Технология механизированной переработки грунта

Лекция № 6: «Технология механизированной переработки грунта. Транспортирование и уплотнение грунта»

1. Транспортировка грунта при строительстве ГТС имеет свои особенности, позволяющие рассматривать этот процесс обособленно. Землеройные машины являются одновременно и транспортными, позволяющими перемещать грунт на следующие расстояния:

- экскаваторами                               до 20…25 м;

- бульдозерами                               до 25…150 м;

- скреперами прицепными              до 400…800 м;

-скреперами самоходными             до 3000 м.

При больших дальностях перемещения используют транспортные средства циклического и непрерывного действия. К транспорту циклического действия относятся рельсовый (железнодорожный) и безрельсовый (автомобильный и тракторный), а к транспорту непрерывного действия – гидравлический, конвейерный (с помощью транспортеров) и подвесной. Транспортные средства подбираются на основе их технико-эксплуатационных показателей (см. таблицу 1).

Таблица 1 - Условия применения средств транспортировки грунта

В качестве автомобильного транспорта в гидротехническом строительстве применяют автомобили-самосвалы грузоподъемностью до 12 т. Рациональное соотношение между вместимостью ковша экскаватора и вместимостью кузова самосвала равно 1:6…1:8 (например, при 1:3 производительность экскаватора падает на 40%).

В качестве тракторного транспорта используются тракторы класса 30…100 кН и прицепы к ним. Несмотря на маленькие скорости перемещения (до 5-7 км/ч) целесообразно его использование в условиях бездорожья и значительных уклонах местности (до i=0,15) при строительстве средних и мелких объектов (строительство земляных плотин III-IV класса на малых и средних реках) и оптимальной дальности перемещения 600-800 м.

Применение железнодорожного транспорта ограничено высокой стоимостью полотна и условиями пути (радиусы закругления 200-300 м – для широкой и 60-100 м для узкой колеи). Поэтому его применяют лишь при строительстве крупных гидроузлов.

Конвейерный транспорт в основном представлен в строительстве ленточными транспортерами. Они бывают переносные и передвижные на колесах, секционные и звеньевые. Грунт перемещается при движении ленты транспортера со скоростью от 1…1,5 м/с (до 2…4 м/с для щебня и гравия). Наибольший размер транспортируемых частиц не должен превышать 1/3 ширины ленты. Угол наклона ленты во избежание обратного ссыпания грунта не должен превышать 22…28⁰.

Подвесным транспортом называют транспортные устройства, состоящие из закрепленных на опорах одного-двух канатов, по которым перемещаются подвесные тележки с грунтом со скоростью 0,8…1,5 м/с. Данный вид транспорта применяется при работе в сложных топографических условиях и требует наличия опыта и знаний у эксплуатационного персонала.

К наиболее редким видам транспорта для перемещения грунта при строительстве ГТС относятся также трубопроводный контейнерный пневмотранспорт и конвейерные поезда. Отсыпка грунта под воду осуществляется также и водным траспортом (в первую очередь, при помощи саморазгружающихся барж).

2. Техническая производительность (м³/ч) автосамосвала или тракторного поезда равна:

П_т = 60·Q_об/Т = 60·G_тр/γ_е·Т,

где Q_об – объем грунта в кузове, м³; G_тр – грузоподъемность машины, т.; γ_е – естественная плотность грунта, т/м³; Т – продолжительность одного цикла, мин.

Объем кузова самосвала, исходя из его заполнения 6-8 ковшами, должен быть равен

Q_об = m·q·K_н·К,

q – вместимость ковша экскаватора, м³; m = 6-8 – число ковшей для загрузки, шт.

Продолжительность цикла равна:

Т = t₁ + t₂ + t₃ + t₄ + t₅,

t₁, t₂, t₃, t₄ и t₅– время подачи под погрузку (0,5-1 мин), погрузки, груженого хода, разгрузки (1-3 мин) и порожнего хода соответственно, мин.

Продолжительность погрузки при этом равна

t₂ = 60· Q_об/П_экс,

где П_экс – техническая производительность экскаватора, м³/ч.

Продолжительность груженого и порожнего хода принимают равной:

t₃ ≈ t₅ = L/V_ср.

Число транспортных единиц на экскаватор равно

n = П_экс/ П_т.

3. Уплотнение грунта с наименьшими затратами энергии достигается при определенной влажности, называемой оптимальной. Ее значение устанавливается по результатам пробного уплотнения грунта и составляет:

- для песчаных грунтов                  около 7…10%;

- супесчаных                                   9…15%;

- суглинистых                                 12…20%;

- глинистых                                     20…30%.

Грунт до оптимальной влажности доувлажняют в карьерах или непосредственно при укладке автоцистернами и из временных трубопроводов. Оптимальную вложность выдерживают с точностью ±2%.

Уплотнение грунта происходит при неоднократном приложении нагрузок. Число повторных нагрузок (проходов) устанавливается также путем пробного уплотнения. Обычно число проходов катка по одному месту составляет 6…8 раз.

Существуют следующие способы уплотнения грунта:

1. Механическое уплотнение путем: а) укатывания (машинами статического действия); б) трамбования (машинами динамического действия); в) вибрации (машинами вибрационного действия).

2. Уплотнение при отсыпке в воду.

3. Естественное самоуплотнение грунта.

4. К машинам статического действия относятся катки гладкие, кулачковые, пневмошинные и решетчатые.

Условия применения катков

Катки разных типов неравномерно передают нагрузку на грунт и уплотняют его по глубине.

а)                  б)          в)

Графики изменения плотности грунта по глубине уплотнения:

 а) для гладкого катка; б) для невмошинного катка; в) для кулачкового катка

Для катков должно соблюдаться условие:

s_макс= (0,8¸0,9)×s_р,

где s_макс – максимальное давление на грунт опорной поверхности машины, МПа; s_р – разрушающее напряжение, предел прочности грунта, МПа.

Максимальное давление на грунт можно определить по формуле:

- для гладких катков

s_макс =

где q_л = Q/B – линейное давление, отнесенное к ширине катка В, кН/см; R – радиус катка, см; Е₀ – модуль деформации грунта (Е₀ = 10-20 МПа);

- для кулачковых катков

s_макс = Q/(0,5·m∙f),

где Q – сила тяжести катка, кН; m∙- число рядов кулачков по ширине катка; f – опорная площадь кулачка, см².

- для пневмошинных катков

s_макс = p/(1 – ζ),

где p – давление в шине, МПа; ζ – коэффициент жесткости покрышки (ζ = 0,16-0,6).

Оптимальная толщина слоя уплотнения находится:

- для гладких катков

Н₀ = А,

где А – экспериментальный коэффициент; ω и ω₀ - влажность грунта естественная и оптимальная соответственно, %;

- для кулачковых катков

Н₀ = А;

- для пневмошинных катков

Н₀ = 0,65 (L + 0,25b – h₁),

где L – длина кулачка, см; b – толщина кулачка, см.

Катки уплотняют поверхности крутизной до 1:5, слоями до 0,5 м, не доезжая до края насыпи 0,5 м и оставляя неуплотненную зону по откосу («бахрому»). Схемы движения обычно продольные кольцевые с разворотом на насыпи или за ее пределамир с перекрытием следов на 0,3 м.

В качестве рабочих органов трамбующих машин применяют трамбующие плиты разных размеров, формы и веса, которые сбрасывают на поверхность грунта с различной высоты. В строительстве используют трамбующие плиты на базе одноковшовых экскаваторов и гусеничных тракторов. Рабочие параметры трамбующих машин (высота сбрасывания – Н, м.; вес плиты – Q, т) устанавливают по величине предельного значения удельного импульса i:

i =

где F – площадь трамбовки, м².

Трамбование грунта используется не только для уплотнения грунта, но и для вытрамбовывания небольших одиночных котлованов под фундаменты на просадочных грунтах.

Машины вибрационного действия сообщают грунту колебательные движения. Межчастичные связи при этом разрушаются и под действием собственного веса или дополнительной статической нагрузки происходит уплотнение. Степень уплотнения зависит от разнородности частиц и влажности грунта. Разнородные по крупности частицы обладают разной инерцией, что способствует их взаимному перемещению. Вода способствует уменьшению связности и усиливает интенсивность вибрационного воздействия на грунт.

Интенсивность уплотнения повышается с увеличением частоты колебаний (до 50…60 с^-1). Поверхностное вибрирование эффективно для уплотнения грунтов с содержанием глинистых частиц до 6 %.

В производственных условиях применяют машины разных типов:

- виброплиты на гусеничных тракторах;

- вибротрамбовки;

- виброкатки;

- глубинные виброуплотнители (Н₀ до 10 м).

Относительная стоимость применения различных грунтоуплотняющих машин следующая:

катки прицепные пневмошинные                      1,0

кулачковые                                     0,7

решетчатые                            1,2

виброкатки                                      1,3

катки самоходные пневмошинные                    1,2

трамбующие плиты на базе экскаваторов                  2,0

                                       тракторов           1,4

виброплиты                                                       1,6

Экономически эффективно уплотнять грунт катками массой 18…20 т.

5. Производительность грунтоуплотняющих машин, работающих в движении вычисляется как для машин непрерывного действия:

П_F =

где V – рабочая скорость, м/ч; В – ширина полосы уплотнения, м; С – перекрытие следов, м; n – число проходов по одному следу.

"89 Открытия в астрономии" - тут тоже много полезного для Вас.

Производительность экскаватора с трамбующей плитой равна

П_F =

где m – число ударов в минуту; К_пер – коэффициент перекрытия, К_пер=0,8.

Производительность механизмов в единицах объема грунта равна

П_V = П_F·Н₀.

Производительность катков зависит от длины гона, которая должна быть не менее 100…200 м.