается к первоначальной, хотя и несколько меньше. Данной разницей можно пренебречь, тем более что с течением времени и она исчезнет, а сам грунт полностью восстановит свои свойства (состарится).

Механические свойства грунтов (прежде всего, это прочность и способность деформироваться) зависят от состава и характера связи между частицами. В процессе разработки связи разрушаются, в ходе уплотнения - восстанавливаются.

Разработка резанием

Для разработки грунта данным способом используются землеройно-транспортировочные и землеройные машины.

В процессе работы режущий инструмент испытывает очень значительные фрикционные и механические нагрузки. В таких условиях обычная конструкционная таль долго не выстоит. Поэтому режущая кромка рабочего органа усиливается элементами из металлокерамики или специальными сталями. Композиционные металлокерамические пластинки наиболее эффективны в работе. Но и стоимость их довольно высока. Поэтому чаще всего ковши усиливаются напайными электродами из износостойких сплавов. Помимо всего прочего, такой ковш обладает эффектом самозатачивания в ходе работы за счет более ускоренного износа части ковша из обыкновенной стали.

Такие машины срезают определенный слой грунта. Срезанная масса по специальному транспортеру поступает на отвал либо же сразу высыпается в кузов самосвала для вывоза в карьер или на другие стройки. Под эту категорию подпадает разработка грунта экскаватором.

Типы экскаваторов

В зависимости от конструкции и параметров ковша, экскаваторы делятся на следующие типы:

• одноковшовые;
• роторные и цепные (многоковшовые);
• фрезерные.

Самым распространенным является одноковшовый тип экскаватора. Данный тип машины является широкоуниверсальным, обладает очень хорошей маневренностью. Оптимальный полезный объем ковша - от 0,15 до 2 метров кубических. Разработка грунта экскаватором (одноковшовым) с более массивным и вместительным ковшом экономически нецелесообразна, так как гидравлика и механическая часть оборудования часто выходят из строя из-за большой нагрузки.

Также, в зависимости от механизма привода, землеройные машины подразделяются на гусеничные и автомобильные. Существуют и так называемые шагающие экскаваторы, а также пневмоколесные экскаваторы. Однако на практике такие машины встречаются крайне редко, если вообще попадаются на глаза. Даже опытные строители, и то не все могут похвастаться, что работали когда-либо на одном объекте с данным типом машин.

Работа одноковшового экскаватора

Данный тип экскаватора может вести разработку грунта как боковой, так и прямой проходной. В первом случае экскаватор осуществляет работы вдоль оси перемещения. Грунт при этом сваливается в кузов грузовика, который подъезжает с другой стороны.

Во втором случае работы ведутся впереди экскаватора, а транспортные средства для загрузки подаются сзади.

Если необходимо получить значительную выемку грунта на большую глубину, то альтернативы механизированной разработке грунта нет. Все работы осуществляются путем разработки в несколько этапов (ярусов). Ярус не превышает технологические возможности конкретной модели экскаватора по глубине выемки.

Работа многоковшового экскаватора

Данный тип машин является ярким примером механизма непрерывного действия. Поэтому, разумеется, производительность такого экскаватора на порядок выше производительности обычных одноковшовых машин. Но следует сказать, что подобное оборудование применяется лишь при строительстве масштабных объектов. Для разработки грунта в траншее малых размеров данный тип техники абсолютно непригоден: очень дорогое обслуживание, очень большой расход топлива.

Рабочие ковши могут фиксироваться на цепи или на роторе. Отсюда и происходит название экскаваторов: цепные и роторные.

Данный тип экскаватора может применяться при разработке грунта 2 группы. Хотя на практике известны случаи, когда такие машины с легкостью справлялись с грунтами 1…3 групп. Почва должна быть сравнительно чистой, без больших камней и мощных пней.

Разработка землеройно-транспортными машинами

Одна машина за один рабочий цикл осуществляет извлечение породы, ее перемещение на небольшие расстояния. К таким машинам относятся скреперы, грейдеры, а также бульдозеры.

Для осуществления масштабных работ используются скреперы. Данные машины очень производительны, могут применяться в условиях грунтов 1…4 типа. Однако, несмотря на невероятную мощность, скреперу не под силу плотные грунты. Поэтому такие почвы предварительно необходимо взрыхлить. За один проход данная машина может снять слой грунта толщиной до 320 миллиметров. Конкретная величина зависит от мощности, формы ковша и модели скрепера.

Нижняя часть ковша скрепера оснащена ножом. Это не тот нож, которым большинство людей режет продукты на кухне. В данном случае приварена полоса из стойкой к истиранию и самоупрочняющейся

Бульдозеры используются для проведения работ на небольших глубинах и на большой протяженности. Также данный тип машин используется для зачистки и разравнивания дна грунта которых велась крупногабаритными экскаваторами.

На глубину бульдозер перемещается по ярусам. Глубина яруса равна величине слоя, который может снять машина за один проход. Очень важно, чтобы рабочее перемещение бульдозера осуществлялось под уклоном. Это позволит несколько разгрузить силовые агрегаты и минимизировать вероятность выхода из строя техники.

Грейдеры имеют малую мощность и потенциальные возможности. Используются в большей степени для проведения декоративных работ: устройство насыпей и откосов, осуществления планировочных работ.

Описание и область применения гидромеханической разработки

В данном случае о разработке грунтов вручную не может быть и речи. Впрочем, как и с использованием землеройных машин. Область применения весьма обширна: от создания искусственных водохранилищ до строительства дорог. Технология позволяет также намывать территории под жилую и промышленную застройку в заболоченных и прибрежных районах, подверженных паводкам. Все процессы механизированы. Данный способ разработки грунта требует создания особой инфраструктуры, что делает целесообразным его использование лишь при очень больших предстоящих объемах работ.

Гидромеханическая разработка с применением гидромониторов

Суть данного способа разработки заключается в следующем: грунт вымывается струей воды под большим давлением (порядка 15 МПа). Получаемая грязевая масса (на сленге профессионалов - пульпа), изначально скапливается в промежуточных резервуарах, а уж оттуда помпами подается по трубопроводу в нужное место.

Со временем влага полностью испаряется, и образуется плотный слой грунта. Если его уплотнить катком, то такая почва становится вполне пригодной для строительства путей сообщения (автомобильных и железных дорог).

Большим технологическим преимуществом такого способа является возможность вести разработку грунтов практически любой категории сложности.

Гидромеханическая разработка с применением землесосных снарядов

При осуществлении работ на дне водоемов разработка грунта вручную, как и с использованием традиционных землеройных машин, исключается. Необходимы специальные суда.

Землесосным снарядом называется плавательное средство, оснащенное специальным оборудованием. Мощная помпа качает размытый грунт со дна водоема и транспортирует его по трубопроводу либо в трюм судна, либо на вспомогательное транспортное судно, либо мощной струей выбрасывает далеко от места выемки грунта.

Подобные землесосные снаряды нашли применение при углублении и расчистке фарватеров судов в условиях мелководья, углубления рек с целью обеспечения бесперебойного судоходства, а также при добыче алмазов с шельфа мирового океана.

Грунтовая масса всасывается через трубу. Для всасывания ила и мягкого грунта труба не оснащается дополнительным рыхлителем. Наличие последнего необходимо при разработке плотных грунтов. По трудности разработки данный метод лидирует. Эксплуатация и обслуживания специального транспорта, его стоянка в портовых водах обходится очень дорого. Предъявляются высокие требования к квалификации обслуживающего персонала.

Разработка мерзлых грунтов

Для разработки в условиях вечной мерзлоты, а также для выработки скалистых пород, применяются мощные направленные взрывы. В качестве взрывчатки может использоваться тротил, аммонит и толл.

Взрывчатые снаряды могут размещаться как на поверхности, так и закладываться вглубь в заранее пробуренные отверстия или в природные полости.

Так называемые скважинные заряды применяют при разработке большого по площади бассейна, а также для сбрасывания грунтов. Разрывные снаряды устанавливаются в заранее пробуренные скважины. Минимальный диаметр скважины равен 200 миллиметров. Для увеличения разрушительной силы зарядов, отверстия снаружи засыпаются песком или мелкодисперсной горной породой (образуется при бурении скважин).

Шпуровые заряды применяются в том случае, когда необходимо провести выемку небольшого объема грунта. Возможно осуществлять как при открытой разработке, так и при разработке под землей. Шпуры представляют собой своего рода гильзы. Имеют диаметр от 25 до 75 миллиметров. Они заполняются взрывчаткой максимум на две трети. Оставшееся пространство заполняется горной породой (чтобы получит направленную взрывную волну и достигнуть наибольшего полезного эффекта).

Камерные заряды. Данный тип заряда применяется при необходимости производить выемку значительных объемов грунта путем осуществления направленного выброса. Суть метода заключается в следующем. В зоне выработки обустраиваются вертикальные колодцы или горизонтальные тоннели, в стенах которых бурятся глухие отверстия для закладывания зарядов. После закладки взрывчатки штольни и колодцы засыпаются грунтом (это позволяет увеличить мощность взрыва). Направление выброса обеспечивается неравномерной закладкой взрывчатого вещества. Так, с одной из сторон может быт в несколько раз больше буровых отверстий под заряды. Также с этой целью может применяться рассогласование взрывов.

Так называемый щелевой заряд применяется, в основном, при разработке грунта в условиях вечной мерзлоты. Осуществить направленный выброс такой породы едва ли получится. А вот разрыхлить ее, чтобы в дальнейшем ее можно было убрать бульдозером или экскаватором, вполне реально. Для этого используется инструмент, по принципу действия и по внешнему виду напоминающий дисковую фрезу по металлу. Только, разумеется, такой инструмент имеет куда большие размеры. Такая фреза вырезает своеобразные пазы в грунте на расстоянии до 2,5 метров друг от друга. Взрывчатое вещество закладывается не в каждый паз, а через один - полое незаполненное пространство выступает в роли компенсатора. Взрывная волна дробит грунт, и он смещается в сторону полости. Такие работы требуют тщательной подготовки и детальной проработки проекта.

МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Виды земляных сооружений

Земляными сооружениями называют устройства в грунте, полученные в результате его удаления за пределы сооружения, или из грунта, внесенного в сооружение извне. Первые называют выемками, а вторые - насыпями. В зависимости от формы и размеров выемок различают котлованы, траншеи, канавы, кюветы, каналы, ямы, скважины и шпуры. Котлованы и ямы имеют соизмеримые размеры во всех трех направлениях, при этом глубина котлована обычно меньше, а ямы - больше двух других размеров. Кроме того, ямы имеют небольшой объем. Длины траншей, канав, кюветов и каналов существенно превышают размеры их поперечных сечений. Скважины - это закрытые выемки, один размер которых (глубина или длина в зависимости от ориентации выемки относительно открытой поверхности грунта) существенно превышает размеры их поперечных сечений. Скважины диаметром до 75 мм включительно называют шпурами. Скважины могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными.

При устройстве выемок вынутый из них грунт удаляют за пределы рабочей площадки или укладывают рядом в кавальеры для его последующего использования при обратной засыпке. При сооружении насыпей грунт доставляют извне или из боковых резервов.

Различают временные земляные сооружения (траншеи для укладки в них подземных коммуникаций и т. п.) и земляные сооружения длительного пользования (придорожные кюветы, дорожные насыпи, дамбы, плотины и т. п.). Временные земляные сооружения отрывают на время строительства, например, на время укладки трубопровода и монтажа трубопроводной арматуры, после чего исходную земляную поверхность восстанавливают. В зависимости от вида и состояния грунта, погодных условий, а также продолжительности существования временных земляных сооружений, во избежание обрушения, их стенки укрепляют или оставляют без крепления. Боковые откосы земляных сооружений длительного пользования обычно укрепляют дерном, деревянными рейками и т. п. Чаще насыпи отсыпают с послойным уплотнением грунта.

К земляным сооружениям относятся также спланированные полосы и площадки, которые могут быть как временными, так и сооружениями длительного пользования. В зависимости от проектного уровня по отношению к исходному рельефу, необходимости замены естественного грунта доставленным извне эти земляные сооружения могут выполняться по схеме образования выемок или насыпей, а также комбинированным способом: удалением грунта из возвышенностей и засыпкой им впадин.

Если при образовании выемок выполняются работы только по отделению части грунта от массива, связанному с разрушением его связности, и его перемещением, то при сооружении насыпей, кроме перемещения грунта, обычно решается обратная задача - восстановления прежнего плотного состояния грунта.

Способы разработки грунтов

Наиболее энергоемкой из всех операций по устройству выемок является отделение грунта от массива (разрушение грунта), в связи с чем способы разработки грунтов определяются по способам их разрушения, характеризуемым видом энергетического воздействия. Наибольшее применение в строительстве нашло механическое разрушение грунтов сосредоточенным контактным силовым воздействием рабочего органа машины на грунт, называемым также резанием. Для реализации этого способа рабочие органы грунторазрабатывающих машин оснащают клинообразными режущими инструментами, перемещаемыми относительно грунтового массива. В зависимости от скорости и характера воздействия режущего инструмента различают статическое и динамическое разрушение грунтов. При статическом разрушении режущий инструмент движется равномерно или с незначительными ускорениями при скорости до 2...2,5 м/с. Этот способ применяется как основной при разработке грунтов экскаваторами, землеройно-транспортными машинами, рыхлителями и буровыми машинами вращательного действия. В машинах, разрабатывающих прочные скальные породы, реализуется как статический, так и динамический способы их разрушения, в частности, ударный. Известны также вибрационный и виброударный способы, которые пока еще не получили широкого промышленного применения. Энергоемкость механического разрушения песчаных и глинистых грунтов в зависимости от их крепости и конструкции режущих инструментов составляет от 0,05 до 0,5кВтч/м 3 . Этим способом выполняют до 85% всего объема земляных работ в строительстве.

Рабочий процесс машины для механической разработки грунта может состоять только из операции разрушения грунта, как, например, у рыхлителя при разрушении прочных грунтов, или включать эту операцию как составную часть рабочего процесса. В последнем случае одновременно с отделением от массива грунт захватывается ковшовым рабочим органом или накапливается перед ним - при отвальном рабочем органе, например, при разработке бульдозером, автогрейдером. Перемещение грунта ковшовым или отвальным рабочим органом также является составной частью рабочего цикла машины, а отсыпка грунта, выполняемая в конце этой операции, заключается в целенаправленной его выгрузке из рабочего органа. Для увеличения дальности перемещения грунта некоторые машины оборудуют специальными транспортирующими устройствами, например, экскаваторы непрерывного действия. С той же целью такие машины как скреперы после отделения грунта от массива и заполнения им ковша перевозят грунт к месту отсыпки на значительные расстояния собственным ходом. При экскаваторной разработке для перевозки грунта используют специальные транспортные машины - землевозы, а также автосамосвалы, железнодорожные платформы или баржи.

Для интенсификации процесса разрушения грунта используют комбинированные способы, например, газомеханический, обеспечиваемый импульсной подачей газов под давлением в отверстия на землеройном рабочем органе. Выходящие через отверстия газы разрыхляют грунт, уменьшая этим сопротивление перемещению рабочего органа.

Сопротивляемость разрушению водонасыщенных мерзлых грунтов может быть понижена путем ввода в них химических реагентов с пониженной температурой замерзания (хлористого натрия, хлористого калия и др.).

При устройстве гидротехнических земляных сооружений (плотин, дамб), а также в некоторых других случаях на водоемах или вблизи их широко применяют гидравлическое разрушение грунтов струей воды с использованием гидромониторов и землесосных снарядов. Таким же способом добывают песок, гравий или песчано-гравийную смесь для последующего использования как строительного материала. Энергоемкость процесса достигает 4кВт ч/м 3 , а расход воды - до 50...60 м 3 на 1 м 3 разработанного грунта. Тем же способом разрабатывают грунты на дне водоемов. Малосвязные грунты при этом разрабатывают всасыванием без предварительного рыхления, а прочные грунты предварительно разрыхляют фрезами. Способ разработки грунтов с использованием напора струи воды и землесосных снарядов, которым разрабатывают около 12% общего объема грунтов в строительстве, называют гидромеханическим.

Крепкие скальные породы и мерзлые грунты обычно разрушают взрывом под давлением газов, образующихся при воспламенении взрывчатых веществ, которые закладывают в специально пробуренные скважины (шпуры), в прорезные узкие щели или в траншеи. Для бурения шпуров применяют машины механического бурения, а также термо- и термопневмобуры. Щели и траншеи обычно разрабатывают механическим способом. В термобуре реализуется термомеханический способ разрушения грунта: его прогрев высокотемпературной (до 1800...2000°С) газовой струей с последующим разрушением термоослабленного слоя грунта режущим инструментом. При термопневматическом бурении грунт разрушается и выносится из скважины высокотемпературной газовой струей со скоростью до 1400м/с. Разработка грунтов взрывом наиболее энергоемкая, а следовательно, наиболее дорогая из всех рассмотренных выше способов.

Для дробления валунов и негабаритных камней, образующихся в результате разрушения грунтов взрывом, применяют установки, реализующие электрогидравлический способ разрушения грунтов, использующий ударную волну, которая образуется в искровом разряде в жидкости. При этом полученная в разрядном канале теплота нагревает и испаряет близлежащие слои жидкости, образуя парогазовую полость с высоким давлением, воздействующим на грунт.

Реже применяют физические способы разрушения грунтов без комбинирования с другими способами. Они основаны на воздействии на грунт температурных изменений (прожигание прочных грунтов, оттаивание мерзлых грунтов), токов высокой частоты ультразвука, электромагнитной и инфракрасной энергии и т. п.

Выбор способа разработки зависит, прежде всего, от прочности грунта, в том числе и от сезонной, связанной с его промерзанием. При правильной организации плановых (неаварийных) работ можно избежать или свести к минимуму энергетические и другие затраты, связанные с разработкой мерзлых грунтов, выполняя земляные работы преимущественно до наступления зимы. В строительной практике используют также способы предохранения подлежащих разработке в зимнее время грунтов от промерзания путем их укрытия специальными матами или подсобными материалами (опилками, выпавшим до промерзания грунта снегом, разрыхленным слоем грунта и т. п.). Так, в трубопроводном строительстве, где, во избежание обрушения, траншеи отрывают загодя с небольшим отрывом по времени перед укладкой в них труб, подлежащие зимней разработке участки отрывают до наступления морозов на неполную глубину и тут же их засыпают. Разрыхленный грунт предохраняет нижележащие слои от промерзания и позволяет повторно разрабатывать траншеи требуемой глубины также при низких температурах окружающего воздуха.

Свойства грунтов

Грунтами называют выветрившиеся горные породы, образующие кору земли. По происхождению, состоянию и механической прочности различают грунты скальные -сцементированные водоустойчивые породы с пределом прочности в водонасыщенном состоянии не менее 5мПа (граниты, песчаники, известняки и т. п.), полускальные - сцементированные горные породы с пределом прочности до 5мПа (мергели, окаменевшие глины, гипсоносные конгломераты и т. п.), крупнообломочные - куски скальных и полускальных пород, песчаные - состоящие из несцементированных мелких частиц, разрушенных горных пород размером 0,05...2мм, глинистые - с размером частиц менее 0,005мм.

По гранулометрическому составу, оцениваемому долевым содержанием фракций по массе, различают грунты: глинистые (с размерами частиц менее 0,005мм), пылеватые (0,005...0,05мм), песчаные (0,05...2мм), гравийные (2...20мм), галечные и щебеночные (20...200мм), валуны и камни (более 200мм). Наиболее часто встречающиеся в строительной практике грунты различают по процентному содержанию в них глинистых частиц: глины - не менее 30%; суглинки - от 10 до 30%; супеси - от 3 до 10% с преобладанием песчаных частиц над пылевидными, пески - менее 3%.

Ниже приводятся некоторые характеристики грунтов, влияющие на процесс их взаимодействия с землеройными и грунтоуплотняющими рабочими органами. Грунт состоит из твердых частиц, воды и газов (обычно воздуха), находящихся в его порах. Влажность грунтов, оцениваемая отношением массы воды к массе твердых частиц, составляет от 1...2% - для сухих песков до 200% и более - для текучих глин и илов. В некоторых случаях, например, при оценке степени принудительного уплотнения грунтов, пользуются так называемой оптимальной влажностью, которая изменяется от 8...14% для мелких и пылеватых песков до 20...30% для жирных глин.

При разработке грунты увеличиваются в объеме за счет образования пустот между кусками. Степень такого увеличения объема оценивают коэффициентом разрыхления, равным отношению объема определенной массы грунта после разработки к ее объему до разработки (табл.1). Значения коэффициента разрыхления колеблются от 1,08...1,15 для песков до 1,45...1,6 для мерзлых грунтов и скальных пород. После укладки грунта в отвалы и естественного или принудительного уплотнения степень их разрыхления уменьшается. Ее оценивают коэффициентом остаточного разрыхления (от 1,02...1,05 для песков и суглинков до 1,2...1,3 для скальных пород).

Уплотняемость грунтов характеризуется увеличением их плотности вследствие вытеснения из пор воды и воздуха и компактной укладки твердых частиц. После снятия внешней нагрузки сжатый в порах воздух расширяется, вызывая обратимую деформацию грунта. При повторных нагружениях из пор удаляется все больше воздуха, вследствие чего обратимые деформации уменьшаются.

Степень уплотнения грунта характеризуется остаточной деформацией, основная доля которой приходится на первые циклы нагружения. Ее оценивают коэффициентам уплотнения, равным отношению фактической плотности к ее максимальному стандартному значению, соответствующему оптимальной влажности. При уплотнении грунтов требуемый коэффициент уплотнения назначают в зависимости от ответственности земляного сооружения из пределов от 0,9 до 1.

Прочность и деформируемость грунтов определяется, в основном, свойствами слагающих их частиц и связей между ними. Прочность частиц обусловлена внутримолекулярными силами, а прочность связей - их сцеплением. При разработке грунтов эти связи разрушаются, а при уплотнении восстанавливаются.

При взаимном перемещении частиц грунта между собой возникают силы внутреннего трения, а при перемещении грунта относительно рабочих органов - силы внешнего трения. Согласно закону Кулона эти силы пропорциональны нормальной нагрузке с коэффициентами пропорциональности, называемыми коэффициентами внутреннего и внешнего трения соответственно. Для большинства глинистых и песчаных грунтов первый составляет от 0,18 до 0,7, а второй - от 0,15 до 0,55.

При взаимном перемещении грунта и землеройного рабочего органа происходит царапанье твердыми грунтовыми частицами рабочих поверхностей режущего инструмента и других элементов рабочего органа и, как следствие, изменение его формы и размеров, называемое изнашиванием. Разработка грунтов изношенным режущим инструментом требует больше затрат энергии. Способность грунтов изнашивать рабочие органы землеройных машин называют абразивностью. Бόльшей абразивностью обладают более твердые грунты (песчаные и супесчаные) с частицами, закрепленными (сцементированными) в грунтовом, например, замерзшем массиве. Абразивная изнашивающая способность мерзлых грунтов в зависимости от их температуры, влажности и гранулометрического состава может быть в десятки раз выше, чем у тех же грунтов не мерзлого состояния.

Грунты, содержащие глинистые частицы, способны прилипать к рабочим поверхностям рабочих органов, например, ковшовым, уменьшая тем самым их рабочий объем и создавая повышенные сопротивления перемещению отделенного от массива грунта внутрь ковша, вследствие чего увеличиваются затраты энергии на разработку грунта и снижается производительность землеройной машины. Это свойство грунтов, называемое липкостью, усиливается при отрицательных температурах. Силы сцепления примерзшего к рабочим органам грунта в десятки и сотни раз больше, чем грунта не мерзлого состоянии. Для удаления прилипшего к рабочим органам грунта приходится делать вынужденные простои машины, а в ряде случаев, например, для очистки от примерзшего грунта, принимать специальные меры, в основном, механического воздействия.

Грунты, разрабатываемые машинами, классифицируют по трудности разработки по 8 категориям (табл.1). В основу этой классификации, предложенной проф. А.Н.Зелениным, положена плотность в физическом измерении [кг/м 3 ] и по показаниям плотномера конструкции ДорНИИ (рис.103). Плотномер

представляет собой металлический стержень круглого поперечного сечения площадью 1см 2 с двумя шайбами-упорами, между которыми свободно перемещается груз массой 2,5кг. Полный ход груза составляет 0,4м. Длина нижнего свободного конца стержня - 0,1м. Для измерения плотности прибор нижним концом устанавливают на грунт, поднимают груз до упора в верхнюю шайбу и отпускают его. При падении груз ударяет о нижнюю шайбу, совершая работу в 1Дж и заставляя внедряться в грунт нижний конец стержня. Плотность грунта оценивают числом ударов, соответствующим внедрению в грунт стержня до упора в нижнюю шайбу.

Согласно классификации проф. А.Н.Зеленина грунты распределены по категориям следующим образом: I категория - песок, супесь, мягкий суглинок средней крепости влажный и разрыхленный без включений; II категория - суглинок без включений, мелкий и средний гравий, мягкая влажная или разрыхленная глина; III категория - крепкий суглинок, глина средней крепости влажная или разрыхленная, аргиллиты и алевролиты; IV категория - крепкий суглинок, крепкая и очень крепкая влажная глина, сланцы, конгломераты; V категория - сланцы, конгломераты, отвердевшие глина и лесс, очень крепкие мел, гипс, песчаники, мягкие известняки, скальные и мерзлые породы; VI категория - ракушечники и конгломераты, крепкие сланцы, известняки, песчаники средней крепости, мел, гипс, очень крепкие опоки и мергель; VII категория - известняки, мерзлый грунт средней крепости; VIII категория - скальные и мерзлые породы, очень хорошо взорванные (куски не более 1/3 ширины ковша).

Рабочие органы землеройных машин и их взаимодействие с грунтом

Рабочие органы, с помощью которых грунт отделяют от массива (экскаваторные ковши, бульдозерные отвалы, зубья рыхлителей) (рис.104) называют землеройными. В конструкциях землеройных и землеройно-транспортных машин, рабочий процесс которых состоит из последовательно выполняемых

операций отделения грунта от массива, его перемещения и отсыпки, землеройные рабочие органы совмещают с транспортирующими - ковшами (экскаваторы, скреперы) или отвалами (бульдозеры, автогрейдеры). Первые называют ковшовыми, а вторые - отвальными. Зубья рыхлителей (рис.104,а) отделяют грунт от массива без совмещения с другими операциями.

Ковшовый рабочий орган представляет собой емкость с режущей кромкой, оснащенной зубьями (рис.104,б - г, е) или без них (рис.104,д, ж, з). Ковши с режущими кромками без зубьев чаще применяют для разработки малосвязных песков и супесей, а ковши с зубьями - в основном для разработки суглинков, глин и прочных грунтов. При разработке грунта ковш перемещается относительно грунтового массива так, что его режущая кромка или зубья внедряются в грунт, отделяя его от массива. Разрыхленный вследствие этой операции грунт поступает в ковш для последующего перемещения в нем к месту разгрузки.

Отвальные рабочие органы (рис.104,и) оснащают в нижней части ножами, в этом случае их еще называют ножевыми. Для разрушения более прочных грунтов на ножи дополнительно устанавливают зубья. Рабочий процесс отвального рабочего органа отличается от описанного выше способом перемещения грунта к месту укладки - волоком по ненарушенному грунту перед отвалом.

Режущая часть землеройного рабочего органа имеет форму заостренного клина (рис.105), ограниченного передней 1 и задней 2 гранями, линию пересечения которых называют режущей кромкой. Угол δ , образованный с направлением

движения режущего клина его передней гранью, называют углом резания, а угол Θ , образованный с тем же направлением задней гранью - задним углом. Разрушающая способность режущего клина тем больше, чем больше реализуемого рабочим органом активного усилия приходится на единицу длины режущей кромки.. При одном и том же усилии узкий режущий клин эффективнее широкого. Поскольку суммарная длина режущих кромок всех зубьев, установленных на ковше или отвале, всегда меньше длины кромки того же рабочего органа без зубьев, то рабочий орган с зубьями обладает большей разрушающей способностью по сравнению с рабочим органом без зубьев. Чем меньше на рабочем органе зубьев, тем больше его разрушающая способность.

При взаимодействии с грунтом, обладающим абразивными свойствами, режущий клин затупляется, его режущая кромка становится все менее выраженной, а энергоемкость разработки им грунта возрастает.

Для повышения износостойкости режущих инструментов землеройных рабочих органов переднюю грань

упрочняют твердым сплавом в виде наплавок износостойкими электродами или напаек из металлокерамических твердосплавных пластин (рис.106). Последние более эффективны по сравнению с наплавками. Они обладают высокой твердостью, соизмеримой с твердостью оксидов кремния, содержащихся в песчаных грунтах, но подвержены хрупкому разрушению при встрече с валунами.. Упрочненный по передней грани режущий инструмент обладает эффектом самозатачивания, который проявляется в том, что державка 1, имеющая более низкую твердость по сравнению с упрочняющим слоем (пластинкой) 2, изнашивается быстрее последнего (формы износа показаны на рис.106 тонкими линиями), так что режущий инструмент во все время работы остается практически острым с затуплением лишь по толщине упрочняющего слоя. Такой режущий инструмент обеспечивает менее энергоемкую разработку грунта, чем неупрочненный. Реализуемые режущим клином усилия на отделение грунта от массива (усилия резания} почти стабильны при разработке пластичных глинистых грунтов(рис.107,а ). Во всех других случаях усилия резания изменяются от минимальных значений до максимальных с определенным периодом, подобно показанному на рис.107,б .

Рис.107. Типовые графики внешней нагрузки

Амплитуда этих колебаний возрастает по мере увеличения прочности и хрупкости грунтов. Процессу резания сопутствует перемещение грунта перед рабочим органом, внутри его (при ковшовом рабочем органе) или по нему (при отвальном органе). Совокупность этих перемещений вместе с резанием называют копанием.

Сопротивление грунта резанию зависит только от вида грунта и параметров режущего инструмента, в то время как сопротивление копанию, кроме того, зависит от способа разработки (типа землеройной машины), что отражено в таблице 1.

Часто сравнивается с фундаментом строительной компании. От качества ее выполнения во многом зависит успех строительства, его темпы, а также прочность и надежность построенных зданий и сооружений.

Действительно, основой любого строения, принимающей на себя его вес, является фундамент, который в свою очередь, передает нагрузку на плоскость основания, роль которого играет несущий грунт.

Его подготовка, включающая расчет основания с учетом качества грунта, производится в самом начале строительных работ.

Перед началом работ в обязательном порядке проводится изучение грунтов, составляющих участок. На основании полученных данных определяется глубина разработки фундамента, объем предстоящих земляных работ, а также потребность в специальной технике.

Наиболее распространенными являются следующие виды грунтов:

• сыпучий грунт, состоящий преимущественно из песка или гравия;
• грунт с высокой связностью, состоящий из глины или суглинков;
• скальные грунты;
• грунты с низкой несущей способностью, состоящие из лессов, торфа и т.д.

В зависимости от объема земляных работ и места расположения строительной площадки (учитывается наличие подъездных путей и места для маневров техники), разработка грунта может вестись ручным или механизированным способом.

Разработка грунта механизированным способом, цена которой зависит от используемой техники и качества грунта, всегда эффективней и экономически выгодней по сравнению с ручным трудом.

В то же время ручная разработка грунта может быть единственным приемлемым способом проведения земляных работ.

Способы разработки грунта

Ручная разработка грунта

Земляные работы считаются одними из самых тяжелых видов работ, требующих специальной физической подготовки. Их проведение практикуется только в особых случаях.

Ручная разработка грунта ведется в тех случаях, когда использование землеройной техники невозможно из-за стесненных условий или малого объема работ, например, при подчистке котлованов и узких траншей, где бульдозер просто не может поместиться. При ручной разработке грунтов используются лопаты, заступы, тележки или вагонетки.

Применять ручной труд при разработке скальных грунтов допускается только в случаях аварийной ситуации.

Механизированная разработка грунта

Механизированная разработка грунта считается основным способом ведения земляных работ. При этом используется землеройная и землеройно-транспортная техника: экскаваторы и скреперы.

В свою очередь экскаваторы могут быть циклического действия, например, одноковшовые, производящие выемку и погрузку грунта, а также непрерывного действия, например, цепные или роторные, применяемые для разработки грунтов линейной выемки. Примером линейной выемки является рытье канав, глубина которых при использовании роторных экскаваторов может составлять 1,5 м, а при применении цепных экскаваторов составлять 3,5 м.

При разработке грунтов экскаваторами необходимо задействовать транспортные средства для его перемещения за пределы строительной площадки. Практикуется также разработка грунта с погрузкой бульдозерами в отвал.

В то же время скрепер выполняет одновременно две функции: транспортного средства по перемещению грунта и землеройной машины. Его рабочий орган ковш оборудован специальным ножом, обеспечивающим послойное резание грунта, сопровождающееся одновременной его погрузкой.При заполнении ковша он поднимается, переходя в транспортное положение, а затем отвозит грунт к месту его складирования. В зависимости от объема земляных работ можно использовать скреперы с различным объемом ковша от 1,5тонн до 25 тонн.

Особенности разработки грунта зимой

При необходимости земляные работы могут вестись и в зимнее время года. При этом следует учитывать, что трудоемкость работ, а также их стоимость зимой увеличивается. Так, к примеру, стоимость разработки мерзлого грунта экскаватором может увеличиться в 2 раза.

Выбор техники для разработки грунтов зимой производится в зависимости от глубины промерзания. При незначительном промерзании, составляющем 10% от объема 1м3 грунта, для работы используются скреперы или бульдозеры. Если объем замерзшего грунта в одном кубическом метре составляет 0,15%, используют экскаваторы-драглайны, а при промерзании 25% применяют экскаваторы с прямой лопатой.

При более сильном промерзании грунты перед разработкой рыхлят или скалывают специальной техникой.

Для повышения эффективности работ предпринимаются меры по защите грунтов от промерзания. Для этого их предварительно рыхлят, утепляют местными доступными теплоизоляционными материалами, например, сухой травой, листвой или хвоей. Хороший эффект по защите грунта от промерзания можно получить при использовании снегозадержания.

Особенности разработки грунта в труднодоступных местах

Выемка грунта в труднодоступных местах, там, где использование обычной землеройной техники не представляется возможным, производится вручную или с помощью специального экскаватора с телескопическим оборудованием, получившим название «планировщик». Его конструкция предусматривает выдвижение и обратное втягивание стрелы, и несколько дополнительных степеней подвижности ковша, что позволяет использовать «планировщик» для работы в стесненных условиях, под мостами и на склонах.

Особенности разработки грунта на зыбких и пучинистых почвах

Земляные работы с обычными грунтами лучше вести в теплое время года. При отрицательной температуре грунт замерзает и его прочность возрастает с несколько раз, что требует затраты больших усилий для его разработки и выемки.

Однако в некоторых случаях, например, при работе в заболоченной местности или при отсутствии подъездных путей, земляные работы ведутся зимой. Расчет делается именно на замерзание грунта и повышение его прочности, что позволяет создать подъездные пути и организовать работу техники.

Разработка грунта – комплекс нормативных правил и требований, который обеспечивает технологичность, безопасность проведения работ. Компания «ПрогрессАвтоСтрой» добавляет к этому оперативность, точность и гибкие условия сотрудничества.

Особенности проведения работ по разработке грунта экскаваторами

Технология предусматривает выемку грунта, его перемещение и другие операции, которые применяются в жилищном, промышленном, транспортном, хозяйственном строительстве. Это подразумевает подготовку базы для возведения зданий, сооружений различной спецификации, включая монтаж коммуникаций.

Разработка грунта экскаватором требует проработки следующих моментов:

• способ выполнения работ;
• дальность перемещения грунтов;
• тип экскаватора, который будет использоваться для разработки.

Это практичная, универсальная техника, которая обеспечивает точность выполнения работ при высокой скорости их проведения. Это причина того, что цена разработки грунта экскаватором за 1м3 находится на приемлемом уровне.

Цены на разработку грунта за 1м3 механизированным способом

Внимание!

При разработке скальных пород, требуется предварительное разрыхление грунтов. Для этого привлекается специальное оборудование, например, клин-баба.

Подготовительные работы

Требования СНиП предусматривают проведение подготовительных работ перед началом экскаватором, . Это расчистка участка, площадки от кустарника, редколесья, пней и строительного мусора. При необходимости выполняется его планировка. Эти работы входят в перечень услуг, выполняемых компанией «ПрогрессАвтоСтрой».

Подготовка необходима для организации безопасной работы экскаватора, сопроводительной техники, специалистов, точной закладки котлованов в соответствии с техническим заданием. Это при разработке экономит ресурсы, дает возможность быстро вносить коррективы в дальнейший ход работ.

Важно!

Расчистка участка дает возможность обнаружить коммуникации, пролегающие на нем: технологические колодцы, трассы. Экскаватор ничего не повредит.

Схемы производства работ по разработке грунта

Разработка грунта подразделяется на 2 типа:

• бестранспортные – грунт укладывается в отвал;
• транспортные – порода грузится при помощи экскаватора в специально отведенные места. Это может быть отдельная площадка недалеко от строительства или полигон, для складирования грунта.

Стоимость аренды экскаваторов для разработки грунта*

*В указанную стоимость уже включена оплата топлива и машиниста.

Доставим спецтехнику в любую точку Москвы и Московской области.

Из дополнительного оборудования предоставляем гидромолот.

	Наименование	Объем ковша, м3	Мин. время работы + 1 час подачи	Цена 1 часа работы, руб.	Цена за мин. время работы, руб.	Стоимость доставки
				2 250 2 000	18 000 16 000	по договоренности
		от 0,65 до 1,65		2 000 1 750	16 000 14 000	по договоренности
				1 875 1 625	15 000 13 000	по договоренности
				2 000 1 750	16 000 14 000	по договоренности

Транспортная схема требует организации движения автотранспорта. Самосвалам может быть обеспечен сквозной проезд, без необходимости маневрирования или техника заезжает в тупик, после загрузки разворачивается и вывозит породу.

Эта схема предусматривает большие временные затраты, но является оптимальным решением в условиях проведения работ на небольшой площади, при наличии сложных грунтов. Особенно актуально для строительства в черте города.

Выбор схемы, типа экскаватора определяется спецификой строительства. В водохозяйственной, нефтегазопроводной, сфере коммуникаций зачастую применяются бестранспортные, а в промышленном и жилищном – транспортные схемы производства работ.

Разработка грунта экскаватором в отвал и с вывозом одноковшовыми экскаваторами выполняется проходками. Важно просчитать оптимальные рабочие параметры каждого экскаватора. Их количество и параметры определяются во время разработки проектов и обозначаются в технологических картах производства земляных работ. Для каждого объекта это делается в соответствии с параметрами земляных сооружений (по рабочим чертежам).

Особенности организации работы экскаватора

Выемка грунта осуществляется лобовыми или боковыми проходками:

• при лобовой проходке, ось хода экскаватора совпадает с осью земляного сооружения или располагается в площади ее сечения, разрабатывает три откоса выемки – два боковых и торцевой.
• боковые проходки бывают двух типов: закрытая, когда ось хода экскаватора располагается сбоку сечения выемки. В первом случае, техника разрабатывает, три откоса – два боковых, торцевой, во втором, – экскаватор перемещается вдоль полосы и разрабатывает два откоса боковой и торцевой.

Сам экскаватор располагается в забое. Это его рабочая зона, которая включает площадку для постановки транспорта под загрузку. Тут требуется проработка на организационном уровне для обеспечения безопасности процесса и оперативности работы экскаватора.

Параметры проходок и забоев определяются так, чтобы сократить время экскавации, для чего угол поворота экскаватора не должен превышать 70 градусов. Также важно максимально сократить количество переходов экскаватора, предотвратить скопления грунтовых и поверхностных вод.

Требования к глубине котлованов при разработке грунта

Глубина разработки грунта экскаватором регламентируется требованиями СНиП, которые должны соблюдаться, выполняться на практике, чтобы избежать аварийных ситуаций, повреждений зданий, сооружений, находящихся . Это требования также относятся к крутизне стен и откосов.

Траншей с отвесными поверхностями без крепления, при отсутствии грунтовых вод, наличия подземных сооружений допускается на глубину:

• 1.0 метра для сыпучих грунтов – песок, гравий;
• 1,25–1,5 метра для суглинков и супесей;
• 2.0 метра – допустимая глубина для скальных пород.

При превышении глубины в 2.0 метра, для последнего варианта, необходимость обустройства дополнительных укреплений стенок определяется исходя из текущей ситуации, на основании нормативных требований.

При глубине котлована более 5.0 метров угол откосов регламентируется гидрологической ситуацией. При отсутствии талых, дождевых, грунтовых вод наклон временных откосов должен составлять:

• до 35 градусов для сыпучих, неустойчивых грунтов;
• до 40 градусов для глины.

Каждый раз перед началом выемки грунта, необходимо провести визуальный осмотр откосов, чтобы предотвратить аварии, связанные с проседанием грунта. Это приведет к падению экскаватора, создает опасность для жизни и здоровья специалистов, поэтому не может быть формальностью.

Выемка грунта драглайном или обратной лопатой требует правильной постановки экскаватора. При глубине более 5.0 метров техника, ее опорные элементы должны располагаться не ближе, чем в 1.0 метре от контура котлована.

Важным условием тут является выполнение требований относительно формирования временных откосов, их угла наклона. Также учитывается расположение экскаватора относительно котлована, траншеи – параллельное или перпендикулярное. Полоса между контуром и техникой называется бермой безопасности.

Кадровая политика – гарантия выполнения работ на высоком техническом, технологическом уровне

Вышеописанные условия зачастую так и остаются прописанными только на бумаге. Компания «ПрогрессАвтоСтрой» гарантирует выполнение всех технических, технологических условий на практике. Это обеспечивает максимально эффективное использование ресурсов, своевременную сдачу работ.

Экскаваторами требует участия квалифицированного персонала. Человеческий фактор и опыт специалистов играет важную роль в успешной реализации технического задания.

«ПрогрессАвтоСтрой» гарантирует профессиональный, добросовестный подход к работе, ее выполняют мотивированные работники с внушительным опытом, которые регулярно проходят специализированное обучение и профильные инструктажи, знают досконально принцип работы каждого экскаватора.

Рациональная кадровая политика – одно из приоритетных направлений в работе компании «ПрогрессАвтоСтрой». От специалистов зависит безопасность, точность и скорость выполнения работ. Это касается инженерной поддержки и непосредственного выполнения работ.

Экскаватор любого типа в этом случае работает на оптимальной мощности. Штат укомплектован мотивированными, опытными работниками, что гарантирует успех сотрудничества.

Расчет стоимости работ

Расценка разработки грунта экскаватором основывается на расчете за 1м3 изъятой породы . Отдельно рассчитываются транспортные услуги – работа самосвалов. Стоимость тут основывается на отраслевых коэффициентах, которые рассчитываются в зависимости от определенных условий. Наиболее важный показатель тут – количество поездок или ходок за смену.

В цену за 1м3 разработки грунта экскаватором входят следующие статьи:

• способ выполнения работ;
• сложность (учитывается тип грунта, технические условия);
• обустройство транспортной системы – съездов и выездов;
• расход топлива;
• трудочасы – заработная плата специалистов;
• коэффициент амортизации оборудования.

Так формируется честная цена разработки грунта экскаватором, без скрытых комиссий, непонятых платежей и накруток. Компания «ПрогрессАвтоСтрой» гарантирует клиентам прозрачное ценообразование, основанное на коэффициентах и нормативах отраслевой документации.

Преимущества «ПрогрессАвтоСтрой»

Компания предлагает заказчикам прозрачное сотрудничество на выгодных условиях. Это касается технической, экономической и практической плоскости. Работа специалистов «ПрогрессАвтоСтрой» ориентирована на профессиональное выполнение работ, рациональное использование ресурсов, экономию времени и денег.

Заключая договор с компанией, клиент гарантированно получает такие преимущества:

• оперативную обработку информации;
• квалифицированное информационное сопровождение;
• выбор наиболее практичной схемы выполнения работ;
• современный, где каждый экскаватор проходит своевременный техконтроль. Это гарантия экономии, отсутствия простоев;
• профессиональное юридическое сопровождение сотрудничества, точное, ;
• лояльность – возможность обсуждения условий работ.

Из таких компонентов складывается современная логистика, которая дает возможность не только предлагать демократичную стоимость разработки 1 м3 грунта экскаватором, но и гарантировать выполнение всех нормативных базисов без ущерба срокам и проектным данным.

Чтобы получить надежного партнера – стать клиентом компании «ПрогрессАвтоСтрой», необходимо сделать телефонный звонок, отправить сообщение на электронную почту или оставить заявку с помощью формы обратной связи.

Мы решаем задачи любой сложности на приемлемых условиях. Разработка грунта экскаватором доступная цена за 1 м3 в сочетании с профессионализмом – мощная поддержка бизнеса.