Расчет объемов переработки грунта и составление баланса земляных масс

Баланс земляных масс при отрывке котлованов включает в себя объемы переработки грунта по отрывке собственно самого котлована, устройству съездов в котлован и обратной засыпке пазух подземной части здания (сооружения) и съездов, а также по обсыпке (засыпке) сооружения (если это предусмотрено проектом).

 

3.1 Расчет объемов разработки грунта по отрывке котлована. Определение объема разрабатываемого грунта V_к может производиться по различным формулам в зависимости от конфигурации котлована. Так для котлованов прямоугольной формы с откосами можно рекомендовать формулу усеченной пирамиды:

V_к = [ L_к^н • В_к^н + L_к^в • В_к^в + ( L_к^н + L_к^в ) • ( В_к^н + В_к^в )] • H_к / 6 , м³ / 12 /

Для котлованов с откосами, имеющими в плане форму многоугольника, с достаточной степенью точности применима формула:

V_к = ( F_к^н + F_к^в + 4 • F_к^ср ) • H_к /6, м³ / 13 /

где F_к^н, F_к^в и F_к^ср - площади котлована соответственно по дну, по верху и по середине высоты котлована.

Для квадратной формы котлованов с откосами может быть использована формула

V_к = [ F_к^н + F_к^в + √ ( F_к^н • F_к^в )] • H_к /3, м³ , / 14 /

а для круглых котлованов с откосами -

V_к = ( R_к² + r_к² + R_к • r_к ) • π • H_к / 3 , м³, / 15 /

где R_к и r_к - радиусы соответственно по низу и по верху круглого в плане котлована.

 

3.2 Для подсчета объемов разработки грунта при устройстве съездов в котлован V_c, можно воспользоваться формулой:

V_c = n_c • V_1с = n_c • [ 3 • в_с + 2 • m • H_к • ( m׳ –m ) / m׳ ] • ( m׳ –m ) • H_к² / 6, м³, / 16 /

где: n_c – количество съездов в котлован;

V_1с = [ 3 • в_с + 2 • m • H_к • ( m׳ –m ) / m׳ ] • ( m׳ –m ) • H_к² / 6 - объем грунтапо разработке

одного съезда, м³;

в_с и m′ - соответственно ширина и крутизна съездов, значения которых приняты выше в

разделе 1.

3.3 Расчет объемов грунта для обратной засыпки пазух сооружений. Обратная

засыпка пазух сооружений предпологает заполнение свободного пространства в котловане

и съездов после окончания СМРуплотненным грунтом до уровня красной отметки

строительной площадки. Геометрический объем этой засыпки V_п.с. с достаточной

точностью может быть рассчитан по формуле:

V_п.с. = V_к – V_пчс + V_c, м³ / 17 /

где: V_пчс – объем подземной части здания (сооружения), м³, который рассчитывается по

заданным габаритным (осевым) размерам здания (сооружения) с учетом толщины

ограждающей конструкции.

Потребность в грунте для обратной засыпки пазух сооружений находится с учетом

коэффициента остаточного разрыхления К_о.р. , т.е.

V_гр.п.c. = V_п.с. • К_о.р. , м³ / 18 /

К_о.р.= 100/ ( 100 + П_о.р. ), / 19 /

где П_о.р. - показатель остаточного разрыхления грунта, %, принимаемый по данным

ЕНиР Е2-1(табл. № П1.2 Приложения П1).

 

3.4 Составление баланса земляных масс. Все результаты выполненных расчетов по

объемам земляных работ (с округлением до целого числа) заносятся в таблицу № 1 нижеприведенной формы.

Таблица № 1

Баланс земляных масс

	В Ы Е М К А	Н А С Ы П Ь
	№ п/п	Наименова- ние мест разработки грунта	Объем грунта, м3	Места и количество раз- размещенного в них грунта, м3	№ п/п	Наименова- ние мест об- разования насыпи	Геомет- рический объем, м3	Потреб- ность в грунте, м3
		Котлован: - зона А - зона Б	Vк׳ Vк׳ ׳	Отвал на берме – - (Σ Vн) ∙ Кп.р.   Транспортное сред- ство – (Σ Vв – Σ Vн ) ∙ Кп.р.		Пазухи соору- жения	Vп.с.	Vгр.п.с.
		Съезды	Vc		Съезды	Vс	Vгр.с
		Σ Vв =					Σ Vн =

По данным табл. № 1 устанавливаются:

● общий объем разрабатываемого грунта при отрывке котлована Σ V_в ;

● объем грунта, разрабатываемого в отвал на берме котлована для последующего

использования при обратной засыпке пазух сооружения, V_отв = Σ V_н ;

● объем излишнего грунта, разрабатываемого с погрузкой в транспортные средства

для вывоза, V_тр.ср. = Σ V_в - Σ V_н ;

● объем грунта в отвале на берме котлована, равный V_отв • К_п.р. ,

где К_п.р.= (100 + П_п.р.)/100 – коэффициент первоначального разрыхления грунта, а

П_п.р. - показатель первоначального разрыхления грунта, %, принимаемый по

даннымЕНиР Е2-1(табл. № П1.2 Приложения П1);

● объем вывозимого (излишнего) грунта, равный V_тр.ср. • К_п.р.

 

Выбор технических средств для механизированного выполнения

Земляных работ.

 

Выполненные в предыдущих разделах расчеты и принятые в них технологические

решения позволяют приступить к подбору строительных машин для производства

земляных работ. Это осуществляется, как правило, в два этапа:

● на первом этапе для принятых условий производства работ устанавливаются

технические требования к машинам, производится расчет минимально возможных

значений технических параметров их использования и по каталожным данным подбираются соответствующие машины (типы, модели и марки) с параметрами, номинальные значения которых наиболее близки к расчетным (с некоторым – до 10% - превышением);

● на втором этапе производится технико-экономическое сопоставление подобранных машин по продолжительности, трудоемкости и стоимости выполнения ими заданного объема работ и по его результатам выбирается самый экономичный.

В расчетно-графической работе предусматривается выполнение только первого, основного этапа и поэтому ниже приводится методика выбора строительных машин только по техническим показателям.

 

4.1 Расчет технических параметров и выбор экскаватора для отрывки

Котлована

Механизированная разработка грунта по отрывке котлованов может производиться землеройными и землеройно-транспортными машинами. Выбор определяется прежде всего размерами котлована. Землеройные машины используются, как правило, при отрывке относительно глубоких котлованов ( H_к > 1, 5 м), а землеройно-транспортные – более мелких и большой протяженности в плане.

 

☺ К основным землеройным машинам, используемым при отрывке котлованов, относятся одноковшовые экскаваторы, которые различаются по виду ковша («прямая лопата», «обратная лопата», драглайн и грейфер) и его вместимости (от 0, 15 до 4 м³ ), по виду ходового устройства (гусеничные, автомобильные, пневмоколесные и шагающие) и по системам управления (электрические, гидравлические и пневматические). Технологический процесс экскавации грунта складывается из чередующихся в определенной последовательности операций в одном цикле – резания слоя грунта и заполнения им ковша, подъем ковша с грунтом, поворот платформы экскаватора вокруг оси к месту выгрузки, опорожнение ковша, обратный поворот платформы и подача ковша в исходное положение.

Рабочее оборудование « прямая лопата » представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем, жестко насаженный на рукоять, которая шарнирно соединена со стрелой экскаватора. Режущий передний край ковша может быть сплошным (обычно полукруглой формы) или снабжен зубьями и клыками для предварительного рыхления грунта. Опорожнение ковша производится путем открывания его днища. Экскаваторы с прямой лопатой разрабатывают грунт выше уровня своей стоянки движением ковша от себя, находясь на дне забоя. Поэтому они используются при разработке выемок только в сухих и маловлажных грунтах, преимущественно с погрузкой в транспортные средства.

Рабочее оборудование « обратная лопата » - это такой же, как и в «прямой лопате», жестко насаженный на шарнирно соединенную со стрелой рукоять ковш с режущей передним краем, но открытый не сверху, а снизу. Эта особенность позволяет разрабатывать грунт, находящийся ниже уровня стоянки экскаватора, движением ковша на себя, т.е. рабочая зона экскавации распологается ниже уровня стоянки машины. Ковш отличается также тем, что днище его не открывающееся и поэтому опорожнение его производится путем подъема с одновременным опрокидыванием. Экскаваторы с «обратной лопатой» используются преимущественно при рытье траншей и небольших котлованов, в том числе и в сильно насыщенных влагой грунтах и даже в грунтах, находящихся под слоем воды.

Навесное рабочее оборудование драглайн представляет собой такой же, как и в «обратной лопате», открытый снизу ковш, но свободно подвешенный на канатах к удлиненной стреле кранового типа. Забор грунта в этом случае происходит при забрасывании ковша в выемку на расстояние, несколько превышающее длину стрелы, и подтягивании его по поверхности грунта к стреле. Заполненный грунтом ковш приводится в горизонтальное положение при подъеме и переносится поворотом платформы экскаватора к месту разгрузки, где опорожняется при ослаблении тягового каната. Экскаваторы с ковшом драглайн используются для отрывки траншей и котлованов сравнительно больших размеров в плане, в том числе и в сильно насыщенных влагой грунтах и даже в грунтах, находящихся под слоем воды.

Навесное рабочее оборудование грейфер представляет собой ковш, выполненный в виде челюстного затвора из двух и более лопастей, принудительно смыкаемых и размыкаемых с помощью специального привода (канатного, гидравлического или пневматического). В грейфере с канатным приводом ковш подвешивается к удлиненной стреле канатом (как в драглайне), а с гидравлическим и пневматическим приводом - жестко соединяется с рукоятью (как в «обратной лопате»). В первом случае забор грунта грейфером производится при опускании на грунт ковша с раскрытыми лопастями и погружения последних в грунт за счет собственного веса ковша. Во втором случае погружение лопастей в разрабатываемый грунт обеспечивается не только за счет собственной массы тяжелого ковша, но и за счет дополнительного вдавливания приводом, увеличивая тем самым заполнение ковша грунтом и повышая производительность экскаватора в целом. Экскаваторы с грейферным ковшом используются при разработке узких и глубоких выемок в мягких и сыпучих грунтах, в том числе при высоком уровне грунтовых вод.

К землеройно-транспортным машинам, которые могут быть использованы при отрывке неглубоких котлованов большой протяженности в сухих и маловлажных грунтах, относятся бульдозеры и скреперы.

Основным рабочим органом бульдозеров является отвал (поворотный или неповоротный), смонтированный спереди базового трактора и предназначенный непосредственно для резания и перемещения грунта. Бульдозерыразличают в основном по марке и мощности используемого базового трактора (на базе тракторов Т-74, ДТ-75, Т-100, Т-130, Т-180, ДЭТ-250 и др., где числа после буквенных обозначений означают мощность двигателя трактора в л.с.). Технологический процесс работы бульдозера включает в себя резание и набор грунта путем снятия стружки под уклон, перемещение грунта с надвижкой его отвалом, разгрузку грунта и возвратный холостой ход.

Основным рабочим органом скреперов является ковш, который соединен с гусеничным или колесным тягачом (одноосным или двухосным). Скреперный ковш представляет собой открытую сверху емкость, опирающуюся задней частью на колесную пару, а передней – соединенную шарнирным сцепным устройством с тягачом. Он ограничен днищем, имеющим в передней части режущую кромку, боковыми стенками, выдвижной задней стенкой и заслонкой в передней части. Резание грунта и наполнение им ковша происходят при опускании и протягивании последнего с открытой заслонкой по поверхности грунта в результате заглубления его режущей кромки. После заполнения ковш поднимают, закрывают заслонкой и тягачом на транспортной скорости перемещают к месту разгрузки, где ковш снова опускают, оставляя щель между режущей кромкой и поверхностью передвижения, открывают заслонку и, передвигаясь на малой скорости, перемещением задней стенки выталкивают грунт из ковша. При этом задние колеса, перекатываясь по свежеотсыпанному грунту, уплотняют его. Скреперы различают по вместимости ковша и способу его перемещения ( прицепные с объемом ковша 3…10 м³, работающие в сцепе с трактором-тягачом и воспринимающие всю рабочую нагрузку – вес ковша с грунтом – через собственные ходовые устройства, полуприцепные с объемом ковша 4, 5 – 5 м³ , отличающиеся от прицепных тем, что часть рабочей нагрузки передается на тягач, и самоходные с объемом ковша 8…25 и более м³ ). Технологический цикл работы скрепера включает в себя резание грунта путем снятия стружки и заполнение им ковша при прямолинейном движении, транспортировку к месту укладки, отсыпку грунта и возвращение порожняком на исходную позицию следующего рабочего цикла. Для увеличения толщины срезаемой стружки, сокращения времени и пути наполнения ковша, особенно в плотных грунтах, скреперы используют в комплекте с трактором-толкачом, обслуживающим, как правило, группу из 2…6 скреперов на участке набора грунта. Число тракторов-толкачей выбирают в зависимости от вида и вместимости ковша используемых скреперов и дальности транспортировки грунта и может приниматься с учетом тех же рекомендаций, что и при вертикальной планировке строительных площадок.

При отрывке котлованов землеройно-транспортными машинами выбор бульдозеров и скреперов производится также, как и при вертикальной планировке, по средней дальности перемещения грунта, которая определяется как расстояние между геометрическими центрами котлована и отвала.

 

При отрывке котлованов землеройными машинами основными техническими показателями, по которым производится подбор одноковшовых экскаваторов, являются емкость ковша экскаватора V_ковша , глубина копания (резания), равная глубине котлована H_к , радиус копания (резания) R_к , радиус выгрузки R_в и высота выгрузки H_в , принимаемая равной несколько выше высоты отвала H_отв .

На выбор оптимального значения емкости ковша экскаватора влияют много факторов, но определяющим из них является общий объем разрабатываемого грунта Σ V_в (см. табл. № 1). В зависимости от него емкость ковша экскаватора ориентировочно может приниматься по данным табл. №П1.3 Приложения П1.

Требуемые минимальные значения R_к и R_в находятся расчетом в зависимости от

того, как размещены отвалы грунта на берме котлована (оно определяет направление движения экскаватора при отрывке котлована). Если отвалы размещаются вдоль всех четырех сторон котлована, то это означает, что экскаватор должен разрабатывать грунт навымет проходками с боковым забоем, двигаясь по всему периметру котлована параллельно отвалам, а из центральной зоны (в случае наличия в балансе земляных масс лишнего грунта) – на вывоз проходками с лобовым (торцевым) забоем и погрузкой в транспортные средства. В более распространенном варианте, когда размещение отвалов предусмотрено на двух противоположных сторонах котлована, последний делят на 2 (при отсутствии в балансе земляных масс лишнего грунта) или 3 (при наличии лишнего грунта) зоны, параллельные направлению отвалов: две крайние зоны экскаватор разрабатывает навымет проходками с боковым забоем, двигаясь параллельно отвалам, а среднюю зону – на вывоз проходками с лобовым (торцевым) забоем и погрузкой в транспортные средства. Но в обоих вариантах требуемые значения R_к и R_в рассчитываются по проходке, при которой экскаватор работает навымет. При этом они определяются из условия, что

R_к + R_в ≥ В_з / 0, 8, / 20 /

где В_з – ширина крайнего расчетного забоя, м.

Учитывая также, что R_к экскаватора в среднем на 15…25 % больше R_в , ориентировочно получаем:

R_к = 0, 7 • В_з , м и R_в = 0, 57 • В_з , м / 21 /

 

☺ Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами производится позиционно. Зона, в которой работает экскаватор на одной позиции, называется забоем. В забой входят место стоянки экскаватора, массив грунта, разрабатываемого с этой стоянки, и площадка, на которой размещается отвал грунта или транспорт под погрузку при вывозке грунта. По окончании разработки грунта в одном забое экскаватор перемещается на новую позицию. Длина рабочей передвижки экскаватора равняется разности между максимальными и минимальными радиусами резания (экскаваторы с прямой и обратной лопатами) или 1/5 длины стрелы (экскаваторы с ковшом драглайн). Различают забои лобовые ( торцевые ), когда экскаватор разрабатывает на каждой стоянке грунт впереди себя и по обе стороны от оси движения, и боковые, когда разработка грунта производится только по одной стороне от оси движения экскаватора, а выгрузка – по другой. Лобовые (торцевые) забои менее эффективны, чем боковые, и поэтому применяются ограниченно, в основном при разработке грунта с погрузкой в транспортные средства в пионерных проходках и траншеях, въездных пандусах и др. Под проходкой понимается зона разработки грунта при перемещении экскаватора в одном направлении. Работа экскаватора навымет означает разработку грунта с выгрузкой его на берму котлована или траншеи.

 

Ширина крайнего забоя В_з складывается из ширины зоны разработки грунта навымет b_з , заложения откоса m • H_к , половины ширины отвала грунта на берме b_отв и допустимого расстояния b (принимаемого не менее 1 м) от подошвы отвала до бровки котлована:

В_з = b_з + m • H_к + b + b_отв , м / 22 /

Величины b_з и b_отв зависят от принятой схемы работы экскаватора навымет, которая в свою очередь определяется тем, как расположены отвалы грунта на берме котлована. При расположении отвалов грунта на двух противоположных сторонах котлована

b_з = V_отв / ( 2 • ℓ _з • H_к ), м / 23 /

b_отв = √ ( b_з • H_к • К_п.р. ), м / 24 /

где ℓ _з – средняя длина зоны разработки грунта навымет (вдоль отвала), равная полусумме

соответствующего размера котлована по его дну и верху, м.

При расположении отвалов грунта вдоль всех четырех сторон котлована значение b_отв определяется по той же формуле / 24 /, а значение b_з - по формуле:

b_з = V_отв / ( ℓ _з.р. • H_к ), м / 25 /

где ℓ _з принимается ориентировочно равной полусумме периметров котлована по его

дну и верху ( ℓ _з = L_к^н + В_к^н + L_к^в + В_к^в ).

Определив по формулам /47/ расчетные значения R_к и R_в , подбирают по ЕНиР [3] или

по справочникам экскаваторы, номинальные технические параметры которых наиболее

близки (с превышением не более 10%) к требуемым показателям. При этом выписываются марка и модель экскаваторов и все их основные номинальные технические характеристики.

Если же расчетные значения R_к и R_в оказались излишне большими и подобрать

экскаватор не удается, то следует принять решение об отрывке котлована не за одну

проходку, а за несколько. В этом случае ширину зоны разработки грунта навымет b_з делят

на целое число n_пр и по полученному значению b_з^׳ находят соответствующие ему значения величин b_отв^׳ , В_з^׳ , R_к^׳ и R_в^׳ (по формулам /24/, /22/ и /21/), после чего производят выбор экскаваторов. Необходимое число проходок n_пр устанавливается методом подбора.

Аналогично решается задача, когда требуется установить возможность и условия использования для отрывки котлована имеющегося в наличии экскаватора с определенными техническими параметрами.

При отрывке котлована в несколько проходок следует иметь в виду, что совместно с экскаватором должен работать в качестве вспомогательной машины бульдозер, который будет перемещать разработанный в отдельных (за исключением последней) проходках грунт в отвал.

Завершением данного подраздела должно быть принятое решение по выбранной марке экскаватора и основные технические характеристики последнего.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: