ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ "ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

Лекция 1.Основные положения и понятия в технологии строительного производства

Лекция 2.Общие условия выполнения земляных робот. Разработка грунта одноковшовым многоковшовыми экскаваторами

Лекция 3.Скреперы

Лекция 4.Организация комплексно-механизированных работ при строительствегидромелиоративных сооружений

Лекция 5.Организация строительных процессов поточным методом

Лекция 6.Организация и производство работ прицепными, навесными и самоходными землеройными машинами и механизмами (скреперы, бульдозеры, грейдеры)

Лекция 7.Транспортировка грунта и уплотнение грунта

Лекция 8.Общие условия выполнения бетонных работ в гидромелиоративном строительстве

Лекция 9.Строительство оросительных каналов

Лекция 10.Строительство земляных плотин

Лекция 11.Организация и производство работ по строительству узлов гидротехнических сооружений

Лекция 12.Строительство основных сооружений гидроузлов

Лекция 13.Организация и производство хворостяных, каменно-хворостяных и габионных работ

Лекция 1. Основные положения и понятия в технологии строительного производства

Общие понятия в строительном производстве

Строительное производство , как и любая отрасль имеет свою историю, которая уходит в далекое прошлое. Люди всегда стремились улучшить свою жизнь и возводили здания. Уровень строительного дела свидетельствовал о развитии страны благосостоянии ее народа и профессиональных способностях инженеров-строителей и архитекторов.

Архитектурные достопримечательности, которые сохранились до наших дней, часто поражают своим величием, смелостью инженерных решений и совершенством строительных технологий.

Поэтому изучая строительное дело желательно познакомиться с историей развития данной отрасли, с ее звездными периодами и упадком, факторами которые дают толчок для развития строительства и причинами, которые тормозят это развитие.

Успешному осуществлению курса подъема строительной отрасли в Украине способствуют мероприятия по совершенствованию организации и технологии строительного производства, внедрению новых методов управления, решению проблем с финансированием строительства.

Целью строительного производства и его конечной продукцией является возведение жилых зданий, объектов промышленности, энергетики, транспорта, сельского хозяйства и др.

Термин “строительство” включает следующие понятия:

строительство – отрасль, в которой создаются основные фонды производственного и непроизводственного назначения;

строительство – процесс возведения зданий и сооружений, а также работы по их реконструкции и ремонту.

Основные направления строительства:

- новое строительство;

- реконструкция;

- расширение;

- ремонт и реставрация.

Основа строительства – технология строительного производства состоящая из:

- технологии возведения зданий и сооружений;

- технологии строительных процессов.

Возведение зданий и сооружений происходит в результате проведения строительных работ, которые различаются по:

- способу производства (механизированные, полумеханизированные, ручные);

- виду применяемых материалов (земляные, бетонные, кровельные, гидроизоляционные и т.д.);

- области применения (промышленность, сельское хозяйство, гидроэнергетика и т.д.).

Строительные работы состоят из строительных процессов протекающих на строительной площадке. Рабочим процессом называется совокупность технологически связанных рабочих операций, выполняемых одним составом исполнителей, например монтаж стенновых панелей, укладка плит покрытия и т.д.

Строительные процессы бывают основными, вспомогательными и транспортными.

По технологическим признакам строительные процессы классифицируют на:

- заготовительные (связанные с добычей и переработкой местных строительных материалов – глины, песка, песчано-гравийной смеси, камня и др.);

- транспортные (обеспечивающие доставку на стройплощадку строительных материалов, полуфабрикатов, оборудования);

- подготовительные (осуществляются при подготовке стройплощадки, строительстве временных сооружений и объектов материально-производственной базы строительства);

- монтажно-укладочные (связанные непосредственно с проведением работ по монтажу конструкций и укладке строительных материалов на объекте).

По степени сложности строительные процессы бывают:

- простые;

- комплексные.

Комплексным процессом называется совокупность одновременно осуществляемых процессов, которые находятся между собой в непосредственной организационной зависимости и связанных единством конечной продукции.

По значению в производстве:

- ведущие;

- совмещенные.

По степени механизации:

- механизированные;

- полумеханизированные;

- ручные.

Вертикальное расчленение строительного технологического процесса можно проиллюстрировать следующим образом:

Всякий строительный процесс складывается из технологических операций. Технологически однородный и организационно неделимый элемент строительного процесса называется рабочей операцией.

Технологические (рабочие) операции подразделяются на:

- ручные;

- машинные;

- машинные и агрегатные.

Каждая рабочая операция состоит из нескольких, тесно связанных между собой, рабочих приемов, которые в свою очередь состоят из отдельных движений.

Общестроительные работы включают комплекс работ, в результате которых выходит незавершенная строительная продукция в виде так называемой коробки здания или сооружения.

Специальные работы выполняют после завершения общестроительных работ или параллельно с ними.

При возведении зданий принято группировать работы по стадиям, которые называются циклами. По окончании подготовительного периода строительства осуществляют работы - подземного, надземного и отделочного циклов.

В              се строительные работы должны выполняться в соответствии с нормативными требованиями основного строительного закона - государственных строительных норм (ДБН) и действующих строительных норм и правил (БНиП). В развитие и для конкретизации относительно местных условий разрабатывается проектно - технологическая документация:

- проект организации строительства (ПОС);

- проект производства работ (ППР).

Строительство зданий, сооружений и их комплексов осуществляется по утвержденной проектно - сметной документации, которую разрабатывает проектная организация на основании выданного застройщиком задания на проектирование. Отступления от проекта должны быть согласованы с проектной организацией.

Современное строительное производство развивается по принципам индустриализации - внедрения крупного машинного производства, перенесения большинства вспомогательных операций в заводские условия.

Рыночные отношения предъявляют особенные требования к качеству продукции, поскольку оно является одним из основных факторов влияющих на экономичность и рентабельность законченного строительного объекта и обеспечивает его надежность и долговечность.

Разные виды строительно-монтажных работ (СМР) выполняются рабочими разных профессий и специальностей.

Профессия - это род занятий, который требует специальной подготовки и определяется видом и характером выполняемой работы.

Специальность - понятие "уже", чем профессия. В Едином тарифно-квалификационном справочнике работ и профессий рабочих, занятых в строительстве и на ремонтно-строительных работах (ЕТКС) насчитывается 179 профессий и 276 специальностей строительных рабочих.

Уровень профессиональной подготовленности рабочего определяется его квалификацией. Показателем квалификации является разряд, присваиваемый рабочему в соответствии с требованиями, приведенными для каждой профессии и специальности в ЕТКС.

Для успешного выполнения строительных работ рабочие объединяются в бригады и звенья. Бригады бывают специализированными (бригада штукатуров или маляров) и комплексными, выполняющими разные виды работ и имеющими в своем составе специализированные звенья.

Пространство, в пределах которого располагается возводимая конструкция, рабочий со своим инструментом или механизмом и необходимым материалом, называется рабочим местом.

Объем, который отводится звену для выполнения сменного задания, называется участком, а бригаде - захваткой. Суммарная протяжность рабочих мест, отводимых звену или бригаде, называется фронтом работ.

Техническое нормирование

Техническое нормирование - система исследований и установления норм технически обоснованных расходов различных производственных ресурсов (рабочего и машинного времени, материалов, энергоносителей и т.д.).

Нормы расходов труда выражаются в виде норм времени и норм выработки.

Нормой времени называется количество времени, необходимое для изготовления единицы продукции соответствующего качества. При определении норм времени исходят из условия, что данная работа выполняется по современной технологии рабочими соответствующей профессии и квалификации.

Норма выработки рабочего или звена рабочих это количество продукции, полученной за единицу времени при тех же условиях, что принятые при установлении норм времени.

Зная нормы времени и нормы выработки, можно определить уровень производительности труда. Если заданная работа, на которую по нормам нужно Тнор. времени, была выполнена за Тфак., то уровень производительности труда выражается формулой:

Уп.т. = Тнор./Тфак ·100%

Нормой машинного времени является количество времени работы машины, которое необходимо для изготовления единицы машинной продукции соответствующего качества при научной организации труда, которая дает возможность максимально использовать эксплуатационную производительность машины.

Нормы используют для расчета с рабочими, при разработке документации по производству работ и оценки эффективности принятых технологических решений.

Технологически обоснованные нормы составляют путем анализа и изучения процессов в течение всего рабочего дня. Для того чтобы сделать нормирование строительного процесса, необходимо в первую очередь его обследовать и определить его нормали.

Характеристика процесса, отвечающая современному уровню строительной техники и технологии с использованием передовых методов организации труда и производства работ, называется нормалью строительного процесса. После определения нормали строительного процесса осуществляют хронометражные наблюдения на выбранном объекте. На основе накопленных данных разрабатывают технические обоснованные нормы, которые проверяют в производственных условиях.

После соответствующей проверки разработанные нормы оформляют в виде производственных норм.

Появление новой техники, механизация, новые формы организации труда приводят к тому, что технические нормы устаревают и теряют прогрессивный характер. Поэтому нормы периодически пересматриваются.

Техническое нормирование затрат материалов осуществляют опытно-производственным, лабораторным и расчетно-аналитическим методами. Существуют производственные и сметные нормы затрат материалов, а также нормы для планирования материально-технического снабжения.

Техническое нормирование труда - исследование расходов времени с целью повышения производительности труда. Его проводят на специальных научно-исследовательских станциях (НИС) методами организационных и нормативных наблюдений.

Организационные наблюдения выполняют для выявления передовых методов труда, определения потерь рабочего времени и последующего устранения непроизводственных расходов.

Нормативные наблюдения проводят с целью проверки выполнения и перевыполнения действующих технических норм для проектирования новых норм.

На все виды технологических процессов, которые выполняются при строительстве зданий и сооружений, разработанные ресурсно-элементные нормы (ДБН) на строительные, монтажные и ремонтно - строительные работы.

Тарифное нормирование

В задание тарифного нормирования входит количественная оценка труда для обеспечения правильной организации заработной платы в строительстве.

Тарифное нормирование заключается в установлении норм оплаты труда за единицу произведенной продукции рабочим разной квалификации. При равных трудовых затратах более квалифицированный труд должен оплачиваться выше, чем труд малоквалифицированный, так как он более производительный, а высокую квалификацию можно достичь только при соответствующей учебе.

Оплата труда строительных рабочих осуществляется по действующей тарифной системе.

Тарифная система - это совокупность нормативных материалов, по которым оценивается качество труда. Основными нормативными элементами тарифной системы в строительстве являются: тарифная сетка, тарифные ставки и тарифно-квалификационный справочник (ТКС). С помощью тарифной системы государство регулирует уровень заработной платы строительных рабочих.

Тарифная сетка - это утвержденная шкала, которая устанавливает соотношение уровней заработной платы между рабочими разной квалификации.

Каждому разряду присвоенный определенный тарифный коэффициент, который показывает, в сколько раз производственное время рабочего данного разряда оплачивается выше по отношению к первому разряду.

Тарифные ставки определяют размер заработной платы рабочего, которая принадлежит ему за выполнение установленных производственных норм, соответствующих его разряду. Тарифные ставки могут быть часовые, дневные и месячные.

Тарифная ставка каждого разряда определяется умножением ставки первого разряда на соответствующий тарифный коэффициент.

Ст = С1 · Кт

На основе норм времени и тарифных ставок устанавливают расценки для оплаты труда строительных рабочих.

Тарифно-квалификационный справочник работ и профессий рабочих, занятых в строительстве и на ремонтно-строительных работах (ТКС), является основным документом для тарификации рабочих и работ.

Расценка это заработная плата, выплаченная рабочим за единицу изготовленной ими доброкачественной продукции.

При индивидуальном выполнении расценку определяют умножением часовой тарифной ставки соответствующего разряда на норму затраты труда в человеко-часах:

Р = Ст Нн.з,

При выполнении строительно-монтажных и ремонтно-строительных работ в условиях, которые снижают производительность труда, к нормам и расценкам применяют поправочные коэффициенты. К таким случаям относятся выполнения работ:

1) в эксплуатационных помещениях при стесненных условиях;

2) в зимних условиях;

3) вблизи объектов, которые находятся под высоким напряжением;

4) в помещениях при температуре воздуха на рабочих местах более 40 0С и др.

Если по условиям производства работ необходимо одновременно использовать несколько поправочных коэффициентов, то общий поправочный коэффициент определяется умножением этих коэффициентов.

Технологическое и вариантное проектирование

Цель технологического проектирования - разработка оптимальных технологических решений и организационных условий, которые обеспечивают выпуск строительной продукции в намеченные сроки при минимальной затрате всех видов ресурсов.

Основным документом строительного процесса, регламентирующим его технологические и организационные положения, есть технологическая карта (ТК). Технологические карты разрабатывают на отдельные и комплексные процессы. В них предусматривают применение технологических процессов, которые обеспечивают необходимый уровень качества работ, сочетание строительных операций во времени и пространстве, соблюдение правил техники безопасности.

Как технологическая документация для несложных процессов вместо карт можно применять технологические схемы с описанием последовательности и методов выполнения процесса.

Технологические карты разрабатываются по единой схеме. В них освещаются вопросы технологии и организации строительного процесса, потребности в материально-технических ресурсах, а также требования к качеству работ.

По последним рекомендациям технологическая карта должна состоять из шести разделов:

1. "Область применения".

2."Технология и организация выполнения строительного процесса".

3. "Требования к качеству и приемке работ".

4. "Техника безопасности и охрана труда, экологическая и пожарная безопасность".

5."Потребность в ресурсах".

6."Технико-экономические показатели".

График проведения работ разрабатывается на основании определенных в калькуляции расходов труда и времени работы машин.

В картах трудовых процессов (КТП) приводятся основные сведения об организации труда рабочих с иллюстрацией выполнения отдельных операций. Типовые карты трудовых процессов состоят из четырех разделов:

"Область и эффективность применения карты";

"Условия и подготовка выполнения процесса";

"Исполнители, предметы и орудия труда";

"Технология процесса и организация труда".

Развитие строительного процесса осуществляется по следующим схемам в зависимости от типа здания и условий выполнения технологических процессов:

вертикально-восходящей;

вертикально-нисходящей;

горизонтально-восходящей;

горизонтально-нисходящей.

Строительные процессы на захватках и участках во времени можно осуществлять последовательно, параллельно или последовательно-параллельно (поточно).

Задача проектирования заключается в принятии рационального (эффективного) решения по срокам и последовательности выполнения процесса, составу технических средств, количеству и составу звеньев (бригад) рабочих.

В каждом конкретном случае таких решений должно быть несколько. Тогда сам процесс проектирования принимает вариантный характер.

Поиск рационального решения основан на сравнительной оценке принятых к рассмотрению вариантов в одиночку или нескольким показателям эффективности, основными из которых является себестоимость, трудоемкость и длительность выполнения процесса.

Лекция 2.Общие условия выполнения земляных робот. Разработка грунта одноковшовым многоковшовыми экскаваторами

Способы производства земляных работ

Для проведения земляных работ в строительстве используют 5 основных способов:

- механический

- гидравлический

- взрывной

- ручной

- комбинированный

Механический способ предполагает применение для разработки, транспортировки и укладки грунта машин и механизмов.

Способ гидромеханизации - предусматривает разработку, транспортировку и укладку грунта с помощью воды, превращающей разрабатываемый грунт в гидросмесь.

Взрывной способ заключается в использовании энергии взрыва, путем использования зарядов взрывчатых веществ.

Ручной способ предусматривает использование физического труда строительных рабочих.

Комбинированный способ заключается в различном сочетании первых четырех способов.

Выбор способа зависит от: свойств грунтов, размеров выемок или насыпей, сроков производства работ и др.

При возможности использования всех способов требуется экономическое сравнение.

При производстве земляных работ выполняют три основных строительных процесса:

- разработку

- транспортировку

- укладку грунта

Ведущий процесс при земляных работах - разработка грунта, выполняемая землеройными и землеройно-транспортными машинами.

Виды земляных сооружений и работ. Баланс грунтовых масс.

Все земляные сооружения делятся на выемки и насыпи.

Выемки - это земляные сооружения расположенные ниже дневной поверхности.

Насыпи - сооружения расположенные выше дневной поверхности.

Земляные сооружения, располагаемые частично в выемке, частично в насыпи, относят к полувыемкам, с преобладанием выемки, или к полунасыпям, с преобладанием насыпи.

Выемки и насыпи делят на профильные (деловые) и непрофильные (карьеры, резервы, отвалы, кавальеры).

К насыпям относятся обратные засыпки профильных выемок.

В зависимости от срока службы земляные сооружения делятся на постоянные и временные.

Виды земляных сооружений

Котлован - это временная профильная выемка для возведения подземных частей сооружений.

Траншея - линейно протяженная профильная выемка с вертикальными или наклонными стенками для строительства трубопроводов, дрен, ленточных фундаментов.

Карьер - непрофильная выемка, для добычи открытым способом полезных ископаемых и грунта.

Резерв - непрофильная линейно протяженная выемка, из который берут грунт для строительства насыпных сооружений.

Отвал - непрофильная постоянная или временная насыпь, предназначенная для складирования грунта.

Временный или промежуточный отвал – непрофильная насыпь, грунт из которой используется в дальнейшем для насыпей и засыпок.

Кавальер - непрофильная постоянная линейная насыпь грунта вдоль протяженной профильной выемки (канала, дороги).

Кювет - протяженная профильная выемка предназначенная для сбора и отвода воды от линейного сооружения (обычно вдоль дороги).

Крутизна откосов земляных сооружений характеризуется коэффициентом заложением откосов.

Рис.2.1 Схема определения коэффициента заложения откосов земляных сооружений

где: L - горизонтальная проекция откоса;

Н - глубина выемки или высота насыпи;

Крутизна откосов постоянных сооружений задается проектом из условия их устойчивости. Крутизну откосов временных котлованов и траншей назначают с учетом вида грунтов и глубины выемки (табл.2.1). 

Таблица 2.1 - Крутизна откосов временных котлованов и траншей в грунтах естественной влажности без крепления

При глубине выемок > 5 м крутизну откосов определяют из условия их устойчивости.

Объемы земляных работ определяют в соответствии с правилами вычисления геометрических фигур.

Объемы земляных работ определятся по грунту в состоянии естественной плотности. Различают проектные и производственные объемы работ.

Проектные (профильные) объемы вычисляют в соответствии с размерами сооружений.

Производственные объемы - фактически выполненные работы с учетом дополнительных объемов, появляющихся при повторных переработках грунта. Соотношение между профильными и производственными объемами имеет такую зависимость:

Vпроизв.= (1,3…2,0)Vпроф.

Наиболее целесообразно грунт из профильных выемок перемещать в профильные насыпи, что сводит к минимуму непрофильные объемы работ в карьерах и резервах. Наиболее рационального использования грунта из выемок можно добиться при составлении баланса грунтовых масс.

Баланс грунтовых масс - это проектный документ, отражающий рациональное распределение грунта между выемками и насыпями. Его составляют в виде таблиц и схем с учетом наилучшего использования грунта из профильных выемок для возведения насыпей при минимальных дальностях перемещения грунта.

Баланс грунтовых масс служит основным техническим документом в котором установлены:

1) порядок и место размещения грунта из выемок в насыпи;

2) потребность в карьерах и резервах;

3) кратчайшие пути перемещения грунта из выемок в насыпи.

Условно различают частный, районный и сводный балансы грунтовых масс. В частном балансе сравнивают объемы выемок и насыпей в пределах одного объекта, в районном - объемы выемок и насыпей нескольких сооружений, в сводном - объемы выемок и насыпей всей системы или всего комплекса сооружений.

При составлении баланса грунтовых масс следует стремиться каждый м3 грунта из деловой выемки использовать для возведения качественных насыпей. Однако выполнение этого условия осложняется следующими причинами:

-не все грунты из деловых выемок пригодны для качественных насыпей;

-сроки разработки грунта в выемках не всегда совпадают со сроком возведения насыпей;

-некоторые деловые выемки так далеко расположены от качественных насыпей, что для последних выгоднее брать грунт из карьеров или резервов.

Порядок составления баланса грунтовых масс следующий:

В ведомость баланса грунтовых масс (табл. 2.2) записывают объемы качественных насыпей и деловых выемок. Объемы непригодных грунтов выписывают в графу < отвал грунта>.

Устанавливают направление перемещения грунта из выемок в насыпи с учетом срока разработки, отсыпки и качества грунта.

Из объема качественных насыпей вычитают объемы пригодного грунта из деловых выемок и получают необходимый объем грунта из карьеров или резервов для качественных насыпей.

Сумма объемов всех выемок должна быть равна сумме объемов всех насыпей.

Устанавливают технологическую последовательность выполнения работ, увязанную со сроками их производства. Если грунт из деловых выемок нельзя сразу уложить в качественную насыпь, то его укладывают во временные отвалы.

В выемках и в качественных насыпях грунт может иметь разную степень плотности. Для сравнения их объемов пользуются понятием <грунт в плотном теле>. Это означает, что плотность его равна плотности грунта в естественном залегании. Производительность всех землеройных и землеройно-транспортных машин измеряется по грунту в плотном теле.

Таблица 2.2 - Ведомость баланса грунтовых масс

На схемах стрелками показывает направления всех перемещений грунта, указывают объемы и дальности его возки.

Грунты и их строительные свойства

Грунт - любая горная порода или почва, представляющие собой многокомпонентную систему, изменяющуюся во времени, и используемые как основание, среда или материал для возведения зданий и инженерных сооружений.

Структура грунта - это особенности строения грунта, обусловленные размером и формой частиц, характером их поверхности, количественным соотношением слагающих элементов (минеральных частиц или агрегатов частиц) и характером их взаимодействия друг с другом

Рыхлые грунты - наиболее распространенные строительные материалы. По своему механическому составу эти грунты подразделяются на несвязные и связные.

Связный грунт - грунт, особенность строения которого обусловлена количественным соотношением частиц, обеспечивающих его целостность. К связным грунтам относятся: супесь, суглинок, глина.

Несвязный грунт - грунт, состоящий из частиц размерами от 0,05 до 200 мм. К несвязным грунтам относятся: галька, щебень, гравий, дресва, песок, пыль.

Твердая фаза нескальных грунтов состоит из частиц различной величины и минералогического состава. Частицы грунта в зависимости от их размеров называют: > 200 мм - валуны, 40-200 мм - галька, 2 - 40 гравий, 0,05 - 2 песок, < 0,005 - глина.

Угол внутреннего трения грунта - угол наклона прямой зависимости сопротивления срезу грунта от вертикальной нагрузки к оси абсцисс.
В строительстве классифицируют грунты в зависимости от содержания в них глинистых частиц.
Таблица 3.1 - Основные виды песчано-глинистых грунтов 

К наиболее важным показателям грунтов кроме механического состава относятся: плотность, пористость, влажность, внутреннее трение и сцепление, пластичность, разрыхляемость, влажность, водопроницаемость и др.

Плотность - это отношение массы тела к занимаемому объему.

Применительно к грунтам различают:

- плотность частиц грунта - отношение массы сухого грунта к объему только твердой его части, исключая объем пор ( от 2.35 до 3.3 т/м3, чаще 2.6 - 2.7 т/м3 );

- плотность грунта - отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому объему вместе с порами ( 1.5…2.0 т/м3 );

В зависимости от содержания глинистых частиц глины, суглинки и супеси могут быть тяжелыми, средними или легкими.

Пески в зависимости от крупности частиц бывают крупно-, средне- или мелкозернистые.
При разработке грунта его частицы отделяются друг от друга и в последующем занимают большой объем.

Увеличение объема грунта в результате разработки определяется с помощью коэффициента разрыхления. Коэффициент разрыхления Кр - это отношение объема грунта в разрыхленном Vр состоянии к объему который занимает тот же грунт до разрыхления Vе .

Степень разрыхления зависит от механического состава и влажности ( табл. 3.2)

Таблица 3.2- Коэффициенты разрыхления основных грунтов

Разрыхляемость грунтов учитывают:

- при определении объемов и размеров насыпей при укладке грунта без уплотнения;

- при определении объема грунта в состоянии естественной плотности по объему занимаемого рыхлым грунтом;

- при определении объема грунта в состоянии его естественной плотности в ковшах землеройных машин.

- для определении толщины слоя подсыпок при укладке грунта без уплотнения. 

Кор - коэффициент остаточного разрыхления.

Общие условия выполнения земляных работ

В состав земляных работ входят:

- вертикальная планировка площадок;

- разработка котлованов и траншей;

- обратная засыпка грунта;

- специальные работы - предварительное разрыхление грунта, водоотлив, водоотвод и водопонижение, закрепление грунтов.

К основным землеройным машинам относятся одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, к землеройно-транспортным: бульдозеры, скреперы и грейдеры.

Классификация экскаваторов

Экскаватор (от лат. excavo - выдалбливать), землеройная машина, оборудованная навесным рабочим органом - ковшом, осуществляющим резание грунта одновременно с его наполнением. Благодаря высокой производительности при разработке грунтов различных категорий наибольшее распространение получили одноковшовые экскаваторы.

Классификация одноковшовых экскаваторов

По типу ходового устройства

- гусеничные;

- пневмошинные;

- на спецшасси автомобильного типа;

- шасси грузового автомобиля или трактора.

По типу привода

- одномоторные;

- многомоторные.

По исполнению опорно-поворотного устройства

- полноповоротные;

- неполноповоротные.

По способу подвески рабочего органа

- гибкие;

- жесткие.

По типу исполнения рабочего органа

- шарнирно-рычажные;

- телескопические.

В зависимости от производственных условий в качестве сменного оборудования экскаваторов применяют прямые и обратные лопаты, драглайны, грейферы и струги.

Рабочее место называется забоем, а разрабатываемые по мере передвижения экскаватора участки грунта - проходкой.

Работы осуществляются продольными - лобовыми проходками и поперечными - боковыми.

Земляные работы с помощью экскаватора могут осуществляться с выгрузкой грунта в отвал, непосредственно в насыпь, или в транспортные средства - автосамосвалы.

Экскаваторы, оборудуемые прямой лопатой используют для разработки грунтов расположенных выше уровня стоянки экскаватора. В этом случае предусмотрен заезд экскаватора на уровень дна котлована. Экскаваторы, оборудованные обратной лопатой, используют для разработки , грунтов ниже уровня стоянки экскаватора и при разработке траншей и неглубоких котлованов.

Экскаваторы-драглайны используют для разработки грунтов мягких и средних пород расположенных ниже уровня стоянки экскаватора. Драглайн по схеме работы напоминает скрепер навешенный на стрелу экскаватора.

Экскаваторы-драглайны обладают большим радиусам действия и глубиной копания.

Экскаваторы, оборудованные грейферами, используют при разработке мягких и сыпучих грунтов при вертикальных укрепленных стенках глубоких котлованов.

Основными видами рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов являются: драглайн, прямая лопата, обратная лопата и грейфер.

Одноковшовые экскаваторы широко используются в водохозяйственном строительстве. (табл. 5.1)

Таблица 5.1 Область применения одноковшовых экскаваторов в водохозяйственном строительстве

Наиболее часто используются одноковшовые экскаваторы серии Э и ЭО. Они имеют ковши вместимостью от 0,15 до 2,5 м3.

Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами ведут позиционно.

Процесс разработки грунта из чередующихся в одном цикле операций:

1. Резание грунта и заполнение ковша;

2. Подъем ковша с грунтом;

3. Поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки;

4. Выгрузка грунта из ковша;

5. Обратный поворот экскаватора в забой;

6. Опускание ковша и подача его в исходное положение для резания грунта.

Основные рабочие параметры одноковшовых экскаваторов

Основные рабочие параметры одноковшовых экскаваторов следующие:

- радиус резания Rр;

- радиус выгрузки RВ;

- высота выгрузки НВ;

- глубина резания Нр.

Эти параметры зависят от размеров рабочего оборудования, его вида и особенностей.

Радиус резания (Rр) - это расстояние от оси вращения экскаватора до зубьев ковша, при врезании его в грунт;

Радиус выгрузки (RВ) - расстояние от оси вращения экскаватора до центра тяжести ковша в момент выгрузки грунта;

Высота выгрузки (НВ) - расстояние от уровня стояния экскаватора до нижней части ковша в момент выгрузки грунта;

Глубина резания (копания) (Нр) - наибольшая глубина выемки, которая может быть образована экскаватором с одной стоянки.

Разработка грунта с рабочим оборудованием драглайн

Наиболее широко в мелиоративном строительстве используется экскаватор драглайн (рис. 7.1).

Рис. 7.1 Рабочие размеры экскаватора, оборудованного драглайном.

Его применяют для разработки выемок и насыпей по бестранспортной схеме, а также для грубой планировки откосов. 
При разработке грунта экскаваторами драглайн применяются такие основные схемы:
- продольная;
- поперечная;
- комбинированная.
При продольной схеме (Рис.7.2) движение экскаватора осуществляется вдоль оси земляного сооружения. При поперечной схеме (Рис.7.3) параллельно оси сооружения. Комбинированная схема разработки предполагает разработку пионерной траншеи по продольной схеме, а затем доработка оставшегося грунта производится по поперечной схеме.

Рис.7.2  Схема продольной разработки

Для ведения продольной разработки драглайн должен удовлетворять таким условиям: 
     

      
                        
                                    
   но желательно       

                  

Рис.7.3  Схема поперечной разработки

Для ведения поперечной разработки драглайн должен соответствовать следующим требованиям:

     В величину А1 включено расстояние m0Hк для того, чтобы по оси выемки не оставались  недоборы.

Разработка грунта экскаваторами с рабочим оборудованием прямая лопата

Короткая стрела и размещение экскаватора на дне забоя исключают его применение для работы в отвал. Прямую лопату используют при работе с погрузкой в транспортные средства (рис. 8.1).

 
Рис. 8.1 Рабочие размеры экскаватора, оборудованного прямой лопатой.

Ковш прямой лопаты заполняется грунтом при движении вверх вдоль откоса забоя. 
Радиус резания прямой лопаты - расстояние от зубьев ковша до оси поворота экскаватора – величина, переменная по высоте.

Наиболее характерные радиусы резания - наибольший и на уровне стояния. Каждый имеет два значения: минимальное   и    при втянутом положении рукояти до отказа назад и максимальное    и    при выдвижении рукояти вперед напорным механизмом.
Наибольший радиус резания экскаватора измеряют на уровне расположения напорного вала. При этом рукоять должна быть поднята в такое положение, чтобы зубья ковша находились также на уровне напорного механизма. 
Минимальный радиус резания на уровне стояния прямой лопаты определяется расстоянием от оси экскаватора до точки  касания земли зубьями ковша. Точка касания находится, примерно, на вертикали, проходящей через ось напорного вала.
Высота забоя прямой лопаты имеет три характерные значения: минимальное, нормальное и максимальное.
Минимальная высота забоя прямой лопаты соответствует глубине выемки, при которой достигается заполнение ковша за одно черпание и определяется по формуле:

;

где: g - вместимость ковша, м3;
kH, kp - коэффициент наполнения ковша и разрыхления грунта.
h - толщина снимаемой стружки, м;
вk - ширина ковша, м.
Нормальная высота забоя прямой лопаты равна высоте напорного вала hН.В. над уровнем стояния экскаватора.
Максимальная высота забоя соответствует наибольшей возможной высоте подъема ковша над уровнем стояния экскаватора.
Если высота забоя превышает наибольшую высоту резания грунта то сверху образуется козырек который при обрушении может нанести повреждения как механизмам так и обслуживающему персоналу.
Наибольший радиус выгрузки RВ max так же как и радиус резания, измеряют при положении зубьев ковша на уровне оси напорного вала. Этому же положению соответствует нормальная высота выгрузки НВ , измеряемая от уровня стояния экскаватора до нижней кромки открытого свободно висящего днища ковша. 
Если проектная глубина выемки значительно превышает максимальную глубину резания экскаватора, то разработку ведут в несколько ярусов, число которых определяется так: 

где: Н - глубина выемки;
Нр max - максимальная глубина резания принятым экскаватором;
nя - число ярусов разработки с округлением до большего целого.
Число полных лент разработки в каждом ярусе, не считая пионерной траншеи

nл = (В – Вп)/Влр.

где: В - ширина выемки в каждом ярусе поверху;
Вп - ширина пионерной траншеи;
Влр. - принятая ширина одной ленты разработки;
nл - число полных лент в одном ярусе с округлением до большего   целого.

Вход экскаватора в каждый ярус осуществляется прокладкой пионерных траншей, глубина которых определяется условиями погрузки грунта.

Разработка грунта экскаваторами с рабочим оборудованием обратная лопата

Применяются для разработки грунта в не широких каналах, в небольших котлованах, траншеях с крутыми откосами. Разработка грунта ведется ниже уровня стояния. Разрабатываемый грунт чаще всего отсыпают в отвал. При необходимости грунт может быть погружен в транспортные средства.

Рис. 9.1. Рабочие размеры экскаватора, оборудованного обратной лопатой:
1 - ковш; 2 - рукоять; 3, 5 - канаты; 4 - стрела; 6 - стойка.

              Основные рабочие параметры экскаваторов обратная лопата характеризуются такими величинами:
Радиусом резания Rр, измеряемым на уровне поверхности земли от оси экскаватора до зубьев ковша;
Радиусом резания Rрн при наибольшей глубине резания измеряемым на уровне наибольшей глубины резания;
Наибольшей глубиной резания Нp max от поверхности земли до дна забоя, имеющей два значения:

большее - при разработке траншей ширина которых меньше расстояния между гусеницами в свету;

меньшее - при разработке более широких выемок (мешают гусеницы).

Разработка грунта обратными лопатами можно вести продольным и поперечным способами.

При продольной разработке экскаватор перемещается по оси выемки и отсыпает грунт на одну или две стороны . Такой способ применяют для разработки траншей, нешироких каналов и котлованов.

Выемки большой ширины разрабатывают поперечным способом, при котором обратная лопата размещается и передвигается сбоку от выемки отсыпая грунт в односторонний отвал или транспортные средства.

Разработка грунта экскаваторами с рабочим оборудованием грейфер

Грейфер - рабочее оборудование для разработки грунтов ниже и выше уровня стоянки экскаватора, для погрузки и разгрузки сыпучих материалов, а также для некоторых видов земляных работ в мягких грунтах (рытья глубоких котлованов, очистки прудов и каналов).

Рис.10.1 Схема работы двухканатного грейфера

Грейферы бывают одно- и двухканатные. На экскаваторах обычно применяют двух-канатные грейферы. Для грейфера используют решетчатую стрелу драглайна.
Применяют грейферы двухчелюстные и с большим числом челюстей. Число и форма челюстей зависят от вида перегружаемого материала. Однако принципиальная схема их работы не отличается от схемы двухчелюстного грейфера.
 

Рис.10.2 Экскаватор с рабочим оборудованием грейфер

Изготовляют грейферы трех типов: легкого, среднего и тяжелого, причем масса применяемого грейфера должна быть тем больше, чем плотнее грунт. Однако чем тяжелее грейфер, тем меньше грунта он может поднять при данной устойчивости экскаватора. Следовательно, производительность оборудования при этом уменьшается.
На экскаваторах с гидравлическим приводом устанавливают жестко подвешенные грейферы, которые крепят на рукояти обратной лопаты вместо ковша. Основное преимущество жестко подвешенного грейфера заключается в том, что им можно создавать необходимое давление на грунт при врезании, т. е. независимо от массы грейфера разрабатывать плотные грунты
В ковш грейфера набирается грунт с площади равной размерам раскрытого ковша в плане, без перемещения ковша по поверхности забоя. 
Стрела у грейферов та же, что и у драглайнов. Глубина резания зависит от длины троса. Наибольшая высота выгрузки определяется как и у драглайнов - от уровня стояния экскаватора до зубьев ковша предельно поднятого вверх.
Разработку грунта грейфером можно вести как ниже так и выше стояния. 
Грейферные ковши удобны для погрузки в транспортные средства, так как грунт можно насыпать в кузов с наименьшей возможной высоты. 

Производительность одноковшовых экскаваторов

Различают четыре вида производительности:

1.Конструктивная или теоретическая - производительность за час непрерывной работы в расчетных условиях:

Пk = 60 · g · n; (м3/ч)

где: g - геометрическая вместимость ковша, м3;
n - число циклов в единицу времени (минуту) при расчетных условиях.

2.Техническая производительность - должна соответствовать конкретным условиям работы в забое:

ПТ = 60 · g kн · n/Кр;

где: g - объем ковша м3;
kH - коэффициент наполнения ковша;
kp - коэффициент разрыхления грунта;
n - число циклов в минуту в конкретных условиях забоя;
Все величины входящие в уравнение кроме геометрической вместимости ковша переменные, зависящие от грунтовых условий формы забоя, квалификации машиниста.

3.Эксплуатационной производительностью - называется средняя фактическая производительность (м3/ч) экскаватора при работе в конкретных условиях с учетом неизбежных простоев:

Пэ = Пт · kв = 60 · g · kн kв  n/Кр

где:kB - коэффициент использования рабочего времени машины,  представляющий собой отношение времени чистой работы ко  всему затраченному;
kH - коэффициент наполнения 0,8 - 1,5 в зависимости от вида грунта,  влажности, рабочего оборудования;
kp - коэффициент разрыхления 1,1 - 1,3;
kВ - коэффициент использования рабочего времени 0,75 - 0,85.

где: tц - продолжительность одного цикла, с.
В свою очередь, tц

tц = tk + tn + tв + tn

где: tk - продолжительность копания (10 - 20сек)
tn - продолжительность поворота на выгрузку (4 - 6сек)
tв - продолжительность выгрузки (3 - 5сек)
tn - продолжительность поворота в забой (2 - 3сек)

4.Нормативная производительность - это объем работ, который должен быть выполнен с помощью машины за единицу времени. По своей сути она соответствует эксплуатационной. Число циклов и в единицу времени (минуту) зависит от конструктивных особенностей экскаватора, грунтовых условий, формы забоя.

Разработка грунта многоковшовыми экскаваторами

Многоковшовые и фрезерные экскаваторы - машины непрерывного действия. Операции копания, транспортировки и разгрузки грунта они выполняют непрерывно и одновременно.

В отличие от одноковшовых экскаваторов они не являются универсальными машинами, т.к. применение их ограничено формой сечения или шириной выемки по дну.

Классификация многоковшовых экскаваторов

1.По типу рабочего органа

        цепные (ЭТЦ)

        роторные (ЭТР)

2.По способу соединения рабочего органа с базовым тягачем

        с навесным рабочим органом

        с полуприцепным рабочим органом

3.По типу ходового устройства базового тягача

        гусеничные

        пневмоколесные

4.По типу привода

        механические

        гидравлические

        электрические

        комбинированные

По характеру работы все многоковшовые экскаваторы можно разделить на три группы (табл.12.1).

Таблица 12.1 Область применения многоковшовых экскаваторов
 

1.         Машины разрабатывающие выемку за один проход (траншейные цепные, роторные, двухроторные, двухфрезерные и шнекороторные экскаваторные каналокопатели (рис.12.1).

2.         Многопроходные машины, образующие выемку заданных размеров за серию последовательных проходов по одному и тому же месту (цепные мелиоративные экскаваторы на гусеницах и карьерные цепные поперечного черкания с рельсовым ходом (рис.12.2).

Рис. 12.1 Поперечные сечения выемок, образуемых многоковшовыми экскаваторами за один проход вдоль оси:
а - траншейными цепными продольного копания; б - траншейными роторными; в - двухроторными или двухфрейзерными каналокопателями; 
г - шнекороторными каналокопателями; д, е, ж - траншейными цепными экскаваторами при использовании шнековых откосообрушителей. 

Рис. 12.2 Схемы разработки грунта мелиоративными многоковшовыми цепными экскаваторами поперечного черпания:
а - с раздвинутыми гусеницами; б - то же, при размещении гусениц с одной стороны выемки; в, г, д - различные положения планирующего звена мелиоративного экскаватора; е - карьерном на рельсовом ходу при нижнем черпании; ж - то же, при верхнем черпании; 1 - промежуточное звено; 2 - основная рама; 3 - планирующее звено рабочего органа.  

3.Многоковшовые роторные строительные и карьерные экскаваторы, работающие позиционно, с образованием выемок любых размеров при работе в транспортные средства (рис. 12.3).

Рис. 12.3 Схемы разработки грунта строительными полноповоротными роторными экскаваторами:
а - выше уровня стояния ( со дна забоя); б - ниже уровня стояния (с поверхности).

Наиболее широко в мелиоративном строительстве распространены траншейные экскаваторы используемые для рытья траншей с вертикальными стенками под трубчатый горизонтальный дренаж и трубопроводы различного назначения.
Эксплуатационная производительность (м3/ч) экскаваторов непрерывного действия можно определить в общем виде по формуле:

Пэ = 60 ·f·v0·kв

где: f - площадь сечения выемки за один проход, м2;
v0 - рабочая скорость передвижения экскаватора, м/мин;
kВ - коэффициент использования рабочего времени.

Рабочая скорость передвижения зависит от площади поперечного сечения, трудности разработки грунта и мощности двигателя машины.
Для ковшовых экскаваторов непрерывного действия производительность  (м3/с) связана с их рабочими параметрами, а именно:

где: g - геометрическая вместимость ковша, м3;
vц - скорость движения цепи или окружная скорость ротора, м/мин;
kH - коэффициент наполнения ковшей;
kp - коэффициент разрыхления грунта;
kc - коэффициент, характеризующий трудность разработки грунта;
а - шаг ковшей, м.

Лекция 3. Скреперы

Скреперы. Назначение, условия применения

Скрепер - землеройно-транспортная машина периодического действия с ковшовым рабочим органом.  Ковш обычно установлен на пневматических колесах, редко - на гусеницах, открыт спереди и сверху и снабжен механизмами опускания для врезания в грунт, подъема  в транспортное положение и разгрузки. Спереди ковш имеет заслонку, которая предупреждает высыпание грунта и регулирует толщину его слоя при разгрузке.         

Скреперы предназначаются для послойной разработки грунтов и их транспортирования к месту укладки в насыпи или отвалы, с отсыпкой и планированием слоя заданной толщины. 
Толщина срезаемой стружки грунта в зависимости от типо­размера скрепера составляет 0,12 - 0,35 м, а толщина отсыпаемого слоя 0,15 - 0,55 м. Скреперы применяют при разработке грунтов до IV группы включительно, не содержащих крупных (300 - 600 мм)каменных включений. При этом плотные и тяжелые грунты разрабатывают с применением трактора-толкача или их предварительно разрыхляют при помощи рыхлителей и бульдозеров с зубьями на отвале.Скреперы не применяют для работы на заболоченных участках и участках со значительным количеством валунов, а также для разработки переувлажненных грунтов и  сыпучих песков, так как производительность скрепера в этом случае резко снижается. 
Пределом экономически целесообразной дальности транспортирования грунта считается: для прицепных к гусеничным тракторам скреперов 300 - 500 м  и для полуприцепных и самоходных скреперов с быстроходными пневмоколесными тягачами - до 2-4 км.

В гидротехническом строительстве скреперы,   наиболее   эффективны при разработке неглубоких котлованов и каналов   в нескальных, однородных и непереувлажненных грунтах и   особенно при одновременном использовании вынимаемого   грунта для    возведения    качественных    насыпей - перемычек ,  дамб, плотин.

Скреперы. Классификация

Скреперы классифицируют по: емкости ковша, способу перемещения машины, способу загрузки ковша, способу разгрузки ковша, управлению рабочими органами и количеству осей.

1.По емкости ковша скреперы разделяются на скреперы малой (доЗ м3), средней (до 10 - 12 м3) и большой (более 15 -18 м3) емкости. 
Емкость современных скреперов увеличивается по мере роста мощности тракторов и колесных тягачей.   В европейской практике геометрическая емкость ковша скрепера обычно не превышает 10 - 15 м3. В США на крупных гидротехнических строительствах с большими объемами земляных работ применяют скреперы   с ковшами   емкостью 15 - 30 м3   при мрщности колесного тягача до 515 квт (700 л. с). Емкость сдвоенных ковшей у некоторых   скреперных    агрегатов   достигает 109 м3 при мощности тягача 880 квт (1200 л. с.) (два дизеля па 440 квт).

2. По способу передвижения различают прицепные, полуприцепные и самоходные скреперы.                                                        
Прицепные скреперы буксируют гусеничным трактором или   двухосным колесным тягачом; они могут быть   одноосными - с ковшами малой емкости с разгрузкой преимущественно назад без планировки грунта, и двухосными - с ковшами   средней, и  большой емкости с разгрузкой грунта вперед с   одновременной  планировкой грунта нижней кромкой днища ковша.

У прицепных скреперов вес скрепера и грунта в ковше воспринимается ходовыми осями скрепера, не увеличивая сцепного веса трактора (тягача).

Рис. 2.1 Прицепной скрепер Д-458 с гидравлическим управлением
1 - рама; 2 - ось вращения ковша; 3 - ножи; 4 - боковые ножи; 5 - цепь транспортной подвески;  6 - транспортная  сцепка; 7 - основная сцепка;  8 - передние  колеса;  9 - дышло; 10 - трубопроводы; 11- гидравлический цилиндр; 12 - передняя заслонка; 13- шарнирно-рычажный механизм;  14 - ковш;  15 - задний буфер;  16 - задние колеса.

В рабочем цикле прицепного скрепера транспортные операции (груженый и холостой ход) занимают до 80% времени. Низкие скорости гусеничных тракторов (9 - 12 км/ч) ограничивают производительность прицепных скреперов на гусеничной тяге, и потому их целесообразно применять лишь при наличии тяжелых дорожных условий.

Полуприцепные скреперы состоят из двух частей - одноосного (преимущественно) или двухосного пневмоколесного тягача седельного типа и скреперного оборудования. При этом тяговое и скреперное оборудование представляет в целом единую машину. При необходимости колесный тягач может быть отсоединен от скреперного оборудования, с которым он органически не связан, и использован для других целей на строительстве.

Рис.2.2  Полуприцепной скрепер с одноосным тягачем

1 - ведущий мост тягача; 2 - одноосный тягач; 3 - ковш; 4 - днище ковша с ножами; 5 - задняя стенка; 6 - заслонка; 7 - передняя рама; 8 - буфер; 9 - гидравлические цилиндры выдвижения стенки; 10 - подъемные цилиндры; 11 - хобот; 12 - гидроцилиндры поворота скрепера.

Рис.2.3  Полуприцепной скрепер с двухосным тягачем (трактором)

1 - трактор; 2 - седельно -сцепное устройство ; 3 - рама; 4 - рукава и трубопроводы ; 5 - гидроцилиндр управления заслонкой ковша ; 6 - механизм управления заслонкой ковша; 7 - гидроцилиндр подъема и опускания ковша; 8 - заслонка ковша ; 9 - ковш; 10 - задняя стенка ковша ; 11 - гидроцилиндр управления задней стенкой ковша

У полуприцепных   скреперов   часть   конструктивного   веса скрепера и веса грунта в ковше передается в виде вертикальной догрузки на ведущую ось тягача, увеличивая его сцепной вес и  улучшая за счет этого тяговую характеристику машины.

Самоходные скреперы представляют собой машину, у которой двигатель и скреперное оборудование встроены в общую конструкцию и органически с ней связаны. Выделение полуприцепных скреперов к одноосному тягачу в группу самоходных довольно условно, так как по конструкции они могут не отличаться от прицепляемых к двухосному тягачу. Все ходовые колеса самоходных скреперов выполняются приводными. Конструктивный вес, а также вес грунта в ковше распределяются на переднюю и заднюю оси примерно поровну, что наиболее благоприятно сказывается на тяговой характеристике машины.

Рис.2.4 Самоходный скрепер МоАЗ-60071

Фото и рисунок взяты с сайта http://spatzapchast.ru/

Наибольшее распространение в современной практике имеют полуприцепные скреперы, использующие типовые одноосные тягачи в качестве силового и тягового оборудования.               |

3. По способу загрузки (наполнения) ковша различают скреперы с загрузкой под давлением срезаемой стружки грунта (наиболее распространенный способ) и с загрузкой при помощи элеватора. В первом случае наполнение ковша связано с преодолением значительных сопротивлений, во втором случае они снижаются, поскольку подъем грунта в ковш производится элеватором.

Рис.2.5 Принципиальная схема полуприцепного скрепера с элеваторной загрузкой

а - набор грунта; б - нагрузка грунта

Стремление к уменьшению энергоемкости загрузки ковша скрепера привело к созданию скреперов с элеваторной загрузкой ковша, при которой отпадает необходимость в применении бульдозера-толкача. Опытные образцы таких скреперов изготовлены с ковшами емкостью 14-20 м3.

Принципиальная схема полуприцепного скрепера с элеваторной загрузкой показана на рис.2.5. Ковш такого скрепера состоит из двух боковых стенок и наклонно приваренных к ним задней и передней торцовых стенок. Над передней стенкой установлен наклонный элеватор с ковшами скребкового типа, поднимающий грунт, срезанный ножами днища ковша. Поднятый элеватором грунт ссыпается в ковш скрепера. Для разгрузки грунта днище ковша гидравлическими толкателями откатывается назад по ходу машины.
Привод элеватора механический, от вала отбора мощности. Элеваторная загрузка обеспечивает высокий коэффициент наполнения ковша независимо от толщины срезаемой стружки грунта и ее физико-механических свойств.

При этом отпадает также необходимость применять вспомогательные бульдозеры для толкания скреперов при наборе грунта (особенно при разработке тяжелых плотных грунтов и использовании скреперов большой емкости).

4.По способу разгрузки ковша различают скреперы со свободной, принудительной, полупринудительной и со щелевой разгрузкой (вниз)  (рис. 2.5).

Рис.2.6 Схемы способов разгрузки ковша и типы заслонок 
а -  свободная   (самосвальная)    разгрузка    вперед;   б -  разгрузка     назад; 
в -  принудительная  разгрузка;  г -  полупринудительная  разгрузка;   
д  - щелевая разгрузка (вниз); е - плавающая заслонка; ж - постоянно управяемая заслонка;  
 1- передняя заслонка;  2 - ковш;  3 - нож; 4 -  задняя заслонка; 5 - подвижная стенка.

У скреперов со свободной (самосвальной) разгрузкой ковш опрокидывается назад (у одноосных скреперов) либо вперед (у двухосных скреперов). Скреперы со свободной разгрузкой ковша плохо разгружают липкие   и   переувлажненные   грунты.

У скреперов с принудительной разгрузкой грунт выталкивается прямолинейным движением вперед задней подвижной стенки ковша. Скреперы с такой разгрузкой могут работать на любых грунтах, в том числе на грунтах липких и переувлажненных.

У скреперов с полупринудительной разгрузкой днище и задняя стенка конструктивно выполнены как единый узел, который шарнирно подвешен на боковых стенках или к подножевой плите ковша. Для разгрузки днище с задней стенкой опрокидывается вперед, при этом грунт в первоначальной стадии выталкивается из ковша принудительно, а в конце разгружается за счет  свободного высыпания под действием собственного веса. При полупринудительной разгрузке стенки ковша не полностью очищаются от липких и переувлажненных грунтов.

При щелевой разгрузке грунта (вниз) днище ковша, поворачиваясь, выводится из-под грунта и становится под углом наклона к горизонту 72-75°. Этот способ разгрузки характеризуется хорошей выгрузкой липких и переувлажненных грунтов и значительно меньшей энергоемкостью механизма выгрузки.

5. По системе управления рабочими органами различают скреперы с канатным, гидравлическим и   электроуправлением. 
Наиболее широкое и преимущественное распространение получает гидравлическая система управления. Основным достоинством гидравлического механизма является возможность реверсирования действующих усилий. Под воздействием гидравлического
цилиндра двойного действия весь вес скрепера может быть сосредоточен на режущих ножах и врезание ковша в грунт осуществляется на минимальном пути. Аналогичный, цилиндр принудительно полностью закрывает заслонку ковша, предотвращая потери грунта при его транспортировании.

Скорость движения   полуприцепных и самоходных скреперов   предусмотрена   в    пределах 40 - 50 км/ч  т.е.   примерно в 6 - 6,5 раза   больше,   чем     у гусеничных.

Скрепер полуприцепной. Устройство и принцип работы

Скреперы широко используються в гидротехническом строительстве. Наиболее часто применяються полуприцепные скреперы (Рис.3.1) с ковшами большой емкости и самоходные скреперы.

Рис.3.1  Полуприцепной скрепер

1 - ведущий мост тягача; 2 - одноосный тягач; 3 - ковш; 4 - днище ковша с ножами; 5 - задняя стенка; 6 - заслонка; 7 - передняя рама; 8 - буфер; 9 - гидравлические цилиндры выдвижения стенки; 10 - подъемные цилиндры; 11 - хобот; 12 - гидроцилиндры поворота скрепера.

Полуприцепной скрепер работает в сцепе с одноосным тягачом 2, который имеет дизельный двигатель, механическую коробку передач, встроенные в колеса планетарные редукторы и рулевое управление с гидроусилителем. Управление скрепером гидравлическое. Разгрузка ковша принудительная.                                                                   

Ковш скрепера своей передней частью соединяется с ведущим мостом тягача 1 при помощи специального устройства, допускающего свободу взаимного поворота в двух плоскостях для
одноосных тягачей и в трех плоскостях - для двухосных. Такое устройство позволяет легко преодолевать боковые уклоны и горизонтальные повороты пути. Основными частями скрепера являются ковш 3, днище которого оборудовано ножами 4, задняя стенка 5, заслонка 6, передняя рама 7, ходовые колеса и система управления. Ковш скрепера сварной конструкции, состоит из двух жестко связанных между собой боковых стенок, днища и буфера.

Форма и геометрические размеры ковша существенно влияют на работу скрепера. Они должны быть такими, чтобы на заключительной стадии наполнения ковша требовалась возможно меньшая удельная сила тяги (сила тяги, отнесенная к 1 м3 грунта в ковше). Кроме того, при выборе формы ковша учитывается необходимость снижения металлоемкости и обеспечения хорошей маневренности скрепера. Поэтому, как правило, проектируют и изготовляют широкие и короткие ковши, причем высоту стремятся насколько возможно уменьшить. Такие ковши легко заполняются на коротком пути и, за малое время. Скрепер с коротким ковшом имеет и короткую ходовую базу, что благоприятно сказывается на маневренности машины.

В передней части днища ковша приваривается подножевая плита, на которой закрепляются режущие   ножи 4. Последние состоят обычно из трех секций - средней и двух крайних. Средние широкие ножи выдвинуты вперед, что облегчает резание грунта, так как вследствие сосредоточения усилия тяги на небольшом участке режущей кромки среднего ножа обеспечивается более быстрое проникновение его в массив грунта.                               

Буфер 8 служит для передачи напорного усилия ковшу трактором-толкачом. Ферма буфера оканчивается двумя упорами, на которые нажимает толкающее приспособление (щит трактора-толкача) .

Задняя стенка 5 ковша служит для принудительной выгрузки грунта и состоит из жесткой конструкции коробчатого сечения, щита и толкателя в виде продольного бруса, к которому присоединяются штоки гидравлических цилиндров 9 выдвижения стенки. На толкателе смонтированы ролики, предназначенные для направления движения задней стенки без ее перекоса.

Заслонка ковша удерживает грунт от высыпания при рабочем ходе скрепера и увеличивает возможное наполнение ковша. При ее помощи, кроме того, (регулируется толщина отсыпаемого слоя грунта при послойной его укладке в качественные насыпи (дамбы, плотиньг и т. п.). К рычагам заслонки в средней их части присоединяются штоки подъемных цилиндров 10, с помощью которых производится подъем или опускание заслонки.
Заслонки могут быть двух типов: плавающая и постоянно управляемая.

Передняя рама 7 скрепера (Рис. 3.1). представляет собой П-образную конструкцию, к которой в средней части приварен хобот 11. Хобот оканчивается стальной литой головкой с проушинами для соединения скрепера со шкворнем тягача и   для крепления гидроцилиндров 12 поворота скрепера.

Полуприцепные скреперы с одноосным тягачом обладают большой маневренностью, поскольку рулевое управление тягача обеспечивает принудительный поворот его на 90° в обе стороны относительно скрепера. По сравнению с двухосными прицепными скреперами, работающими в сцепе с гусеничными тракторами, полуприцепные скреперы имеют в 2 - 2,5 раза большую производительность и примерно в 1,5 - 2 раза меньшую металлоемкость и энергоемкость.

Отечественной промышленностью полуприцепные скреперы выпускаются с ковшами емкостью 10 - 12 м3 и 15 - 18 м3 с одноосными тягачами, мощностью соответственно 176 и 275 квт (240 и 375 л. с), обеспечивающими транспортные скорости скрепера до 40 - 50 км/ч.

Скреперы двухмоторные и двухковшовые

С целью достижения более высокой производительности и проходимости полуприцепных скреперов, работающих в сцепе с одноосными тягачами, разрабатываются новые конструктивные решения. Помимо увеличения емкости ковша скрепера, достигшей в зарубежной практике уже 46 м3, распространение получают двухмоторные скреперы.

Рис.4.1 Двухковшовый скрепер с дополнительным приводом на заднюю ось

У таких скреперов наряду с двигателем одноосного тягача имеется еще специальный двигатель на задней оси с трансмиссией для привода ходовых колес, включаемый при наборе грунта. При этом значительно увеличивается тяговое усилие машины, поскольку заднее колеса становятся ведущими. Двухмоторные скреперы серийно выпускаются зарубежными фирмами «Катерпиллер», «Аллис-Чалмерс», «Эвклид» (США) и др.

Дальнейшим развитием полуприцепных скреперов явилось создание двухковшовых скреперов (Рис. 4.2), у которых все ходовые колеса выполняются также ведущими.

Рис.4.2 Схема работы двухковшовых скреперных агрегатов

а - набор грунта первым ковшом; б - набор грунта вторым ковшом; в - одновременная выгрузка грунта

Сдвоенные скреперы с шестью и восемью приводными колесами имеют гидравлическую или электроконтактную систему управления и принудительную разгрузку ковша. Разработка грунта производится поочередно: при заполнении ковша переднего скрепера порожний задний скрепер является толкачом, по заполнении ковша передиий скрепер работает в качестве тягача совместно с основным тягачом. Наибольшая глубина резания достигает 0,76 м, а толщина слоя отсыпаемого грунта - 0,66 м.

Применение механической передачи для привода задних колес значительно усложняет конструкцию скрепера. Поэтому все большее применение получает дизель-электрический привод с установкой на валу дизеля генератора, питающего током электродвигатели для привода каждого колеса, или дизель-гидравлический привод с высокомоментными гидромоторами на каждом колесе.

Привод ходовых колес по системе «мотор-колесо» ( Рис.4.3) или «гидромотор-колесо» позволяет без изменения конструкции базовой машины-тягача выполнять колеса прищепной манины ведущими и использовать вес машины для увеличения тягового усилия при резании грунта и в тяжелых дорожных условиях. Поэтому этот вид привода получает широкое применение как в скреперах, так и в других землеройно-транспортных машинах.

Рис.4.3 Мотор - колесо

1 - планетарный редуктор; 2 - ведущая шестерня; 3 - подшипник; 4 - система охлаждения; 5 - статор; 6 - ротор; 7 - ведомый зубчатый венец; 8 - пневмошина

Агрегат «мотор-колесо» состоит из пневматической шины, обода и встраиваемых в него редуктора и электродвигателя обычно постоянного тока. В такой конструкции корпус электродвигателя является осью колеса и со свободной стороны имеет фланец для крепления к раме машины. Основными достоинствами привода по системе «мотор - колесо» и «гиршотор - колесо» являются упрощение кинематической схемы и, в частности, трансмиссии за счет удаления коробок скоростей, дифференциалов, карданных валов, фрикционных элементов и других узлов; возможность использовать полностью и рациоиалъно мощность дизеля во всех режимах работы машины, что существенно повышает ее производительность.

Применение скреперов

Скрепер является одной из основных землеройных машин в мелиоративном, гидротехническом, промышленном и транспортном строительстве. Основное преимущество, скрепера заключается в его способности выполнять полный комплекс земляных работ: разработку грунта, его транспортировку, выгрузку с разравниванием и частичное уплотнение грунта. Лишь при возведении качественных насыпей степень уплотнения грунтов скреперами оказывается недостаточной и для получения проектной плотности грунта приходится применять специальные уплотняющие машины. Скрепер отличается простой и надежной конструкцией; при работе без толкача он управляется одним скреперистом. Благодаря колесам на пневмошинах скрепер легко перебрасывается с одного объекта работ на другой.
Скреперы применяют для выполнения следующих видов земляных работ: а) разработки каналов в выемке, с отвозкой грунта в насыпь или кавальер; б) устройства подушек для оросителей с разработкой и транспортированием грунта из боковых резервов; в) разработки выемок с продольным перемещением грунта в насыпь; г) возведения насыпей, дамб каналов, плотин; д) планировки орошаемых земель с перемещением грунта с повышенных участков в пониженные; е) срезки и перемещения растительного грунта при подготовке оснований под дамбы каналов, земляные плотины, оградительные валы и т.п., а также вскрышных работ в карьерах; ж) разработки крупных котлованов и траншей.
При разработке выемки наименьшая ширина ее должна быть больше габаритной ширины скрепера и тяговой машины.
Скреперами разрабатывают лугкие грунты; для работы в других грунтах требуется их предварительное разрыхление. На заболоченных участках и в переувлажненных грунтах скреперы не применяют, так как затрудняется их перемещение, неудовлетворительно заполняется и плохо разгружается ковш.

Подбор скреперов

Принимая для производства работ по каналам скреперы, надо учитывать следующее:
1) грунтовые условия - скреперы плохо работают на сухих сыпучих и тяжелых глинистых грунтах; не могут быть использованы в грунтах с крупными каменистыми включениями при наличии пней, крупных корней;

2) влажность грунтов - на влажных и липких грунтах коэффициент наполнения снижается до 0,3 - 0,5; при наличии грунтовых вод скреперы применять нельзя;

3) дальность перемещения грунта - для прицепных скреперов ко 400 - 800 м, для самоходных до 3000 м;

4) уклоны пути по местности и выездов из выемки и на насыпь;

5) габаритные размеры выемки и насыпи - скрепер должен иметь ширину режущей кромки не более ширины разрабатываемой выемки по дну и свободно размещаться по ширине насыпи (с запасом не менее 0,5 м с каждой стороны);

6) достаточность места для маневрирования скрепера в пределах выемки и на насыпи с учетом практической величины радиуса поворота;

7) общий объем работ и объем работ, приходящийся на один скрепер на рассматриваемом объекте.

Для небольших объемов земляных работ и для работ в стеснённых условиях выгоднее применить скреперы с малой вместимостью ковша, исходя из условия свободного маневрирования ими.                                            
Для больших сосредоточенных объемов работ на одном объекте выгоднее применять скреперы с большой вместимостью ковша. При больших дальностях возки выгоднее применять быстроходные самоходные скреперы.

Технология производства работ скреперами

Скреперы являются машинами цикличного действия. Рабочий цикл их состоит из следующих операций: 1) резания грунта и загрузки ковша; 2) транспортирования грунта к месту укладки; 3) разгрузки ковша с укладкой грунта; 4) передвижения скрепера в забой. Эффективность применения скреперов в значительной степени зависит от правильности выполнения перечисленных операций.

Рис. 7.1 Положение скрепера при загрузке его ковша

1 - тяговая рама, 2 - силовой цилиндр, 3 - заслонка, 4 - ковш, 5 - задняя стенка - разгрузочное устройство, 6 - ножи

Основным рабочим органом скрепера является ковш с режущими ножами. Ковш оборудован механизмом для его опускания, подъема и выгрузки грунта, приводимым в действие системой канатов или гидравлическим приводом.
Первая операция рабочего цикла начинается в момент начала движения скрепера при опущенном на грунт ковше (Рис. 7.1). Ножи, установленные на передней части днища ковша, отрезают слой грунта, который попадает в ковш. По мере наполнения ковша увеличивается сопротивление движению скрепера, а поскольку усилие, развиваемое его двигателем, постоянное, то может наступить момент, когда сопротивление превысит усилие движения, и скрепер остановится. Чтобы такое явление не наступило, необходимо снизить сопротивление, уменьшив толщину стружки. Для этого уменьшают глубину резания, выглубляя ножи. Таким образом, в процессе загрузки ковша толщина стружки непрерывно уменьшается и если посмотреть на нее в разрезе, то она имеет вид клина. Поэтому такой способ резания грунта назвали клиновым (Рис. 7.2,а). Он применяется при разработке различных связных грунтов на горизонтальных площадках.

Рис. 7.2 Способы резания грунта

а - клиновой; б - гребенчатый; в - ребристо - шахматный

В процессе резания грунта машинист должен следить за наполнением ковша. Как только он заполнится, необходимо выглубить ножи и закрыть переднюю заслонку. Следует стремиться наполнить ковш «с шапкой», но при этом необходимо учитывать следующее. К концу загрузки ковша интенсивность поступления в него грунта резко сокращается. Стремление загрузить ковш «с шапкой» приводит к увеличению продолжительности загрузки, поэтому необходимо своевременно прекращать загрузку ковша. При меньшем его наполнении сокращается продолжительность загрузки и повышается производительность скрепера на данной операции. Для повышения интенсивности поступления грунта в ковш в конце загрузки на современных скреперах ножи устанавливают ступенчато. Средний нож выступает вперед и вниз относительно крайних секций ножей. При таком расположении ножей средняя часть стружки толще, чем крайняя. Благодаря этому стружка сохраняет свою ¦прочность, что позволяет более интенсивно протаскивать грунт в ковш, в результате чего он быстрее заполняется. Планировочные работы скрепера выполняют ножами, установленными на одном уровне.
Сухие песчаные и супесчаные грунты на горизонтальных и наклонных участках режут гребенчатым способом (Рис. 7.2,б). Ковш опускают на максимальную глубину и скрепер движется до полного буксования тягача или до тех пор, пока не заглохнет двигатель. После этого ковш выглубляют на 70-80% и снова заглубляют, но уже на меньшую глубину, и набирают грунт до того же предела, как и в первый раз. Операции подъем - опускание ковша повторяют 4 - 5 раз до предельно возможного его заполнения грунтом «с шапкой». Этот метод обеспечивает наибольшее наполнение ковша, так как сыпучий грунт лучше поступает в ковш порциями, чем при непрерывном движении с постепенным изменением глубины резания. Для улучшения наполнения ковша на малосвязных грунтах к боковым стенкам его прикрепляют боковые ножи.
Плотные грунты в широких забоях рекомендуется разрабатывать ребристо-шахматным способом (Рис. 7.2, в) - последовательными рядами проходок, одинаковыми по длине и расположению. Между проходками первого ряда остаются полосы неразработанного грунта на одну треть меньше ширины захвата скрепера. Второй ряд проходок ведется на расстоянии половины длины проходки от первого и расположен по длине оставленных полос. Следующие проходки выполняются аналогично. Выемки образуют двумя-тремя проходами скрепера, а полосы снимают за один - два прохода.
При срезке выступающих полос увеличивается толщина стружки в средней части, уменьшаются потери грунта в боковые валики, что способствует более полному наполнению ковша на коротком пути и уменьшению затрат времени.
Очень плотные и сухие грунты предварительно разрыхляют для повышения производительности скреперов. Степень разрыхляемости грунта при этом не должна быть значительной, чтобы не ухудшилось наполнение ковша.
Для увеличения годовой выработки скреперов их необходимо использовать круглогодично. Для этой цели зимой нужно разрыхлять разрабатываемые грунты и работать в две смены, чтобы грунт не успевал промерзнуть. В конце второй смены следует так же разрыхлить грунт на разрабатываемом участке.
При разработке малосвязных грунтов целесообразно устанавливать дополнительные щитки по бокам ковша. Боковые щитки направляют грунт в ковш и снижают время его наполнения в 1,5 - 2 раза.
Для улучшения загрузки ковша скрепера применяют толкачи. При этом сокращается путь и время наполнения ковша, в результате чего повышается производительность скреперов. В качестве толкачей используют тракторы: Т-100М - для прицепных скреперов с ковшом, вмещающим 6 м3; Т-180 и К-700-для ДЗ-11М (Д-357М) и ДЗ-11П (Д-357П); ДЭТ-250М-для ДЗ-13 (Д-392). Каждый из этих тракторов оборудуют буферным устройством - щитом. Подъезжая к скреперу, толкач упирается щитом в буфер скрепера и толкает его в момент набора грунта в ковш. Соприкосновение щита толкача с буфером скрепера должно производиться плавно, без ударов. Это достигается изменением подачи топлива: в момент подъезда к скреперу она должна быть минимальной, а затем постепенно увеличиваться. Толкач следует подводить к скреперу строго по оси их движения, чтобы центр щита совпадал с центром буфера скрепера.
Хорошие результаты при использовании толкачей дает толкающее устройство с амортизатором (Рис. 7.3).

Рис. 7.3 Толкающее устройство с амортизатором

1 - толкающая плита; 2 - кронштейн; 3 - рама трактора; 4 - амортизационный блок; 5 - перегрузочный блок; 6 - буфер скрепера

Толкающая плита 1 шарнирно прикрепляется верхней частью к кронштейнам 2, приваренным к раме трактора. К нижней части плиты крепятся блоки 4 с вмонтированными в них резинометаллическими амортизационными дисками. При стыковке тягача со скрепером амортизационные блоки сжимаются, гася удар. С повышением нагрузки вступают в работу перегрузочные блоки 5. Толкающее устройство с амортизатором обеспечивает более плавную работу скрепера и уменьшает утомляемость машиниста.
Один толкач может обслуживать 4-6 скреперов.
При прочих равных условиях потребность в толкачах может быть обеспечена ритмичным заездом скреперов в забой с интервалом, обеспечивающим четкую очередность их загрузки.
Набирать грунт следует при движении скрепера на 1-й передаче по прямой линии или под уклон. При этом уменьшается сопротивление движению скрепера и большее усилие может быть использовано на резании грунта и наполнении ковша.
Оптимальная величина уклона 3-7°. Меньший уклон почти не влияет на производительность загрузки при большем уклоне грунт скатывается перед ножами и плохо поступает в ковш, особенно сыпучий и песчаный.
Длина пути набора грунта скреперами в различных грунтовых условиях приведена в табл. 13.
В процессе работы скрепера ножи затупляются, в результате чего возрастает усилие резанию, увеличивается продолжительность рабочего цикла и снижается производительность. Поэтому при затуплении ножей первый раз их переворачивают другой стороной, для чего ножи отсоединяют от днища ковша, переворачивают другой стороной и снова устанавливают их на свои места. При последующем затуплении ножи снимают и затачивают с обеих сторон.При наборе связных грунтов переднюю заслонку следует поднимать на 500-600 мм, а после заполнения ковша между заслонкой и ножом оставляют зазор 150-200 мм.
Набирая рыхлые и сыпучие грунты, переднюю заслонку поднимают полностью, а после заполнения ковша на 2/3 ее опускают на призму волочения.
В конце загрузки скрепера одновременно с подъемом ковша необходимо опустить заслонку, чтобы грунт не высыпался из передней части ковша.
Транспортируют грунт к месту его укладки на II или III передаче, а разгружают (рис. 7.4) на III-IV передачах скрепера при движении по прямой. Перед началом разгрузки ковш опускают

Рис. 7.4 Схема разгрузки скрепера

а - установка ковша в разгрузочное положение; б - подъем заслонки и выгрузка грунта из передней части ковша и со щита заслонки; в -выгрузка основной части ковша движением разгружающего устройства; h - зазор между ножами ковша и поверхностью отсыпаемого грунта

и устанавливают на небольшую высоту отсыпки грунта. Переднюю заслонку плавно поднимают на полную высоту и грунт, удерживающийся ею в передней части ковша, ссыпается перед ножами и планируется ими. После того как грунт высыпется с передней части ковша, включают разгрузочное устройство и остальной грунт вытесняется из ковша.
Включать разгрузочное устройство следует в два-три приема с остановками во избежание перегрузки скрепера. На липких и влажных грунтах движение заслонки и разгрузочного устройства повторяют 2-3 раза для более полного опорожнения ковша.
Разгрузку ковша и укладку грунта рациональнее выполнять под небольшой уклон, который не должен превышать 5°, так как при большем уклоне возможно опрокидывание ковша.

Рис. 7.5 Схема планировочных работ скреперами
1 - ножи, 2 - разгружающее устройство, 3 - заслонка, 4 - выступающая неровность на местности, 5 - впадина, подлежащая засыпке

Укладывают грунт слоями заданной толщины, при этом каждую последующую отсыпку производят рядом с предыдущей для получения ровной поверхности, не требующей специальной планировки. Проходы скрепера во время отсыпки должны быть использованы для уплотнения грунта. Отсыпка грунта производится от краев к середине, чтобы со стороны откосов насыпь была несколько выше, чем в середине, для предотвращения сползания скрепера.
Дороги для транспортировки грунтов скреперами должны иметь минимальное число поворотов. Наибольший подъем дорог для прицепных скреперов не должен превышать 0,15, для самоходных 0,12. Уклоны спусков не должны быть более 0,25 для прицепных и 0,20 - для самоходных скреперов; боковые уклоны для прицепных скреперов - не более 0,12, для самоходных - 0,10.
В местах разгрузки скреперов должны быть оборудованы площадки для их разворота на обратный ход. Ширина этих площадок должна быть не менее указанных ниже величин: для скреперов с ковшом вместимостью менее 6 м3 - 7 м; более 6 м3 -12,5 м; 10 м3 - 15 м; более 10 м3 - 21 м.
Передвигаться скреперы в забой должны на повышенной скорости. Так как скорость движения скрепера зависит от землевозных путей, то необходимо использовать холостой ход скрепера для планирования землевозных дорог.
Подъемы для движения прицепного скрепера порожняком не должны быть более 0,17, для самоходного - 0,15. Уклоны спусков соответственно: 0,30 и 0,25. Боковые уклоны такие же, как и для груженых скреперов.
Ширина проезжей части выездов и съездов при одностороннем движении должна быть не менее 4 м для скреперов с ковшом вместимостью менее 6 м3, 4,5 м - для скреперов с ковшами 6 -10 м3 и 5,5 м - для скреперов с ковшом более 10 м3.
На планировочных работах заслонку ковша поднимают в крайнее верхнее положение, разгрузочное устройство устанавливают в переднее положение, а ковш опускают на грунт. При движении скрепер срезает выступающие неровности грунта ножом, сдвигает грунт и заполняет впадины (Рис. 7.5).

Схемы движения скреперов

Эффективность работы скреперов в значительной степени зависит от принятой схемы их движения в рабочем цикле. При выборе схемы движения скреперов необходимо учитывать длину забоя и длину пути - разгрузки ковша, а также число поворотов скрепера в одном рабочем цикле. Длина забоя должна быть достаточной для загрузки ковша, длина пути разгрузки - достаточной для полной его выгрузки, а число поворотов скрепера должно быть минимальным.
В зависимости от размеров насыпи или выемки, расположения мест разработки и отсыпки грунта могут быть применены описанные ниже схемы движения скреперов.

При возведении насыпей высотой 4 - 5 м из грунтов односторонних резервов и разработке выемок глубиной 4 - 7 м с укладкой грунта в насыпь или кавальер, а также на планировочных и вскрышных работах с поперечной разработкой грунта при длине участка на всех этих работах до 100 м рекомендуется движение скрепера производить по эллипсу (Рис. 8.1, а).

Рис. 8.1 Схемы движения скреперов 

а - по эллипсу, б - по восьмерке, в - по зигзагу, е - по спирали,

д - челночно-поперечная, е - челночно-продольная

Сущность разработки грунта по этой схеме состоит в следующем. Грунт набирается в резерве или выемке при движении скрепера по прямой линии. После набора грунта скрепер делает поворот и движется к месту выгрузки по прямой.
После выгрузки скрепер разворачивается и направляется к месту набора грунта. Рабочий цикл скрепера на этом заканчивается. Путь, пройденный скрепером за цикл, представляет собой замкнутую линию, имеющую форму эллипса.
За цикл работы скрепер делает два поворота, за счет чего увеличивается время цикла. Кроме того, для обеспечения равномерного износа ходовой части необходимо периодически менять направление движения: 1,5 - 2 ч двигаться по часовой стрелке, а затем в течение такого же времени - против.

Возведение насыпей из грунтов боковых резервов высотой 4 - 6 м и разработку выемок с укладкой грунта в насыпь пли в кавальер глубиной 4 - 6 м, а также на планировочных и вскрышных работах глубиной 1 - 1,5 м при длине участка на всех этих работах до 200 м целесообразно производить при движении скрепера «по восьмерке» ( Рис. 8.1, б). По этой схеме скрепер, набирая грунт, движется вдоль резерва или разрабатываемой выемки. Набрав грунт, скрепер поворачивается и транспортирует грунт к месту выгрузки. После разгрузки он поворачивается на 180° для повторного набора грунта на другом участке. Затем цикл снова повторяется. Эта схема имеет преимущества перед схемой движения ло эллипсу. При каждой разгрузке скрепер поворачивается на 180°, а двигаясь по эллипсу, он делает два поворота на каждую разгрузку, что позволяет значительно повысить производительность скрепера.

Во время возведения насыпей высотой 2,5 - 6 м (из грунтов односторонних или двусторонних резервов) и разработке выемок (глубиной 2,5 - 6 м с укладкой грунта в односторонний или двусторонний кавальер при длине участка работ более 200 м) скрепер должен двигаться по зигзагообразной схеме (Рис. 8.1, в). Скрепер, набрав грунт в резерве или выемке, поворачивается на 45° и транспортирует его к месту выгрузки, после чего снова въезжает в резерв или выемку за грунтом. Так движется скрепер из резерва на насыпь и с насыпи в резерв, в конце участка скрепер разворачивается и движется в обратном направлении таким же способом. Эта схема характеризуется минимальным количеством поворотов скрепера на каждую разгрузку, в результате чего уменьшается время цикла и увеличивается производительность скрепера.

В тех случаях, когда ширина насыпи равна длине пути разгрузки скрепера или больше ее, ширина выемки равна длине пути набора ковша, а высота насыпи и глубина выемки составляет 2 -2,5 м, то движение скрепера осуществляется по спирали ( Рис. 8.1, г). По этой схеме скреперы набирают грунт в резервах, двигаясь вдоль оси насыпи, а разгружают его при поперечном движении по насыпи. Разрабатывая выемку, грунт набирают при поперечном движении скрепера, а разгружают в кавальеры, при движении вдоль оси выемки. Укладка грунта в насыпь или его набор в выемке каждый раз производится на новом месте, в результате чего скрепер движется по спирали. При такой схеме движения в каждом цикле скрепер делает два поворота под углом 90°.

На разработке выемок глубиной 4 - 6 м с укладкой грунта в двусторонние отвалы при ширине ее не менее длины пути набора ковша, а также на планировочных и вскрышных работах глубиной 1 - 1,5 м скрепер движется по челночно-поперечной схеме (Рис. 8.1 д). Он набирает грунт при поперечном перемещении относительно оси выемки, затем сдвигает его в отвал, после поворота движется в обратном направлении и вновь набирает и транспортирует грунт уже во второй отвал. При такой схеме движения теряется много времени на повороты.

При возведении насыпей высотой 4 - 6 м из грунтов двусторонних резервов и разработке выемок глубиной 4 - 6 м с укладкой грунта в двусторонние отвалы скрепер движется по челночно-продольной схеме ( Рис. 8.1,е). Возводя насыпь, скрепер набирает грунт в одном резерве, двигаясь вдоль оси насыпи, и перевозит его в насыпь, где разгружает ковш, двигаясь вдоль той же оси. После этого скрепер разворачивается на 90° и набирает грунт во втором резерве, двигаясь уже в обратном направлении, и цикл повторяется. При разработке выемок скрепер разгружается поочередно, то в одном, то в другом отвале.

Производительность скрепера

Рис.9.1 Схема рабочего процесса скрепера

а - положение ковша во время набора грунта; б - транспортировка грунта; в - выгрузка грунта; г - схема к определению минимальной длины прямого участка пути, необходимого для набора грунта

 Полный цикл работы скрепера состоит из следующих операций:

1) резания грунта и наполнения ковша (подъем передней заслонки, регулирование толщины срезаемого слоя грунта путем подъема и опускания ковша, Рис.9.1,а) ; 2)транспортирования грунта (ковш поднят в транспортное положение, передняя заслонка закрыта, Рис.9.1,б) ; 3) разгрузки грунта (подъем передней заслонки и выдвижение задней стенки или опрокидывание днища и задней стенки относительно шарнира в боковых стенках ковша или опрокидывание ковша, Рис.9.1,в); 4) обратного хода скрепера в забой (передняя заслонка поднята, ковш подготовлен к набору грунта).

Производительность скрепера (м3/ч)  определяется по формуле, общей для всех машин цикличного действия

где:     q - геометрическая емкость ковша скрепера в м3; 
n  -  число циклов скрепера в единицу времени( в данном случае за час);  

Каждая операция рабочего цикла протекает на определенном участке пути при соответствующей скороста движения скрепера. Таким образом, продолжительность цикла

Продолжительность каждой из составляющих цикла определяют следующим образом:

где: Lн, Lг.х, Lв, Lх.х - длины путей (м) при наборе грунта, груженого скрепера, при разгрузке и порожнего скрепера; Vн, Vг.х, Vв, Vх.х - соответствующие элементам цикла скорости движения тягача при наборе, выгрузке, груженном и порожнем ходе, выбираемые в соответствии с тяговыми сопротивлениями на различных участках пути движения скрепера в м/сек; tп - время на переключение передачи, принимаемое равным 5 - 6 сек; tпов - время на один поворот, принимается равным 15 - 20 сек.

Kн  - коэффициент   наполнения ковша (таблица 9.1)

Таблица 9.1 Коэффициенты наполнения ковшей скреперов

Kв  - коэффициент использования рабочего времени машины, представляющий собой отношение времени чистой работы ко всему затраченому. Принимается равным 0,85 - 0,9; 
Kр - коэффициент разрыхления грунта, зависящий от вида грунта и его состояния;

Таблица 9.2 Коэффициенты разрыхления основных грунтов

Анализ величин, входящих в состав формулы производительности скрепера и выражения для продолжительности рабочего цикла, показывает значительное влияние эксплуатационных факторов на производительность машины и ее использование. И действительно, производительность скрепера в основном зависит от емкости ковша, коэффициента его наполнения, скоростей движения на всех этапах его работы и от степени использования рабочего времени. 
Наиболее продолжительными элементами рабочего цикла, является время движения груженого и порожнего скрепера; при значительном расстоянии перевозки грунтов это время составляет до 85 - 90% общей продолжительности цикла. Поэтому задача создания, высокопроизводительных скреперов является прежде всего задачей освоения в серийном производстве базовых машин (тракторов, тягачей) с высокими тяговыми и скоростными показателями.
Груженый и холостой ход скрепера необходимо выполнять на высшей передаче трактора (тягача). Наполнение ковша скрепера (копание) производится при скорости движения на первой передаче трактора (тягача). Скорость движения груженого скрепера на ровном участке принимается в пределах 0,55 - 0,75 скорости на высшей передаче, а при движении на подъем - на первой передаче. Скорость движения порожнего скрепера принимается в пределах 0,75 - 0,85 скорости на высшей передаче, а при движении на подъем - на второй передаче

Набор грунта скреперами можно вести только на прямолинейных участках длиной, достаточной для размещения длины пути, набора и скреперного агрегата (Рис.9.1, г). К моменту начала набора тягач и часть скрепера будут находиться уже на полосе набора грунта. После окончания набора тягач и часть скрепера выйдут за пределы участка, на котором срезался грунт. В связи с этим минимальная длина прямолинейного участка пути для набора грунта должна быть не менее

где:  lн - длина пути набора, грунта;  
lск, lт -  длина скрепера и тягача.                              .
Длину путей набора и выгрузки можно вычислить по формулам, выводимым из условия равенства объемов срезанного грунта и грунта, находящегося в ковше.
Длина пути (м) набора грунта (копания) определяется по формуле:

длина (м) пути выгрузки грунта

где: q - геометрическая вместимость ковша, м3; bн - ширина полосы захвата грунта ножами скрепера (ширина ковша), м; h - средняя толщина стружки грунта за время набора, м ); hсл - средняя толщина слоя отсыпки грунта в насыпь, м; Кн - коэффициент наполнения ковша грунтом; Кр- коэффициент разрыхления грунта; Кп - коэффициент потерь грунта при наборе( равен 1,2); Кh - коэффициент неравномерности толщины стружки (0,7).
Толщина слоя укладки грунта зависит от конструктивных особенностей скрепера и требований, предъявляемых технологией последующей обработки грунта (разравнивание, увлажнение, уплотнение).

Организация использования скреперов

Практика эксплуатации скреперов показала, что более высокие показатели в работе они имеют, если использовать их группами. С этой целью в строительных организациях создаются специализированные участки по эксплуатации скреперов: в одних из них сосредоточивают самоходные скреперы, в других - прицепные.

Участки состоят из бригад. В состав каждой из них входит 4 - 6 скреперов и толкач. Такая бригада в состоянии выполнить земляные работы по бригадному подряду. В скреперных бригадах работы ведутся, как правило, в две смены.

Концентрация скреперов в специализированных участках и бригадах позволяет хорошо подготовить для них фронт работ, полнее обеспечить необходимой технической документацией, лучше спланировать загрузку скреперов в условиях рассредоточенного строительства, организовать качественное техническое обслуживание и ремонт при минимальных затратах труда и времени.

При концентрации скреперов в больших бригадах создаются условия для лучшего использования толкачей. На крупных объектах автогрейдеры поддерживают землевозные дороги в хорошем состоянии, что позволяет повысить скорость движения скреперов, сократить продолжительность рабочего цикла и повысить производительность машин. Групповое использование скреперов дает возможность машинистам оказывать взаимопомощь в работе при устранении возникающих неисправностей, в результате чего снижаются простои машин.

Лекция 4.Организация комплексно-механизированных работ при строительстве гидромелиоративных сооружений

Комплексная  механизация строительных работ

Комплексная механизация строительных работ определяет качество и эффективность  строительного производства.    
Механизация работ  всегда должна  быть  экономически оправдана и базироваться  на организационно-экономических критериях,   
Строительный процесс называют комплексно-механизированным,  если все основные и вспомогательные операции выполняют с помощью  машин и механизмов.
Основными критериями комплексной    механизации являются:
- подбор и увязка между собой  строительных машин при которой обеспечивается максимальная их загрузка  и минимальная стоимость работ;
- обеспечение  оптимальной продолжительности строительства и наибольшей производительности труда рабочих;
-максимально учтены природные и экономические условия строительства.
Совокупность машин необходимых для выполнении строительных процессов, увязанных между собой технологически и соответствующих друг другу по производительности  принято называть комплектом.

Показатели комплексной механизации

Показатели комплексной механизации делятся на две группы. 
К первой группе относятся показатели, оценивающие  оснащённость строек строительными машинами:
-механовооруженность строительства;
-энерговооруженность строительства;
- уровень  механизации строительно-монтажных работ.
Механовооруженность строительства - это отношение балансовой стоимости парка машин и механизмов к стоимости строительно-монтажных работ, выполняемых за год.
Энерговооруженность строительства - это суммарная установленная мощность двигателей машин и механизмов  приходящаяся на 1 млн. грн. стоимости строительно-монтажных работ.
Уровень  механизации строительно-монтажных работ - это отношение стоимости комплексно-механизированных работ к общей стоимости выполненных работ. 
Ко второй группе относятся технико-экономические:
- себестоимость   единицы объема работ;
- выработку на одного рабочего в единицу времени;
- энергоемкость;
- удельный расход топлива;
-металлоемкость оборудования.
Каждый из этих показателей   находится делением расходуемого количества   вида ресурса на выполненный объем работ.

Выбор машин для комплексной механизации строительных работ

Выбор машин для комплексной механизации  строительных работ задача сложная и ее решение   зависит от конкретных условий.  Как правило, выбор машин и механизмов идет двумя путями:
- с учетом машин которые имеет подрядная строительная организация;
- исходя из возможностей применения любых машин, выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью.
Но в  любом случае исходным пунктом являются их рабочие параметры, технологичность, обеспечение ими требуемой точности и качества работ.    
Если один и тот же процесс может быть выполнен разными  видам машинами, проводят технико-экономическое сравнение возможных вариантов.

Порядок подбора комплектов машин

Порядок подбора комплектов машин имеет такую последовательность:
1.Проводится типизация сооружений по характерным особенностям, размерам и требований к ним и объединение их в группы.   
2.Намечается состав и проводится деление  строительных операций на подготовительные, основные ивспомогательные, для выполнения которых  нужны разные механизмы,   
3.Для каждой группы сооружений  выделяют ведущие строительные операции, определяющие темпы ведения  и основную долю  их стоимости.   
4. Выбирают машины для выполнения ведущих строительных операций. 
5. Выбирают машины для выполнения всех остальных строительных операций. 
6. Подбирают комплект  машин из условия наиболее полной их загрузки.  
7. Определяют производительность принятого комплекта машин в единицах  профильного   объема работ. 
8. По принятой интенсивности работ   определяют  необходимое  количество комплектов.

Выбор машины для выполнения ведущей операции

Выбор машины для выполнения ведущей операции должен производиться с учетом следующих факторов: 
- объема работ на объекте; 
- интенсивности работ;
- вида и состояния   объекта переработки (тип грунта, его состояние);
- дальности транспортировки материалов; 
- параметров строящегося  объекта;
- природных условий строительства.  
На предварительном этапе выбора некоторых строительных машин можно воспользоваться графическими зависимостями (Рис.1).

Рис.1 Графики потребности в основных строительных машинах в зависимости от интенсивности работ

На горизонтальной оси графика  находят точку, соответствующую сменной интенсивности работ.  На пересечении проведенной из данной точки вертикали и наклонных линий графика находят необходимое количество машин определенного типоразмера.  
После этого более определенно можно решать вопрос о применении тех или иных по крупности машине учетом рационального размещения их на объекте и полноты использования. При этом следует иметь в виду, что число ведущих машин не должно быть очень большим, так как потребуется большое число механизаторов, усложнится  обслуживание машин и могут быть затруднения с размещением их на небольших по площади объектах.  Не следует ориентироваться и на малое число крупных машин, так как это может привести их загрузке, а при   выходе машины из строя - к резкому сокращению темпов работ или полному их прекращению (при одной машине).                                  
Наиболее целесообразно принимать различные по производительности машины.   
Выбор  ведущих машины в комплекте  должен быть увязан с  рабочими параметрами и габаритами машин и с размерами  строящихся сооружений.  
Иногда малые размеры сечений требуют использования менее экономичных машин даже при больших объемах работ.

Выбор машин для выполнения неведущих строительных операций

Выбор машин для неведущих строительных операций производят с учетом следующих факторов:
-число типов и марок в комплекте должно быть минимальным; 
- универсальность машин, т.е возможность использования для выполнения нескольких неведущих работ; 
-подобранные машины должны работать не на предельных рабочих параметрах,  приводящих к снижению производительности и быстрому износу.                                                   
-производительность неведущих строительных машин,   должна быть достаточной для обеспечения непрерывной работы ведущих машин в комплекте.

Комплектование машин

Комплектование машин проводится на основании технологических расчетов машиноемкости каждой рабочей операции. Для этого все рабочие операции следует разделить на группы с учетом возможности выполнения каждой операции или группы операций независимо друг от друга по времени, но с соблюдением необходимой технологической последовательности. Такое разделение позволит проще увязать число машин в составе каждой группы операций. Если нет необходимости одновременно выполнять несколько операций, каждую из них можно осуществлять одной машиной после завершения предыдущего процесса. 
Полная загрузка всех машин в комплекте может быть получена при условии обеспечения равенства:

где: М1,М2,М3 … Мп  - число рабочих часов, которое должка отработать каждая машина, входящая в состав комплекта;

n1, п2,п3,... пп - число соответствующих машин в составе комплекта, при котором все они загружены работой.

Для определения необходимого числа машин каждого типа следует принять за единицу ту машину, потребность в которой наименьшая. Пусть в написанном выше равенстве минимальным будет Мп. Тогда необходимые числа всех других машин определяются так:

дробные числа округляют до целого числа машин.
При объединении машин в комплекты не всегда удается равномерно загрузить работой все машины. Из-за большой разницы в машиноемкостях разных процессов, особенно вспомогательных, выполняемых рыхлителями, грейдерами, получаются громоздкие комплекты. В таких случаях следует принять одно из следующих решений: 
-рассмотреть возможность выполнения отдельных процессов в разное время, тогда каждая машина или группа машин может быть использована независимо друг от друга;
-заменить более мощными те машины, число которых получается очень большим; 
-допустить неполное использование вспомогательных некрупных машин типа рыхлителей, имеющих небольшую стоимость эксплуатации; 
-предусмотреть возможность использования малозагруженных машин и механизмов в составе других комплектов, работающих вблизи. 
Процесс подбора и комплектования машин сложен, неоднозначен и не может быть выполнен сразу без уточнения и оценки возможных вариантов.

Лекция 5.Организация строительных процессов поточным методом

Общие понятия поточного производства

Поточное производство подразумевает возможность непрерывного и равномерного выполнения производственных процессов, что обеспечивает  высокую эффективность производства. Как правило, такие условия возможны только в стационарных условиях при массовом выпуске однотипной продукции. В результате увязки выполняемых операций и процессов во времени, создается непрерывный поток выпускаемой продукции.
Сильное влияние природных факторов не позволяет обеспечить ритмичность и равномерность выпуска строительной продукции. Однако многие однообразные строительные процессы есть возможность выполнять поточно (строительство каналов и трубопроводов и пр.), а иногда и автоматизировать (приготовление растворов и бетонных смесей), что в значительной степени повышает эффективность строительного производства.  
Поточным методом производства строительной продукции называется такой метод при котором,  постоянным числом рабочих и механизмов, равномерно и непрерывно в единицу времени выпускается одинаковое количество готовой строительной продукции.
Это достигается дроблением сложного строительного процесса на  простые составляющие, специализацией труда исполнителей обеспеченных необходимыми инструментами и механизмами, увязкой этих составляющих в пространстве и времени соответственно технологии строительства. Такой подход обеспечивает равномерный выпуск строительной продукции в определенном ритме.  
Для организации строительных работ или процессов поточным методом объект строительства делят на участки и захватки.
Участком называют часть объекта в пределах которой осуществляют строительные процессы до их полного завершения.
Захваткой называютчасть участка на которой выполняется один простой строительный процесс.  
Границы  участков и захваток   намечают так, чтобы они совпадали с естественными границами объекта.   Иногда границы захваток назначают условно, исходя   из объема работ, выполняемого за единицу времени, как правило  -  за смену. 
Для обеспечения   равномерности процесса захватки и участки должны быть примерно одинаковыми  по трудоемкости. 
Окончив  работы на одной захватке,  исполнители перемещаются на следующую захватку и так далее.

Классификация потоков в зависимости от состава процессов

Увязанные между собой в пространстве и времени однородные строительные процессы образуют единый поток.
Потоки могут различаться по составу объединяемых процессов, крупности, характеру увязки процессов во времени и другим признакам.
По структуре и виду конечной продукции различают следующие виды потоков: 
- частные (элементарные) - простые однородные строительные процессы, рабочие операции, выполняемые на захватке с помощью машин или вручную, не дающие готовую   продукцию.   
- специализированные - совокупность однородных по составу, виду работ и оборудованию частных потоков, дающих однотипную готовую продукцию в виде части конструкции или сооружения (например, земляные работы по каналу, земляные работы по насыпной плотине, бетонные работы, монтажные работы, дренажные работы и др.). 
- объектные - группа взаимно увязанных специализированных потоков, дающих конечную продукцию в виде готового объекта или самостоятельного сооружения (гидроузел, магистральный канал с линейными сооружениями на нем, оросительная сеть, насосная станциями др.). 
- комплексные - группа организационно связанных объектных потоков, в результате выполнения которых будет построен весь комплекс сооружений. 
Каждый старший поток складывается из взаимно увязанных между собой младших потоков. Для такой увязки разрабатывают структуру потока (рис.1  ).

Рис. 1. Примеры захваток и схем развития потоков при произ­водстве гидромелиоративных работ: 
а - участки крупного канала (поточно-линейный метод); б - открытые каналы; в - системы каналов мелкой сети с сооружениями на орошаемых участках; г - массивы площади, участки, делянки; д - захватки в пределах одного осваиваемого участка; е - гидротехническое сооружение на сети каналов.

Классификация потоков в зависимости от  характера его развития,  формы объекта, перерывов  во времени

По характеру развития потока в пространстве с учетом формы возводимого объекта различают следующие разновидности поточных методов:
- поточно-захватный;
- поточно-линейный; 
Поточно-захватный метод применяют для выполнения работ на объектах любой формы и любых размеров. Необходимое условие для ведения строительства таким методом - разбивка объекта на равные по объемам и трудоемкости захватки. Для объектов, расположенных на одном уровне,    применяют   одноярусное   расположение захваток, а для высоких, многоэтажных сооружений - многоярусное.

Рис. 1. Примеры захваток и схем развития потоков при произ­водстве гидромелиоративных работ: 
а - участки крупного канала (поточно-линейный метод); б - открытые каналы; в - системы каналов мелкой сети с сооружениями на орошаемых участках; г - массивы площади, участки, делянки; д - захватки в пределах одного осваиваемого участка; е - гидротехническое сооружение на сети каналов.

Поточно-линейный метод применяют при строительстве протяженных объектов, таких как каналы, дороги, трубопроводы линии электропередач. В этих случаях захватки обычно примыкают одна к другой по длине, образуя непрерывную цепочку, по которой последовательно перемещаются исполнители (рис. 2,  1,а).

Рис.2 Поточно-линейныйметод строительства канала

В тех случаях, когда все строительные процессы тесно увязаны между собой и выполняются непрерывно, имеем непрерывно-поточный метод (укладка грунта в насыпь, укладка бетона). В других случаях, когда отдельные строительные процессы осуществляют хотя и в необходимой технологической последовательности, но независимо друг от друга во времени, имеем метод раздельных потоков.
Например, при строительстве осушительных каналов отдельными потоками выполняют разработку грунта в выемке с перемещением его в кавальеры; затем после подсушки - разравнивание грунта кавальеров. Специализированные потоки в условиях водохозяйственного строительства почти всегда осуществляют методом раздельных потоков.
Так, при строительстве системы сооружений на сети целесообразно организовать раздельно следующие потоки: земляные работы в котловане, бетонные работы, монтажные работы по креплению подходов к сооружению.

Классификация потоков по продолжительности и ритму

По продолжительности действия различают кратко­срочные (ограниченные) потоки, организуемые обычно в строительном производстве на время выполнения заданного объема работ, и долгосрочные (непрерывные), распространенные в промышленности и при производстве строительных материалов, конструкций и изделий. 
Различают ритмичные и неритмичные потоки. Ритмичные потоки характеризуются одинаковой продолжительностью выполнения строительного процесса на каждой захватке. Они возможны только при равновеликих по трудоемкости захватках. 
При разных объемах и различной трудоемкости работ на захватках будут неритмичные потоки. В таких случаях возможно применять только метод раздельных потоков. Каждый поток характеризуется расчетными параметрами.

Параметры потока

Основные   параметры потока следующие:

а)   интенсивность потока - количество    продукции в натуральных   показателях в    единицу времени    (м3/ч, га/смену, м/смену и др.). 
Средняя расчетная интенсивность потока

где: V - объем работ; Т - срок выполнения работ;

б)   объем, трудоемкость или машиноемкость работ.  

в)  ритм потока - отрезок времени, в течение которого выполняется одна операция или цикл технологически связанных между собой операций на одной захватке  (t). Если эти отрезки времени (ритмы) для разных захваток равны или кратны друг другу, то поток будет ритмичным, в противном случае - неритмичным;

г) шаг потока - отрезок времени, по истечении которого на захватке начинают выполнять новую операцию или новый цикл операций. В условиях строительного производства обычно шаг равен ритму потока;

д)  время развертывания потока - это отрезок времени, в течение которого включаются в работу все исполнители, участвующие в рассматриваемом потоке, или время от начала осуществления потока до момента начала выхода готовой продукции рассматриваемого потока. Время развертывания ритмичного потока

где: N - число операций или циклов операций на отдельной захватке, выполняемых до выпуска готовой продукции;
t - ритм потока;

е) продолжительность выпуска готовой продукции определяется следующими зависимостями: 
при поточно-захватном методе

при поточно-линейном методе

где: V - объем работ в единицах измерения интенсивности потока;   
L - длина линейного объекта, м; 
v - скорость потока, м/смену (интенсивность потока в линейных единицах измерения);   

ж)  продолжительность потока   

Для увязки во времени всех процессов, выполняемых поточными методами, составляют либо циклограммы (Рис.3), либо графики потоков (Рис.4). Более наглядны циклограммы потоков. По их вертикальной оси откладывают номера захваток (участков, объектов), а по горизонтальной - время. Продолжительность каждого процесса на захватке (ритм) определяют на основании технологических расчетов. По их данным на график последовательно наносят нарастающим итогом ритмы, соответствующие каждому процессу. Каждому процессу соответствует одна линия (прямая или ломаная). При постоянном и едином для всех процессов ритме все линии

Рис.3 Циклограмма потока

Рис.4 График потока

будут параллельны между собой (Рис. 3 ). Чем больше угол наклона линий к горизонтальной оси, тем быстрее протекает процесс. 
На границах захваток с разными объемами работ или трудоемкостью изменяется угол наклона линий графика. Пересечения линий графика не должно быть: оно означает, что для последующего процесса нет фронта работ - запаздывает предыдущий процесс. В этом случае необходимо либо сместить начало последующего процесса на более позднее время, либо предусмотреть перерыв в последующем процессе с переводом рабочих и механизмов на другие работы, либо повысить интенсивность предыдущего процесса, увеличив число рабочих и механизмов или включив в работу параллельные бригады. Примеры циклограмм для процессов с переменными и неедиными ритмами показаны на рисунке 5.

Рис.5 циклограммы и графики потоков
а - с переменным единым ритмом; б - с постоянным неединым ритмом; в - с переменным неединым ритмом; г - при параллельной работе исполнителей( на втором процессе)

На графиках потоков продолжительность процессов на захватках (ритмы) откладывают горизонтальными линиями в соответствии с переходом исполнителей с захватки на захватку (рис, 3,4). 
Для организации работ поточным методом, разработки циклограмм и графиков проводят технологические расчеты, позволяющие выявить все необходимые ресурсы, элементы затрат и параметры потоков. 
При выполнении технологических расчетов исходят либо из заданного срока строительства, либо из заданной мощности строительной организации. 
При расчетах по заданному сроку определяют расчетную интенсивность потока

где: V - объем работ в натуральных показателях или стоимость работ; 
Тз - заданный или установленный  срок строительства.
По расчетной интенсивности потока находят все необходимые ресурсы (потребные количества рабочих, основных механизмов, материалов и др.). 
При расчетах по заданной мощности строительной организации определяют необходимый срок для выполне­ния заданного объема работ

где: Пр - расчетная мощность (по производительности или выработке) строительной организации в соответствующих  виду работ единицах измерения.

В этом случае срок проведения работ устанавливают с учетом конкретных возможностей исполнителей, то есть имеющейся базы и возможного ее расширения. Второй метод применим в основном к условиям постоянно действующих некрупных организаций типа специализированных передвижных механизированных колонн (ПМК) и строительно-монтажных управлений (СМУ). 
Переход на поточные методы организации и производства работ требует самого высокого уровня организационно-технологической и материально-технической подготовки производства на всех этапах, так как задержки хотя бы в одном его звене приводят к простою всех взаимодействующих исполнителей. 
Основные положения поточной организации работ должны быть заложены в проект организации строительства ( ПОС ), а конкретные решения по поточной технологии разрабатываются при подготовке проекта производства работ  (ППР).

Лекция 6.Организация и производство работ прицепными, навесными и самоходными землеройными машинами и механизмами (скреперы, бульдозеры, грейдеры)

Типи прицепных, навесных и самоходных землеройних машин

Прицепными и навесными землеройными машинами являются скреперы, бульдозеры, канавокопатели, грейдеры, грейдер-элеваторы. К этой же группе машин относят катки и другие машини для уплотнения грунтов, а также прицепные и навесные машини для устройства дренажа. 
Прицепными называются машины, буксируемые тракторами. 
К навесным относят машины и механизмы, смонтированные (навешенные) на тракторах и состоящие из следующих основних частей: навесной рамы, рабочих органов и механизмов управлення. 
В настоящее время, кроме прицепных и навесных, выпускаются самоходные  машины - скреперы, автогрейдеры, грейдер-злеваторы. 
По способу управлення рабочими органами различают землеройные машини стросовым (канатно-блочним) и гидравлическим управлением. Основные преимущества тросового управлення заключается в простоте блочных узлов и больших ходов рабочих органов. К недостаткам относятся: невозможность реверсирования действующих усилий на рабочие органы и  быстрое изнашивание тросов. Гидравлический привод позволяет реверсировать действующие усилия, но имеет небольшую величину рабочего хода.

Производство работ скреперами

Фото с сайта http://redline.inventech.ru/lib/techn/

Скрепером называют землеройно - транспортную машину циклического действия, которая перемещает разработанный грунт с послойной отсыпкой его и с частичным уплотнением колесами скрепера и гусеницами трактора.
Скреперы классифицируют:
- по емкости ковша( малой до 5 м3,  средней 5…15 м3,  большой - свыше 15 м3 );
- способу его разгрузки (принудительной, полупринудительной и свободной разгрузкой); 
- по способу перемещения машины (прицепные и самоходные);
- управлению рабочими органами( с тросовым и гидравлическим управлением);
- количеству осей ( одноосные, двухосные и трехосные).
В гидромелиоративном строительстве скреперы применяют: для разработки грунта в выемках (каналы, котлованы, карьеры, резервный и т.д); для устройства насыпных земляных сооружений (земляные плотины, участки каналов в дамбах или целиком в насыпях, дамбы обвалования);для вскрышных работ и работ, связанных с подготовкой оснований сооружений (снятие растительного грунта, вскрышка карьеров, строительных материалов, удаление непригодных грунтов с площадей оснований плотин); для планировочных работ на орошаемых участках, на строительных площадках.
Скреперами ведут разработку, транспортировку и послойную отсыпку грунта на месте укладки (рис.1).

Рис. 1. Рабочий процесс скрепера:
а - положение ковша  во время набора  грунта; б - транспортировка  грунта; в - выгрузка  грунта; г - схема к определению минимальной длины прямого участка   пути, необходимого для набора грунта

Набор грунта скреперами можно вести только на прямолинейных участках длиной, достаточной для размещения длины пути набора и скреперного агрегата (рис.1г). В связи с этим минимальная длина прямолинейного участка пути для набора грунта должна быть не менее:

где: lн  - длина набора грунта;
lск ,lт - длина скрепера и тягача.
Длину путей набора и выгрузки можно вычислить по формулам, выводимым из условия равенства объемов срезанного грунта и грунта находящегося в ковше (рис.1а).
Длина (м) пути набора грунта (рис.1а):

длина (м) пути выгрузки грунта (рис.1в)

где: q - геометрическая вместимость ковша, м3;
вн - ширина полосы захвата грунта ножами скрепера (ширина  
ковша), м;
h - ср. толщина стружки во время набора, м; 
hсл. - ср. толщина слоя отсыпки грунта в насыпь, м;
Кн - коэффициент наполнения ковша грунтом;
Кр - коэффициент разрыхления грунта;
Кп - коэффициент потерь грунта при наборе ~1,2;
Кh - коэффициент неравномерности толщины стружки ~0,7.
Толщина слоя укладки грунта зависит от конструктивных особенностей скрепера и требований, предъявляемых технологией последующей обработки грунта (разравнивание, увлажнение, уплотнение). 
Если грунт отсыпают в качественную насыпь, то толщину слоя укладки назначают, исходя из технических возможностей средств уплотнения грунта.

Выбор скреперов для производства работ и схемы их движения

Принимая для производства работ скреперы, надо учитывать следующее:
грунтовые условия - скреперы плохо работают на сухих сыпучих и тяжелых глинистых грунтах; не могут быть использованы на грунтах с крупными каменистыми включениями, при наличии пней и крупных корней;
влажность грунтов - на влажных и липких грунтах коэффициент наполнения снижается до 0,3…0,5; при наличии грунтовых вод скреперы использовать нельзя;
дальность перемещения грунта - для прицепных скреперов до 400…800 м, для самоходных 3000 м;
уклоны пути на местности и выездов из выемки и на насыпь;
размеры выемки и насыпи - скрепер должен иметь ширину режущей кромки не более разрабатываемой выемки по дну и свободно размещать по ширине насыпи (с запасом не менее 0,5 м с каждой стороны);
достаточность места для маневрирования скрепера в пределах выемки и насыпи с учетом практического значения радиуса поворота;
общий объем работ и объем работ приходящийся на один скрепер в условиях работы на рассматриваемом объекте.
Разработка грунта в выемке возможна двумя способами продольным и поперечным(при ширине выемки достаточной для набора грунта).
Рабочие передвижения скреперов возможны по одной из следующих схем: по кольцевой,  восьмерке,  змейке, продольно-челночной и спиральной (рис. 2).

Рис. 2 Схемы движения скреперов:
а, б, в, г - кольцевые при различной ширине выемки и насыпи;
д - восьмерка; е - змейка; ж - продольно-челночная;
з - поперечно-челночная; и - спиральная.

Основным показателем при выборе той или иной схемы движения скреперов служит средняя дальность возки (чем она меньше тем лучше схема). За среднюю дальность возки грунта принимают длину, равную половине всего пути проходимого скрепером за один цикл.

Производительность бульдозеров

Производительность бульдозеров, в зависимости от вида выполняемых работ (разработка грунта или планировка поверхности), выражают в м3 или м2.
На производительность бульдозеров наиболее существенно влияют: физические свойства грунта (мех. состав, плотность, влажность), дальность перемещения, уклоны местности, геометрические размеры и форма отвала.
При разработке и перемещении грунта бульдозер работает как машина цикличного действия и его производительность (м3/ч)

где: q - объем грунта, перемещенный отвалом и зависящий от  
геометрических размеров отвала и условий перемещения грунта;
п - число циклов в час при определенной дальности перемещения  
грунта;
Кп - коэффициент потерь грунта в боковые валики зависящий от  
дальности перемещения и вида грунта;
Кі - коэффициент учитывающий влияние уклона пути;
Кр - коэффициент первоначального разрыхления грунта;
Кв - коэффициент использования рабочего времени.
Число циклов бульдозера в час:

продолжительность одного цикла:

где: tн, tг.х, tх.х, tп, tп.п, t0 - продолжительность резания (набора) грунта, груженного хода, холостого хода, одного поворота на 180 град. (10…20 сек), одного переключения скорости (5 сек), опускания отвала в рабочее положение (1…2 сек);
m - число переключений скоростей трактора в течении одного цикла;
lн, lг.х - длина путей резания грунта и перемещения к месту укладки, м;
vн, vг.х, vx.x - скорости движения бульдозера при резании, перемещении грунта и обратном ходе, м/с;
kv - коэффициент учитывающий снижение скоростей по сравнению с расчетной конструктивной скоростью трактора (0,7…0,75 при резании и перемещении грунта), (0,85…0,9) при обратном холостом ходе.
Коэффициент потерь грунта зависит от дальности его перемещения и приближенно определяется зависимостью:

где: Кl - опытный коэффициент изменяющийся от 0,008 до 0,04, больше значения относяться к сухим сыпучим грунтам, меньшие к связным; 
lг.х - длина пути перемещения грунта до места отсыпки, м.
Применение бульдозеров при дальности перемещения грунта свыше 20…30 м малоэффективно из-за больших потерь грунта в пути.
Объем перемещенного отвалом грунта в большой мере зависит от уклона. На спусках объем перемещенного за один раз грунта больше, а следовательно и производительность резко увеличивается.

Производство работ грейдерами

Фото с сайта http://redline.inventech.ru/lib/techn/

Производство работ грейдерами в водохозяйственном строительстве используется для различного вида работ.

Грейдером называют землеройную машину, которая с помощью отвала с ножом срезает грунт и, перемещая его вдоль отвала, откладывает валиком в стороне вдоль движения.
Грейдеры делят на прицепные, передвигающиеся с помощью трактора, и самоходные- автогрейдеры.
В мелиоративном строительстве грейдеры применяют на планировочных работах, для разравнивания отсыпанного в насыпь грунта, при зачистке откосов выемок и насыпей и для срезки бахромы, при профилировании полотна проезжей части дорог, для снятия растительного грунта, нарезки каналов мелкой оросительной сети, устройства небольших насыпей, валиков, дамбочек и подушек каналов мелкой оросительной сети.
Все эти виды работ грейдеры выполняют при движении по кольцевой продольной схеме вдоль оси выемки или насыпи, причем рабочими являются проходы в прямом и обратном направлении (рис.5).

Рис. 5  Схема возведения насыпи из боковых резервов
А - ширина резерва, Б - ширина насыпи, В - ширина корыта, покрываемого одеждой, Г - рабочая длина захватки; 1 - 9 - валики грунта, вырезаемые из резерва, 10 - 13 - автогрейдеры.

Грейдерами можно вести разработку русел неглубоких каналов (рис. 6) по односторонней и двухсторонней схеме.

 
Рис. 6 Схемы разработки русла канала грейдером:
а - односторонняя, б - двухсторонняя ; А - нож, Б - внутренний откос, В - наружный откос, Г - неразработанный грунт; 1 - 5 - очередность прохода грейдеров.

В зависимости от вида выполняемых работ производительность грейдера можно выражать в различных единицах м3/ч, м2/ч, м/ч.
При разработке сечений каналов мелкой сети, отсыпке подушек, валиков, снятии растительного слоя грунта производительность выражают как для машины цикличного действия в единицах объема (м3/ч, м3 за смену).

где:  – объем грунта, разрабатываемый грейдером за один  проход, на длине гона L, в м3;
n - число проходов грейдера за 1 час;
Кв - коэффициент использования рабочего времени;
f  - площадь поперечного сечения стружки, м2.
Производительность грейдеров при планировке поверхности и разравнивании грунта можно выразить как для машины непрерывного действия в единицах площади (м2/ч, га/ч).

где,  в - длина отвала;
Кп - коэффициент перекрытия проходов (0,8);
m - число проходов по одному месту; в зависимости от характера 
неровностей и требований к качеству спланированной 
поверхности (m = 1…4);
Vпл- рабочая скорость при планировании.

Пути повышения производительности землеройно-транспортных машин

Важным резервом снижения стоимости работ, повышения эффективности средств механизации служат мероприятия, направленные на повышение производительности строительных машин.
Увеличение ее может быть достигнуто за счет:
- конструктивных усовершенствований;
- технологических приемов;
- организационных мероприятий.

Скреперы

К мероприятиям повышающих производительность скреперов можно отнести (рис. 7):
1. Набор грунта с толкачом;
2. Набор грунта под уклон;
3. Резка грунта уступами;
4. Шахматно-гребенчатая схема резания.

Рис. 7 Мероприятия, повышающие производительность скреперов
а - набор грунта с толкачом; б - набор грунта под уклон; 
г - схемы срезания грунта с постоянной толщиной стружки и уступами;
д - шахматно-гребенчатая схема резания с переменной шириной стружки.

При работе скреперов толкачи обеспечивают не только сокращение длительности набора, но и значительное увеличение коэффициентов наполнения ковша.
Число скреперов которое может обслуживать один толкач:

где: tц - продолжительность рабочего цикла одного скрепера;
tн - продолжительность наполнения ковша грунтом (толкания);
tп - время перехода толкача от одного скрепера к другому;

Схема толкающего устройства представлена на рис. 8.

 
Рис. 8 Толкающее устройство с амортизатором
1 - толкающая плита, 2 - кронштейн, 3 - рама трактора, 
4 - амортизационный блок, 5 - перегрузочный блок, 
6 - буфер скрепера.

Бульдозеры

К мероприятиям повышающих производительность бульдозеров можно отнести использование рыхлителей (рис.9 ), спаренную работу бульдозеров (рис. 10) и другие (рис. 11).

 
Рис. 9 Приспособление к бульдозеру для рыхления плотных грунтов
1 - нож, 2 - отвал, 3 - кронштейн, 4 - палец, 5 - зуб.

Рис. 10 Перемещение грунта двумя бульдозерами

Рис. 11 Технологические приемы, увеличивающие производительность бульдозеров
а - спаренная работа бульдозеров; б - перемещение грунта по траншее; 
в - перемещение грунта в насыпных валиках; г - поперечная траншейная разработка грунта в выемке канала; д - резание грунта боковой кромкой отвала; е - гребенчатое резание грунта (размеры в м.).

Грейдеры

Для повышения производительности грейдеров необходимо: увеличить площадь поперечного сечения стружки, применять высокие скорости передвижения грейдера, уменьшать холостые пробеги, повышать общий Кв, а также рыхление грунта, спаренную работу двух грейдеров (рис. 12), одновременную работу двух грейдеров (рис. 13).

Рис. 12 Схема работы прицепных грейдеров и плуга
а - сцепление грейдеров и плуга с трактором, б - порядок движения на разворотах; 1 - трактор, 2 - плуг, 3 - грейдер, 4 - распорка, 5 - гибкая сцепка, 6 - траектория плуга, 7-8 - траектория грейдеров.

 
Рис. 13 Схема одновременной работы двух автогрейдеров
1-2 - автогрейдеры.

Лекция 7.Транспортировка грунта и уплотнение грунта

Классификация видов транспорта

Автомобильный транспорт

Для перевозки грунта применяют исключительно автомобили-самосвалы. Для улучшения использования экскаваторов во времени и уменьшения износа автомобилей от сбрасывания в кузов грунта рациональное соотношение между вместимостью ковша экскаватора и вместимостью кузова автосамосвала (по грузоподъемности) должно быть в пределах 1:6…1:8, при соотношении 1:3 производительность экскаватора падает почти на 40% из-за простоев при смене транспортных средств. При значительных дальностях перемещения грунта (более 2…3 км) выгоднее применять крупные автосамосвалы даже в сочетании с маломощными экскаваторами.

Тракторный транспорт

В качестве тягачей используют те же тракторы, что и при работе землеройных машин (класса 30…100кн)
Достоинства: достаточно высокая производительность, достигаемая большой грузоподъемностью прицепов, возможность применения на объектах с разными объемами работ, меньшая требовательность к дорогам и меньшая зависимость от погодных условий в сравнении с автомобильным транспортом, возможность применения на крутых подъемах (до 0,15). 
Недостатки: небольшие скорости передвижения и как следствие этого ограниченное применение при большой дальности возки.

Железнодорожный транспорт

Применение ограничено высокой стоимостью. Мало соответствует условиям мелиоративного строительства, и в настоящее время практически не применяется.

Ленточные транспортеры

Ленточные транспортеры бывают передвижные и переносные, секционные и звеньевые.
Переносные и передвижные ленточные транспортеры используют при ручной погрузке на транспортные средства или для подъема грунта на поверхность со дна небольших котлованов при ручных зачистках. 
Стационарные звеньевые транспортеры из-за трудоемкости их перемещения с позиции на позицию в настоящее время используется только на складах грунтовых материалов и на бетонных заводах для перемещения и складирования песка, гравия, щебня в стационарных условиях.

Выбор транспортных средств

В основу выбора транспортных средств положены их технико-эксплуатационные показатели и условия в которых они будут применятся:

1.Грузоподъемность;
2.Скорость передвижения;
3.Производительность;
4.Требования к дорогам (предельная крутизна, подъемы, предельные радиусы кривых участков пути, покрытие и др.);
5.Стоимость эксплуатации транспортных средств и дорог;
6.Простота и надежность в эксплуатации, возможность перевозки других грузов

К условиям объектов, влияющих на выбор того или иного средства транспорта относятся: рельеф стройплощадки, размеры сооружения в плане и взаимное высотное положение выемок и насыпей, объем земляных работ, сроки выполнения, предполагаемые средства разработки грунта, их производительность, рабочие параметры, наличие и состояние дорог.
Выбор транспортных средств производится на основе технико-экономического сравнения по прямым затратам стоимости перевозки м3 грунта с учетом эксплуатации транспортных средств, устройства и эксплуатации дорог.
Прямые затраты на транспортировку находят по формуле:

;

где: Стр - стоимость перевозки 1м3 грунта;
       См.ч - стоимость эксплуатации транспортной единицы или конвейера   
за один рабочий час; 
      ПЧ - часовая производительность транспортной единицы или 
конвейера;
      СД - стоимость устройства и эксплуатации дорог или конвейерных линий за весь срок производства земляных работ (устройство,  
ликвидация, поддержание в рабочем состоянии);
V - объем перемещаемого грунта.
Второе слагаемое правой части уравнения можно выразить так:

;

где: С1, С2, С3 - стоимость устройства, эксплуатации и ликвидации  соответственно одного забойного, одного отвального и  магистрального пути за весь срок использования;
V3, V0, V - объем грунта соответственно в ленте разработки, укладываемого с одного отвального пути и весь объем  перемещаемого грунта. 
При решении задач, связанных с производством земляных работ часто представляют интерес общие затраты С , характеризующие стоимость разработки Сэк и транспорта грунта Стр

Определение производительности цикличных транспортных средств

Производительность транспортных средств зависит не только от их технических параметров но и от условий объекта: способа погрузки грунта, дальности его перемещения, состояния дорог, рельефа местности. 
Техническую производительность (м3/ч) автосамосвала или тракторного поезда можно определить по формуле:

где: Qоб - объем грунта в кузове, приведенный к объему в плотном теле,  м3;
       Т - продолжительность одного цикла транспортной единицы, мин.

где: GТ - грузоподъемность транспортной единицы, т ;
        - плотность грунта в естественном состоянии, т/м3.

При малом значении отношения вместимости кузова транспортной машины к вместимости ковша погрузочной машины загрузку транспортных средств необходимо проверять исходя из целого числа ковшей m. Число ковшей для загрузки определяется по формуле:

где: g - геометрическая вместимость ковша экскаватора.
Принимать следует целое число ковшей (меньшее). Тогда

Продолжительность цикла

где: t1 - продолжительность подачи под погрузку, принимается равным  0,5…1 мин;
t2 - продолжительность погрузки, мин:

где: k - коэффициент увеличения продолжительности погрузки из-за случайных задержек, принимается 1,1;
ПМ - техническая производительность землеройной машины в карьере,  м3/ч;
t3 - продолжительность груженного хода

где: l1, l2, l3…ln - длины участков пути с разными условиями (уклоны, покрытия, состояние), м;
v1, v2, v3…vn - скорости на соответствующих участках пути, определяемые  тяговыми расчетами или по табл., м/мин;
kзам - коэффициент замедления при разгоне и торможении, зависит от дальности передвижения: для автомобилей при дальности  возки 1 км kзам = 1,05, при 0,5 км - 1,1и при 0,25 - 1,2.
При невозможности учета условий пути на разных участках, продолжительность груженого или порожнего хода определяют по средней скорости движения автомобилей 

Число транспортных единиц на одну землеройную или погрузочную машину определяют по формуле:

где: ПМ - производительность землеройной машины, м3/ч;
        ПТ - производительность транспортной единицы.

Землевозные пути для безрельсовых транспортных средств

Значительная интенсивность движения на грунтовых дорогах вызывает необходимость обеспечения автомобильного транспорта соответствующими дорожными условиями (рис.1)

Рис. 1. Временные землевозные дороги
а - грунтовая без покрытия; б - со сплошным покрытием проезжей части; в - с колейным покрытием; г, д, е - железобетонные плиты: тяжелые, облегченные (ребристые), с отверстиями; ж - звено деревянного колейного настила (для лесной зоны); ВЗ.П. - ширина земляного полотна; ВП - ширина проезжей части; Во - ширина обочины. (размеры в м)

По интенсивности движения дороги для автомобильного транспорта делят на три категории:
1-я - с интенсивностью движения более 100 автомобилей в час;
2-я - от 15 до 100 автомобилей в час;
3-я - мене 15 автомобилей в час.
Землевозные пути по интенсивности движения должны быть дорогами первой или второй категории, в то же время их как временные устраивают без нужного для нормальной эксплуатации автомобилей покрытия (цементно-бетонного, асфальтового, черного щебеночного и др.), в результате этого автомобили быстро изнашиваются. Этот недостаток может быть устранен путем:
- выпуска автосамосвалов повышенной прочности и проходимости (шины низкого давления с увеличением размеров колес);
- устройством покрытий (железобетонных из плит тяжелых, ребристых, облегченных, устройством деревянных покрытий).
Основные схемы дорожных полотен следующие:
а) грунтовая без покрытия;
б) со сплошным покрытием проезжей части;
в) с колейным покрытием.
В соответствии с нормами строительства временных автодорог ширина проезжей части их ВП должна быть: при одностороннем движении не менее 3,5 м, а при двухстороннем не менее 7 м с обочинами не менее 1 м. Продольные уклоны путей не должны быть круче 0,09. В порядке исключения выезды из котлованов и карьеров могут иметь уклоны до 0,15. Наименьший допустимый радиус поворота землевозных дорог - 20 м, а желательно не менее 50 м.
Забойные пути представляют собой грунтовые дороги, периодически выравниваемые грейдерами или бульдозерами.
Магистральные пути - грунтовые дороги периодически выравниваемые, уплотняемые и улучшаемые добавками или обрабатывают вяжущими.

Уплотнение грунта

Для получения грунта с заданными физико-техническими свойствами его приходится уплотнять. Увеличение плотности грунта позволяет повысить его прочность, водонепроницаемость, сопротивляемость размыву, статическую устойчивость земляного сооружения.
Уплотняемость грунта зависит от:

-механического состава;
-связности грунта;
-начальной плотности и влажности;
-толщины уплотняемых слоев;
-числа проходов механизмов по одному месту;
-способа уплотнения и параметров применяемых машин.

Уплотнение в значительной мере зависит от влажности грунта. Однако увеличение плотности грунта с увеличением влажности (при одной и той же затраченной работе) будет возрастать до определенного предела, выше которого с увеличением влажности плотность грунта будет уменьшатся, что объясняется нежимаемостью воды при заполнении ею всех свободных пор в рыхлом грунте.
Влажность грунта, при которой достигается максимальное уплотнение грунта при минимальных затратах энергии - наз. оптимальной. 
Для предварительных расчетов оптимум влажности (%) принимают в следующих пределах (таблица 1).
Таблица 1 - Оптимальная влажность грунта

  
Для эффективного использования уплотняющих машин влажные грунты подсушивают, а сухие доувлажняют. Объем воды необходимой для доувлажнения вычисляют по формуле:

где: q - объем воды необходимый для увлажнения 1м3 грунта, м3;
Wo - оптимальная влажность в %;
We - естественная влажность грунта в карьере или резерве, %;
Wп - потеря влажности при транспортировке и укладке грунта (1…2%)
 - плотность грунта в естественном состоянии, т/м3;
 - плотность воды (1 т/м3).
Проектную плотность грунта нельзя получить однократным приложением уплотняющей нагрузки. После 3…4 проходов плотность интенсивно возрастает, а после 10…12 практически не изменяется.
Обычно необходимое число проходов по одному месту составляет 6…8.

Способы уплотнения грунта

- механический;
- уплотнение при отсыпке грунта в воду;
- естественное самоуплотнение.

Состав операций при укладке грунта в профильные насыпи

- подготовка основания под насыпь и под каждый укладываемый слой;
- насыпка - навал грунта;
- послойное разравнивание насыпного грунта;
- доувлажнение и выдерживание грунта до равномерного распределения влаги;
- уплотнение;
- срезка неуплотненных слоев грунта с откосов и перемещение его в тело основной насыпи (срезка бахромы).

Выбор машин для уплотнения грунта

Уплотняющую машину выбирают по трем признакам:
- пределу прочности уплотняемого грунта;
- толщине уплотняемого слоя;
- длине гона, которая зависит от длины и ширины карты укладки грунта.
Для уплотнение грунта используют машины:
- статического действия ( гладкие, кулачковые, пневмошинные и решетчатые катки);
- динамического действия ( трамбующие плиты );
- вибрационного действия.
Наиболее часто грунт уплотняют машинами статического действия - катками: гладкими, кулачковыми, пневмошинными, решетчатыми.
Их применение обусловлено простотой, надежностью, высокой производительностью и сравнительно низкой стоимостью.
Основные показатели уплотняющих машин следующие:

-толщина уплотняемого слоя;
-равномерность уплотнения по толщине слоя;
-необходимое число проходов по одному мест

При выборе типа катка необходимо учитывать характер взаимодействия его рабочего органа с грунтом (рис.2).

Рисунок.2. Схемы взаимодействия рабочих органов грунтоуплотняющих  машин с грунтом
а - валец с гладкого катка; б - пневмошинный каток; в - кулачковый каток; г - трамбовка.

Катки с гладкими вальцами неравномерно передают нагрузку и неравномерно уплотняют грунт в пределах уплотняемого слоя Но (рис.2а).
Максимальные напряжения в грунте под гладким вальцом после каждого прохода увеличиваются в связи с уменьшением площади контакта вальца с грунтом. Среднее давление (МПа) в общем, виде.

где: Q - сила тяжести катка, кН;
вп - горизонтальная проекция опорной поверхности, см;
В - ширина катка (длина образующей цилиндра, см).

Так как среднее давление величина переменная, то характеристику катка принято выражать силой тяжести, отнесенной к ширине катка В (кН/см).

Чем больше число проходов катка, тем ближе значение среднего удельного давления к значению qП (среднее линейное давление).
Максимальное давление можно приближенно определить по формуле:

где: qП - линейное давление (отнесенное к ширине катка), кН/см;
R - радиус катка, см (рис.2а);
Ео - модуль деформации грунта, Мпа;
При оптимальной влажности грунта в конце процесса уплотнения можно принимать следующие значения модуля деформации:

- для связных грунтов - 20 МПа;
- для несвязных - 10 - 15 МПа.

При использовании кулачковых катков в уплотняемом слое можно выделить три зоны (рис. 2в) h3 - ниже опорной поверхности кулачка, где грунт интенсивно уплотняется вертикальной нагрузкой; h2 - где грунт уплотняется за счет сдвига его в боковом направлении в результате внедрения в него кулачка; h1 - в которой грунт разрыхляется при выглублении кулачка.
Применение кулачковых катков на несвязных грунтах малоэффективно из - за плохой уплотняемости и податливости разрушению при вдавливании кулачка.
Наиболее давление, передаваемое кулачковым катком на грунт:

где: Q - сила тяжести катка, кН;
m - число рядов кулачков по ширине катка;
f-опорная поверхность торца одного кулачка.
Нагрузка на один кулачок должна быть разрушающей для данного грунта, но не такой, чтобы кулачок вдавливался в грунт на всю высоту.
При использовании для уплотнения грунта пневмошинных катков деформируется не только грунт, но и сама шина что приводит к относительно равномерному распределению напряжений в грунте (рис.2д). Давление на грунт при этом определяется по формуле:

где: Р - давление в шине, МПа;
– статический коэффициент жесткости покрышки;

Оптимальная толщина слоя уплотнения:

для гладких катков:

для пневмошинных катков:

для кулачковых катков:

где: R - радиус катка, см;
qп - линейное давление( отнесенное к ширине катка), кН/см;
 - влажность уплотняемого грунта, %;
 - оптимальная влажность грунта, %;
Q1 - сила тяжести, приходящая на одного колесо пневмошинного 
катка, кН;
L - длина кулачка, см;
h1 - толщина верхнего разрыхленного слоя после прохода
кулачкового катка, см;
b - толщина кулачка, см; 
А - экспериментальный коэффициент:

- для гладких катков на сыпучих грунтах - 0,4;
- для гладких катков на связных грунтах - 0,3;
- для пневмошинных катков на любых грунтах - 0,3.

Схемы движения катков должны быть увязаны с размерами поперечного сечения возводимых насыпей. При небольшой ширине насыпей (а < 2 Rпов.) разворот на них невозможен и осуществляется за пределами насыпей. От края насыпи катки проходят не ближе 0,5 м , что приводит к образованию неуплотненной зоны («бахромы»). Неуплотненный грунт с откосов обычно срезают, направляя его в насыпи.

Уплотнение грунта машинами динамического действия

Рабочие органы - трамбующие плиты разных размеров, веса и формы, которые сбрасывают на поверхность грунта с различной высоты.
Сила удара прямо пропорциональна силе тяжести плиты, а также высоте падения Н и обратно пропорциональна продолжительности удара  и глубине погружения за один удар .
Максимальное напряжение можно определить по формуле:

где: F - площадь соприкосновения грунта с трамбовкой.

В связи со сложностью оценки продолжительности удара  и с учетом того, что напряжение в грунте от удара трамбовки зависят не только от Q и Н но и от площади трамбовки подбор параметров трамбующих машин ведут по удельному импульсу (МПа · с).

Таблица  6. Предельное значение удельных импульсов (МПа · с) не должно превышать для

Зная вид грунта и площадь трамбующей плиты, можно найти нужную высоту сбрасывания Н при известном весе плиты Q.
Технология уплотнения грунта некоторыми типами трамбующих машин показана на рис.3.

  Рис.3. Уплотнение грунта трамбованием:
а - трамбующими плитами на базе крана - экскаватора; б - трамбующей машиной на базе гусеничного трактора; в - при обратной засыпки котлованов в естественных условиях; г - вальцовой трамбовкой на крутых откосах.

Уплотнение грунта машинами вибрационного действия

Машины и механизмы вибрационного действия сообщают грунту частые колебательные движения. В результате их и статической нагрузки от силы тяжести грунта и машины нарушаются связи между частицами грунта, происходят взаимные перемещения их и более плотной укладке. Эффект вибрации зависит от многих факторов. Влажность усиливает интенсивность вибрационного действия на грунт. Интенсивность  уплотнения повышается с увеличением частоты колебаний. Особое значение частота колебаний имеет для связных грунтов. Для суглинков частота колебаний должна быть не менее 50 - 60 с.В производственных условиях применяют машины разных типов, уплотняющих грунт не только благодаря вибрации, но и комбинированному воздействию вибрации с укаткой, с трамбованием, с водой.
Большой интерес представляет возможность уплотнения грунта в насыпном и естественном состоянии на большую глубину. Для этих целей используют стержневые электровибраторы, успешно работающие на песчаных и других рыхлых малосвязных грунтах при одновременной подаче в зону уплотнения воды (рис.4).

 
Рис.4. Уплотнение грунта глубинными гидровибраторами
а - на глубину, до 2 м; б - на глубину до 10 м; в - схема перекрытия зон уплотнения при наиболее рациональном расположении точек погружения гидровибратора:
1 - глубинные вибраторы на штангах; 2 - места погружения глубинных вибраторов; 3 - зона уплотненного грунта; 4 - тяжелый гидровибратор; 5 - подвод электроэнергии; 6 - подвод воды.

Стоимость такого уплотнения очень высокая, поэтому применяется оно в исключительных случаях, когда невозможно уплотнить грунт обычными приемами.

Самоуплотнение грунта при отсыпке в воду

Один из эффективных приемов уплотнения грунта замочка насыпей, основанная на том, что обильное увлажнение грунта (вплоть до полного насыщения его) влечет потерю им связности, распад агрегатов, оплывание макропор, в результате чего достигается большая плотность.
При замочке канал по длине разбивают на отсеки перемычками. По каналу пропускают расход воды, достаточный для компенсации усиленной фильтрации. Уплотнение замочкой сопровождается значительной деформаций насыпей требующие восстановительных робот.
Этот способ за последние годы усовершенствован тем, что грунт подаваемый на карту укладки бульдозером, подвергается еще и искусственному уплотнению весом машины.
Высота слоя укладываемого грунта должна превышать толщину слоя воды, чтобы по поверхности отсыпаемого грунта могли проходить машины перемещающие грунт. Обычно отсыпку ведут слоями до 1 м.
Несвязные гравелисто-песчаные грунты можно укладывать в воду отсыпкой ярусов до 5 м. (рис. 6).

  
Рис.6. Схема укладки грунта отсыпкой в воду
а - тонкими слоями с надвижкой бульдозером; б - ярусами до 4…5 м из автосамосвалов; 1 - дамбы обвалования; 2 - грунт, уложенный в воду; 3 - труба для перепуска воды на соседние на соседние карты укладки.

Производительность грунтоуплотняющих машин

Производительность грунтоуплотняющих машин  оценивают в единицах площади или объема (м2/ч, м3/ч).
Для вибрационных катков и других машин работающих в движении производительность можно вычислить как для машин непрерывного действия.

где:v - скорость передвижения агрегата м/ч;
В - ширина укатываемой полосы, м;
С - ширина полосы перекрытия, 0,15 - 0,2 м;
n - число проходов по одному месту;
КВ - коэффициент использования рабочего времени.
Производительность (м2/ч) экскаватора с трамбующей плитой.

где: F - площадь ударной поверхности плиты;
m - число ударов в минуту;
Кпер - коэффициент перекрытия равный 0,8;
n - число ударов необходимых для уплотнения грунта;
КВ - коэффициент использования рабочего времени.

     Производительность в единицах объема.

где: Но - толщина слоя грунта в уплотненном состоянии, м.

Лекция 8.Общие условия выполнения бетонных работ в гидромелиоративном строительстве

1. Гидротехнические бетоны

Гидротехнические бетоны, в отличие от бетонов промышленного и гражданского назначения имеют ряд особенностей. Их применяют для возведения  сооружений  в гидротехническом и гидромелиоративном строительстве. 
В зависимости от конструкции и размеров сооружений, расположения  относительно уровней воды, массивности конструкций и назначаются требования к гидротехническим бетонам по водостойкости, водонепроницаемости, морозоустойчивости, прочности, солестойкости, удобообрабатываемости   и сниженного тепловыделения.

В зависимости от вида вяжущего бетоны разделяются на: 
а)   цементные бетоны;
б)  известковые бетоны;
в)   гипсовые бетоны;
г)   бетоны на органических заполнителях .

В зависимости от типа заполнителей бетоны деляют нa: 
Особо тяжелые с Y > 2,5 т/м3.  Эти бетоны готовят на тяжелых  заполнителях, а   в ряде  случаев  с  применением  металлической  стружки и чугунных обрезков. Применяются такие бетоны при строительстве  реакторов АЭС. 
Тяжелые бетоны с Y = 1,8 - 2,4 т/м3. Изготавливают, как правило, на гранитном заполнителе. Применяются для  строительства  гидротехнических       сооружений. 
Легкие бетоны с Y= 0,5 - 1,8 т/м3. Они применяются для изготовления стеновых панелей или как утеплительный материал. 
Особенно легкие  с Y< 0,5 т/м3 (существует Y = 10кг/м3)

В зависимости от места  расположения бетона в  ГТС он разделяется на три вида:

Бетон подводный  (А) - который постоянно находится под водой. Как правило, этот бетон изготовляется      на       шлакопортландцементах,       пуцоланових цементах, портландцементах.

Бетон переменного уровня воды (Б).  Этот бетон наиболее ответственный и в обязательном порядке должен удовлетворять  требованиям по морозоустойчивости.   Его готовят на портландцементах и    шлакопортландцементах с обязательным применением пластифицирующих добавок.

Бетон   надводный  (В),  который   находится   выше   УВ.   Этот   бетон   изготовляется на всех видах цемента.

В зависимости от массивности конструкций бетоны разделяются на две группы:

Бетон внешней зоны. (1)  В зависимости от назначения конструкции и класса сооружений внешняя зона t = 1,5 - 3,0 м.

Бетон внутренней зоны, к которому предъявляются в основном требования по объемной массе. В особенно массивных конструкциях бетон внутренней зоны может быть заменен отсыпкой с уплотнением грунта или камня. В большинстве случаев бетоны внутренней зоны имеют марку ниже чем бетон внешней зоны. 

Гидротехнические   бетоны   должны   обладать :

1.Химической стойкостью, то есть бетоны должны противостоять химическим влияниям окружающей среды. С этой целью, они изготовляются на сульфатостойких цементах с применением соответствующих добавок.

2.Водонепроницаемостью,   которая  характеризуется наибольшим давлением воды на бетон, при котором не наблюдается просачивания  ее через образцы соответствующей формы (d = h = 152 мм), выдержанных t = 180сут.

 По водонепроницаемости бетоны разделяются на 5 марок:
W2, W4, W6, W8, W12. 
3.Морозоустойчивостью, которая характеризуется наибольшим числом циклов замораживания  и оттаивания  соответствующих  образцов,   выдержанных  в  нормальних условиях в течение   t =18 суток. При этом, после испытаний потеря их прочности должна быть не более 15%. Замораживание должно проходить при - 15° и ниже на протяжении 4 часов, а оттаивание при  +5-20° на протяжении 4 часов. 
По морозоустойчивости бетоны деляют на 6 марок: 
F50, F100, F150, F200, F250, F300.

2.Основные требования к качеству составных бетонов

Для приготовления бетона применяется гранитный щебень, гравий и мелкие заполнители - песок. Эти материалы должны отвечать следующим требованиям:

1.Щебень и гравий должны быть распределены по фракциям с диаметрами частиц: 5…20, 20…40, 40…70, 70…120 мм;

2.Прочность материала щебня и гравия должна быть выше заданной прочности бетона не менее чем в 1,5-2 раза;

3. Содержание примесей мелких и пылеватых частиц у гравия не должно превышать 1…2% по массе;

4. Песок для бетона должен иметь крупность частиц 0,15…5 мм. Иногда песок делят на две фракции: мелкий - 0,15-2 мм и крупный - 2-5 мм Содержание частиц диаметром меньше 0,15 мм должен быть не более 2…3%;

5. Вода, которая используется для приготовления бетона и ухода за ним не должна иметь механических примесей, а содержание легкорастворимых солей - не более 5 г/л. Общее содержание сульфатов в воде не должно превышать 2,7 г/л, а показатель концентрации ионов водорода (рН) должен быть не ниже 4;

6. Марка цемента должна превышать заданную марку бетона

Rб 100  150  200  250  300  400 500  600 

Rц 200 200-300 400 500 500 500-600 500-600 600 

Для предварительной оценки потребности в материалах можно исходить из того, что для приготовления 1 м3 бетона необходимо иметь:

-щебня или гравия - 0,95 м3

-песка - 0,45 м3 

-цемента -0,18…0,4 т

-воды -0,12…0,25 м3

С целью повышения качества гидротехнического бетона и его долговечности необходимо:

1.Использовать 2-3 фракции щебня и 2-3 фракции песка. Применение этих фракций позволяет увеличить плотность бетона.

2.Необходимо стремиться к увеличению крупности заполнителей, что позволяет снизить количество цемента на 10-15% и екзотермию бетона.

3. Необходимо применять соответствующие заданным маркам
бетона цемент.

4. Необходимо стремиться к применению более твердых бетонных смесей с водоцементным отношением В/Ц < 0,5.

5.Необходимо применять зональный метод бетонирования, то есть внешние части гидротехнических сооружений выполнять из повышенных марок бетона.

6.При приготовлении бетонных смесей в летних условиях необходимо стремиться к выпуску бетонной смеси с пониженой температурой, для чего применяются холодная вода и лед.

7.При приготовлении бетонной смеси в зимних условиях необходимо стремиться к выпуску бетонных смесей с повышенной температурой t >50 °С

8.Необходимо бетонные работы построить так, чтобы покрытие ранее уложенного слоя бетона осуществлялось к началу его отвердевания.

3. Карьеры заполнителей бетона

Успешное выполнение строительно-монтажных работ, введение объектов в эксплуатацию в значительной мере зависит от наличия основних строительных материалов и своевременного  снабжения ими. 
Одним из основных строительных материалов в гидромелиоративном строительстве является щебень и песок, объем которых составляет по стоимости приблизительно 40% стоимости всех материалов. Как правило, добывают эти  материалы в открытых карьерах. По расположению их  делят на три группы:

1.Горные  карьеры.   Это постоянно действующие карьеры имеющие  высокую производительность   Q = 1,5 млн.м3 гравийной продукции в год. 
2.Пойменные карьеры. Работают на протяжении промежутка времени между паводками, то есть во время паводка эти карьеры затапливаются. 
3. Русловые карьеры. Добыча гравийной продукции в которых проводится  из дна  реки или водоема с помощью земснарядов. 

По назначению карьеры разделяются на три группы: 
1.Промышленные. Они производят  несколько фракций гравийной продукции. Это постоянно действующие предприятия  которые обслуживают различных потребителей в районе их расположения. 
2.Сырьевые. Это постоянно действующие предприятия, которые выпускают гравийную продукцию преимущественно для изготовления сборного железобетона и других конструктивных элементов. 
3.Построечные. Это временные карьеры которые обслуживают определенные объекты  в основном на период строительства, но  они могут  постепенно перерастать в постоянно действующие.

При выборе карьеров необходимо исходить из таких  условий:

1.Порода  карьера по   своим свойствам (прочность, плотность) должна соответствовать требованиями предъявляемым к       материалам.

2.Объемы пород, которые залегают, следующие слои раскрытия и ряд других показателей..

Проведение   работ по подготовке  строительных материалов  (щебня,   гравия  или    песка) включает  следующие    операции:

1.Раскрытие карьера - удаления растительного грунта или непригодных пород. Выполнение   этих   работ   осуществляется   с применением   бульдозеров,   скреперов, экскаваторов типа прямая лопата.

2.Дробление породы на гравийную массу  взрывным способом.

3. Погрузка и доставка дробленой массы на заводы.

4.Дробление гравиевого материала и его сортировки на
стационарных заводах, оборудованных каменедробилками и устройствами для сортировки измельченной массы.

5.Складирование и выдача готовой продукции потребителю.

4. Дробильно-сортировальные заводы и установки

Добытые в карьерах природные материалы нельзя сразу же использовать для приготовления бетонных смесей. Они нуждаются в переработке для того чтобы их свойства отвечали требованиям бетонных работ, а именно: по крупности частиц, гранулометрическому составу, прочности, однородности минералогического состава, содержанию примесей.

Переработку материалов выполняют на специализированных заводах и установках. В зависимости от необходимой мощности производств и срока их действия используют:
-передвижные установки при годовой потребности в материалах до 50 тыс. м3;
-сборно-разборные инвентарные установки при ограниченном сроке использования и потребности в материалах до 50-200 тис.м3;
-стационарные постоянно действующие предприятия с производительностью больше чем 200 тыс. м3 на год.

5.Заготовка щебня

Основные операции по переработке камня на щебень такие:                                               
- измельчение крупных фракций до необходимых размеров;  
- сортировка смеси частиц разных размеров на необходимые группы фракций;
- отмывание от примесей мелких частиц;
- обогащение с целью удаления из смеси непригодных для бетона материалов;
- грануляция - специальная обработка частиц камню для придания округлой формы; 
На заводах с применением современной техники одновременно можно получить 5-7 фракций щебня . Если после дробления и сортировки выходит щебень который не нуждается в дополнительной переработке - то такой  процесс является одноступенчатым. В случае необходимости выполнения дополнительной операции по дроблению и сортировке заполнителей - такой процесс называется двухступенчатым.

5.1 Качественные показатели бетона

Бетон для бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений должен удовлетворять требованиям ГОСТ 26633-85. 
При проектировании бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений в зависимости от вида и условий работы необходимо устанавливать показатели качества бетона, основными из которых являются следующие:
а) классы бетона по прочности на сжатие, которые отвечают значению гарантированной прочности бетона, МПа, с обеспеченностью q = 0,95. В массивных сооружениях допускается применение бетонов со значениями гарантированной прочности с обеспеченностью q = 0,9.
В проектах необходимо предусматривать следующие классы бетона по прочности на сжатие: В5, В7,5, В10, В12,5, В15, В20, В25, В30, В35;
б) классы бетона по прочности на осевое растяжение. Эту характеристику устанавливают в тех случаях, когда она имеет главенствующее значение и контролируется на производстве.
В проектах необходимо предусматривать следующие классы бетона по прочности на осевое растяжение: 
в) марки бетона по морозостойкости.
В проектах необходимо предусматривать следующие марки бетона по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600. 
Марку бетона по морозостойкости следует назначать в зависимости от климатических условий и числа расчетных циклов попеременного замораживания и оттаивания в течение года (по данным долгосрочных наблюдений), с учетом эксплуатационных условий. Для энергетических сооружений марку бетона по морозостойкости следует принимать по табл. 1. 
Таблица 1

Примечания: 
1. Климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наиболее холодного месяца: умеренные- выше минус 10°С суровые - от минус 10 до минус 20°С включ., особо суровые - ниже минус 20°С.    
2. Среднемесячные температуры наиболее холодного месяца для района строительства определяются по СНиП 2.01.01-82, а также по данным гидрометеорологической службы. 
3. При числе расчетных циклов более 200 следует применять специальные виды бетонов или конструктивную теплозащиту; 
г) марки бетона по водонепроницаемости. 
В проектах необходимо предусматривать следующие марки бетона по водонепроницаемости: W2, W4, W6, W8, W10, W12, W16, W18, W20. 
Марку бетона по водонепроницаемости назначают в зависимости от градиента напора, определяемого как отношение максимального напора в метрах к толщине конструкции (или расстоянию от напорной грани до дренажа) в метрах, и температуры контактирующей с сооружением воды, t , по табл. 2, или в зависимости от агрессивности среды в соответствии со СНиП 2.03.11-85. 
В нетрещиностойких напорных железобетонных конструкциях и в нетрещиностойких безнапорных конструкциях морских сооружений проектная марка бетона по водонепроницаемости должна быть не ниже W4.

Таблица 2

Примечание.   Для конструкций с градиентом напора свыше 30 следует назначать   марку бетона по водонепроницаемости W16 и выше.
К бетону конструкций гидротехнических сооружений следует предъявлять дополнительные, устанавливаемые в проектах и подтверждаемые экспериментальными исследованиями, требования: по предельной растяжимости, отсутствию вредного взаимодействия щелочей цемента с заполнителями, сопротивляемости истиранию потоком воды с донными и взвешенными наносами, стойкости против кавитации и химического воздействия, тепловыделению при твердении бетона. 
Срок твердения (возраст) бетона, отвечающий его классам по прочности на сжатие, на осевое растяжение и марке по водонепроницаемости, принимается, как правило, для конструкций речных гидротехнических сооружений 180 сут, для сборных и монолитных конструкций морских и речных портовых сооружений 28 сут. Срок твердения (возраст) бетона, отвечающий его проектной марке по морозостойкости, принимается 28 сут, для массивных конструкций, возводимых в теплой опалубке, 60 сут.

6. Вода для бетонов и растворов (ГОСТ 23732-79)

Вода предназначенную для приготовления бетонных смесей и строительных растворов, а также для поливки твердеющего бетона и промывки заполнителей  должна удовлетворять  таким требованиям. 
Содержание в воде органических поверхностно-активных веществ, сахаров или фенолов, каждого, не должно быть более  10 мг/л.
Вода не должна содержать пленки нефтепродуктов, жиров, масел.
В воде, применяемой для затворения бетонных смесей и поливки бетона не должно быть окрашивающих примесей, если к бетону предъявляют требования технической эстетики.   
Содержание в воде растворимых солей, взвешенных частиц, ионов сульфатов и хлора     не должно   превышать  величин, указанных в таблице. 
Окисляемость воды не должна быть более 15 мг/л. 
Водородный показатель воды (pH) не должен быть менее 4 и более 12,5.

 Вода не должна содержать также примесей в количествах, нарушающих сроки схватывания и твердения цементного теста и бетона, снижающих прочность и морозостойкость бетона.

7. Технология приготовления и транспортировки бетонной смеси

В отличие от большинства материалов, которые используют в строительстве бетонную смесь нельзя заготовить заранее и перевозить на большие расстояния. После приготовления она должна быть уложена в блоки сооружений до начала отвердевания. Такая ее особенность вызывает необходимость в приготовлении ее вблизи мест укладки, чтобы время пребывания смеси в дороге летом не превышало 1 час. Процесс приготовления бетонной смеси состоит из таких операций: 
- транспортировка составляющих ее материалов;
- дозирование их;
- загрузка в бетоносмеситель;
- перемешивание;
- выгрузка бетона.
Ведущий процесс - перемешивание смеси - осуществляют в бетоносмесителях различных типов и конструкций. процесс приготовления бетонной смеси в значительной степени зависит от  имеющегося оборудования, заполнителей и других составляющих бетона. Как правило приготовление бетонной смеси осуществляется на заводах  в производственной комплекс которых   входят: 
1.Склады заполнителей и цемента; 
2.Комплекс объектов: компрессорная, насосная станция,      трансформаторная подстанция, котельная и др. 
3.Бункеры заполнителей, цемента, воды и добавок. 
4.Дозирующие устройства. 
5.Смесительное оборудование (бетономешалки). 
6.Система управлением хозяйством. 
7.Бункеры выдачи готовой бетонной смеси. 
Бетонная смесь может готовиться на разных типах бетоносмесительных установок которые можно разделить  на такие виды: 
1. По назначению: 
а)   приобъектные, производительностью до 10 м3/час., применяются для приготовления бетонной смеси непосредственно на объектах; 
б)  заводы для приготовления товарного бетона - постоянно действующие, производительностью более 15 м3/час.; 
в)   заводы   предназначеные   для   приготовления   бетонной   смеси   на   заводах   сборного железобетона. 
2.   По принципу действия:
а)   циклического  действия, что в свою очередь разделяются на:

1.         заводы с гравитационным перемешиванием смеси;

2.         заводы с принудительным  перемешиванием бетонной смеси.

 Преимущество  гравитационного перемешивания заключается в возможности применения заполнителей с крупностью более 150 мм, в отличие от принудительного, при котором  крупность заполнителей не должна превышать 50 мм
б)  заводы непрерывного действия.
3.   По  мобильности:
а)   стационарные заводы;
б)  инвентарные заводы;
в)  передвижные заводы (автобетономешалки с емкостью до 4 м3) .
4.   По способу управления:
а)   механизированные;
б)  автоматизированные.
5.  По схеме   компоновки:      
а)   одноступенчатые, когда все технологические процессы проходят одну точку (один ярус). 
б)  двухступенчатые.

Рис.1 Схема компоновки одноступенчатой стационарной типовой бетоносмесительной установки

а - надбункерное помещение; б - расходные бункеры; в - дозаторное отделение; г - бетоносмесительное отделение; д - отделение выдачи готовой смеси; 1- наклонная галерея с ленточным транспортером; 2 - поворотная распределительная воронка; 3 – система вентиляции; 4 - вертикальный ковшовый элеватор для цемента; 5 - расходные бункеры щебня, песка, цемента; 6 - дозаторы; 7 - бункер-воронка с течками; 8 - дозаторы для воды; 9 - бетоносмесители; 10 - бункеры готовой смеси; 11 - подвод воды; 12 - горизонтальный шнековый транспортер для цемента.

8. Последовательность загрузки материалов и время перемешивания бетонной смеси

На качество бетонной смеси влияют такие факторы:

1.         Правильная загрузка материалов.

2.         Время  загрузки.

3.         Время перемешивания бетонной смеси.

Последовательность загрузки материала в бетоносмеситель осуществляется в таком  порядке:  сначала загружается 15-20% воды от необходимого количества, а затем поступает песок, цемент и крупный заполнитель. Оставшееся количество    воды,      загружается    в течении   всего    цикла загрузки материала. 
Время перемешивания бетонной смеси зависит от:

1.         подвижности бетонной смеси;

2.         состава бетонной смеси;

3.         крупности  заполнителей;

4.         емкости бетоносмесителя и находится в границах:

Перегрузка бетоносмесителей допускается не более чем на 10%.

9. Транспортировка бетонной смеси

Транспортируют бетонную смесь к объектам с/х строительства в основном автомобильным транспортом: автосамосвалами, автобетоновозами, бортовыми автомобилями (в таре), автобетоносмесителями  и в специальных емкостях. 
Автомобили-самосвалы общего назначения - наиболее распространенный вид транспорта. 
Автобетоновозы - специализированные автомобили для перевозки готовых бетонных смесей от бетонных заводов к сооружаемым объектам. Они имеют специальный коритообразной формы кузов,  который не допускает  расслоения и разбрызгивания бетонной смеси. 
Бортовые автомобили используют во время перевозки бетонной смеси в бадьях, контейнерах и специальных бункерах. 
Автобетоносмесители это  бетоносмесители, смонтированные на автомобиле для приготовления бетонной смеси в дороге. 
Во время перевозки бетонной смеси на небольшие расстояния (до 0,5 км) и в пределах строительной площадки применяют мототележки с опрокидными кузовами емкостью 0,3 м3 или с перекидными ковшами. 
Длительность перевозки не должна превышать сроки отвердевания смеси  (1 - 1,5 ч). 
Бетонную смесь к месту укладки подают различными способами в зависимости от вида и расположения  строящейся конструкции,  свойств бетонной смеси, объема бетонных работ и заданных темпов бетонирования. 
Высота свободного сброса бетонной смеси для предотвращения расслоения не должна превышать 2 м. 
Для подачи бетонной смеси из бровки котлована на расстояние 5-10 м при небольшом уклоне 5-10° можно использовать вибротранспортные установки. 
Для подачи бетонной смеси на глубину до 10 м применяют вертикальные звеньевые хоботы, свыше 10 м - виброхоботы. 
Бетонную смесь для сооружения конструкций надземной части  подают стреловыми и башенными кранами, различными подъемниками. 
Бетонную смесь с помощью кранов подают в раздающих опрокидных бадьях  вместимостью 0,3 - 0,8 м3 и поворотных ковшах-бадьях вместимостью 0,3 - 3 м3. 
Доставленную  автомобилями бетонную смесь  перегружают в раздающие бадьи, для чего устраивают приямки. 
При бетонировании больших массивов целесообразно подавать бетонную смесь с помощью бетононасосов и пневмотранспортних средств. 
Пневмотранспортними установками бетонную смесь подают на расстояние до 200 м по горизонтали и до 35 м по вертикали. Транспортируют ее по бетоноводу с помощью пневмонагнетателя, в котором компрессор поддерживает необходимое давление (до 0,6 МПа). 
Пневмотранспортные установки широко применяются для устройства набивных свай и имеют производительность 10 и 20 м3/час.

10. Укладка и уплотнение бетонной смеси

Основным требованием при бетонировании является послойная укладка бетонной смеси с тщательным  уплотнением  каждого  слоя.  Обновлять укладку  бетонной смеси можно после достижения бетоном в районе рабочего шва прочности не менее 1,5 МПа. Массивные конструкции бетонируют слоями, толщину которых определяют по формуле:

h = Qt/F

где:      h - толщина укладываемого слоя, м.; 
Q - интенсивность подачи бетонной смеси, м3 /час; 
F - площадь бетонной конструкции, м ; 
t - максимальная длительность времени перекрытия ранее уложенного           слоя, час.;

t = t1 – t2

где:   t1  -   промежуток   времени   между   затвором   и   началом   отвердевания  цемента, час.; 
t2 - длительность транспортировки и укладки первой порции бетонной смеси, час.,
Для обеспечения уплотнения укладываемого слоя, его толщину принимают не более 1,25 длины рабочей части внутреннего вибратора.
Колонны, стены и перегородки бетонируют ярусами. В пределах яруса бетонную смесь укладывают непрерывно, между ярусами устраивают рабочие швы. Высота яруса принимается 2-3 м.

В балки, прогоны и плиты перекрытий бетонную смесь укладывают, как правило, одновременно. В плитах толщина укладываемого бетонного слоя, составляет 12-25 см.
Арки и своды бетонируют в направлении от пят к замку, одновременно с двух сторон. При пролете более 15 м. бетонную смесь укладывают полосами, длина которых такая же как и продольной оси конструкции. Между полосами оставляют небольшие разрывы, которые заполняют через 5 - 7 дней. 
В  бетонные  подготовки  бетонную  смесь  укладывают  широкими  полосами  между маячными досками сразу на всю высоту.
Основной способ уплотнения смеси - вибрация. 
Сущность его заключается в том, что с помощью вибраторов вызывают колебательные движения частиц смеси. В итоге резко снижаются трение и сцепление между ними, смесь приобретает подвижность структурной жидкости, которая стремится занять наименьший объем. Частицы смеси укладываются плотнее в опалубку, выдавливая на поверхность пузырьки воздуха  и воды.

В зависимости от способа влияния на бетонную смесь при ее уплотнении различают внутренние, внешние и поверхностные вибраторы. 
Внутренние вибраторы наиболее эффективны, их рабочий наконечник при работе окунают в массу, которую уплотняют. 
Внешние вибраторы, прикрепляют к опалубке и через нее передают вибрацию на бетонную смесь. 
Поверхностные вибраторы устанавливают на уложеный слой смеси. 
По мере бетонирования внутренние вибраторы переставляют из одной позиции на другую. Шаг их передвижения составляет 1,5 - 1,75 радиуса действия. 
Поверхностные вибраторы переставляют, перекрывая уплотненный участок  на 50 - 100 мм.

Длительность вибрации для внутренних вибраторов 20 - 40 с; поверхностных 20 - 60 с; внешних - до 60 с. 
При бетонировании бетонных и ж/б конструкций неминуемы перерывы в работе. Поэтому устраивают рабочие швы. При возобновлении бетонирования, поверхность ранее уложеного бетона необходимо очистить от грязи и пленки цементного молока, чтобы обнажить крупный заполнитель. На старом затвердевшем бетоне делают насечку. Очищенную поверхность обдувают сжатым воздухом и смачивают водой. 
Непосредственно перед возобновлением бетонированрования на подготовленную поверхность наносят слой цементного раствора состава 1:3.

11. Уход за бетоном, обработка после распалубливания

После укладки бетонной смеси наступает период выдержки, который длится до получения бетоном необходимой прочности. В этот период осуществляется уход за бетоном. 
В сухую погоду при температуре 15°С и выше поверхность бетона систематически увлажняют, поливая ее водой. Бетоны на портландцементе необходимо поливать на протяжении 7 суток. Первые три дня бетон поливают через каждые три часа и 1 раз ночью, а в последующие дни не реже 3-х раз в сутки. Бетоны на шлакопортландцементах, которые имеют меньшую активность, поливают на протяжении 14 суток, а на высокоактивных глиноземистих цементах - на протяжении 3х суток.

В жаркую сухую погоду при температуре более 15°С открытые  распалубленые поверхности бетона необходимо защищать от солнца, укрывая их рогожами защитными пленками.

В период выдерживания бетона до приобретения им прочности не менее 1,5 МПа движение людей и установка риштовок по забетонированной поверхности запрещены. 
Обработка поверхностей конструкций состоит в исправлении дефектов, выявленных после распалубливания: пустот, каверн, раковин, их расчищают, потом заполняют бетонной смесью или раствором под давлением. Для придания  поверхности бетона соответствующего вида ее обрабатывают пескоструйными аппаратами, шлифуют и т.д.

12. Производство бетонных и железобетонных работ в зимних условиях

При температуре ниже 0°С вода в бетонной смеси замерзает, реакция гидратации прекращается и бетон не отвердевает. Если к моменту замерзания бетон набрал определенную прочность, то после оттаивания он может достичь проектной марки. Минимальное значение прочности, что может быть допущено к моменту замерзания, называется критической прочностью. Эта прочность указывается в проекте, ее минимальное значение регламентируется СНиП.

Для обеспечения рационального температурно-влажностного режима отвердевания бетона применяют разные способы: безобогревное выдерживание бетона, искусственный подогрев и комбинированную выдержку. 
Безобогревную выдержку бетона осуществляют путем применения метода термоса и химических добавок.
Для  искусственного подогрева бетона используют  электроэнергию,  пар  и теплый воздух. 
Комбинированная выдержка является соединением отдельных методов. 
Температура бетонной смеси, которая укладывается в опалубку при выдерживании бетона по методу термоса, должна отвечать установленной расчетом, при применении искусственного обогрева - быть не ниже +5°С.

Производство бетонных работ в зимних условиях требует соответствующей подготовки: предварительно определяют объемы работ и выбирают методы их выполнения; защищают грунт основания от промерзания и т.п.. При транспортировке бетонной смеси утепляют тару и прогревают ее перед загрузкой у нее бетонной смеси. Открытые поверхности бетона укрывают. 
Перед укладкой бетонной смеси опалубку и арматуру очищают от снега и пыли. Арматурные стержни диаметром более 25мм., арматуру из прокатных профилей и большие залоговые части при отрицательной температуре воздуха ниже -10°С подогревают  до положительной температуры.

Бетонирование монолитных конструкций с применением прогревания бетона необходимо проводить таким образом, чтобы исключить возможность возникновения значительных температурных деформаций. Для этого в определенных местах оставляют разрывы, которые заполняют бетонной смесью после охлаждения положенного раньше бетона к 15°С.

13. Контроль качества бетонных работ

 Контроль качества бетонных и железобетонных работ должен состоять из проверки:

- качества арматуры и составляющих бетонной смеси, а также условий их хранения; 

- работы бетоносмесительных узлов, их дозирующих устройств и бетонного хозяйства в целом;

- готовности блоков и частей сооружений к бетонированию ( подготовка основы, установления опалубки, лесов и подмостей, арматуры и закладных частей);

- качества бетонной смеси при ее приготовлении, транспортировке и укладке;

- правильности ухода за бетоном, сроков распалубливания, а также частичной и полной нагрузки конструкций;

- качества забетонированных конструкций; - осуществление мероприятий по устранению обнаруженных дефектов;

Для проведения мероприятий контроля бетонных работ необходимо вести систематический надзор за  проведением работ, выполнять в необходимых случаях соответствующие анализы, исследования, испытания, вести установленную техническую документацию по проведению и контролю качества работ.  

При контроле качества бетона проверяют:

- соответствие фактической прочности бетона в конструкции прочности, которая требует проект, а также заданной в сроки промежуточного контроля;

-  показатели морозоустойчивости и водонепроницаемости бетона при условии специальных требований проекта.  

Необходимо систематически контролировать подвижность и жесткость бетонной смеси в местах ее изготовления и укладки. В случае появления отклонений от заданной консистенции смеси, или же при нарушении ее однородности следует принимать соответствующие меры  для улучшения условий транспортировки смеси  или изменения ее состава.

Лекция 9.Строительство оросительных каналов

Основные положения по выбору способов производства работ

Оросительные каналы устраивают в выемках, насыпях и полувыемках-полунасыпях. Для того чтобы обеспечить командование горизонтов воды в старших каналах над горизонтами воды в младших каналах, часто приходится один и тот же канал строить на одних участках в насыпи или в полунасыпи, а на других - в полувыемке или выемке. Расходы, а следовательно, и поперечные сечения канала уменьшаются по его длине от головы после каждого ответвления канала низшего порядка. В зависимости от грунтов, в которых проходит канал, различным будет уклон его откосов. Исходя из этого выбирают различные способы и схемы производства работ по строительству каналов и соответствующие комплекты машин.
Для выбора способов производства работ нужно выделить части канала в выемке, полувыемке, полунасыпи и в насыпи, а внутри них - участки с высоким уровнем грунтовых вод, с различными грунтами по трассе (в частности - в лессовых и скальных грунтах). Кроме этого, выделяют участки каналов с различной шириной по дну и с различными глубинами выемок, высотами насыпей и уклонами их откосов.
На каждом выделенном участке находят осредненное сечение, по которому выбирают комплекты машин и технологические схемы производства работ ими.
После окончательного выбора схем для различных участков канала составляют технологическую карту и календарный график производства земляных работ по каналу применительно к данным конкретным условиям.
Перед началом земляных работ восстанавливают и закрепляют трассы каналов на местности.

Строительство магистральных каналов

Холостая часть магистральных каналов оросительных систем проходит обычно в выемках, а рабочая, где начинаются отводы младших каналов, может быть выполнена (в зависимости от рельефа по трассе) в выемке, полунасыпи-полувыемке или в насыпи с подсыпным дном.
Размеры поперечного сечения магистральных каналов колеблются в широких пределах: глубина от 3-4 до 15 м и более, ширина по дну от 3-7 до 15 м и более, уклоны откосов выемок m=1,5-4 (в зависимости от группы грунтов и способа производства работ).

Состав работ и применяемые машины

При строительстве каналов в выемке и в глубокой выемке (глубиной более 7 м) состав работ следующий:
а) разработка грунта в выемке с перемещением его во временные отвалы или в кавальеры; 
б) перемещение грунта из временных отвалов в постоянные кавальеры, разравнивание грунта в кавальерах; 
в) планировка дна, берм и откосов канала, верха и откосов кавальеров. Кроме того, при бульдозерной и скреперной разработке грунтов II группы необходимо их предварительное рыхление.
При строительстве каналов в полувыемке, насыпи и полунасыпи выполняются следующие работы: а) срезка растительного слоя с поверхности канала, оснований дамб и с резервов; 
б) рыхление грунта в основании дамб и уплотнение основания; 
в) рыхление грунтов II группы в выемке канала и в резервах (при разработке их скреперами или бульдозерами); 
г) разработка грунта в канале с перемещением его в дамбы, разравниванием, увлажнением и послойным уплотнением грунта в дамбах, с перемещением части грунта в кавальеры и разравниванием его (на участках канала в полувыемке); 
д) разработка грунта в резервах с перемещением его в дамбы, разравниванием, увлажнением и послойным уплотнением (на участках канала в насыпи и полунасыпи); 
е) срезка бахромы с внутренних откосов приканальных дамб; 
ж) планировка дна и откосов канала в выемке, верха и откосов дамб и кавальеров; 
з) обратная засыпка растительного грунта в выработанные резервы с разравниванием (на участках канала в насыпи и полунасыпи) .
Машины и механизмы, применяемые при строительстве крупных каналов, указаны в таблице 28.