ГлавнаяРаботы по вертикальной планировке в пределах улицы и прилегающих к ней территорий должны опережать устройство ее проезжей части и тротуаров. Это дает возможность определить заранее глубину заложения подземных трубопроводов и кабелей, а также решить задачу отвода поверхностных вод наиболее экономичным способом. Первоначально производят геодезические работы по разбивке в плане и профиле трассы улицы и пикетажа, определению границ проезжей части, тротуаров и газонов. Вертикальную планировку необходимо выполнять одновременно по всей ширине земляного полотна с целью сосредоточения землеройных машин (экскаваторов, бульдозеров, скреперов, автогрейдеров) на определенных последовательных участках улицы.
Средства механизации выбирают в зависимости от типа земляного полотна, его вертикальных отметок, способа производства работ, дальности перемещения грунта и сосредоточенности земляных масс. Выбор типа машин должен быть обоснован технико-экономическим расчетом с учетом конкретных условий и объемов работ, сроков их выполнения, стоимости производства земляных работ. Выбор типа машин определяется также свойствами грунтов: плотностью, влажностью, степенью прилипания. По трудности разработки грунты классифицируются по группам, представленным в табл. 57.
На каждый конкретный объект строительства составляют технологические карты, учитывающие все разновидности земляных работ. Технологические карты включают таблицы и схемы, в которых приводятся сведения по организации и производству работ, а именно: виды и марки машин и коэффициент их использования; технологические операции и последовательность их выполнения, расчетный темп производства работ, определяемый в зависимости от общего объема земляных работ, их вида и необходимого срока их выполнения.
Производство земляных работ одноковшовыми экскаваторами. При разработке выемок в городских условиях наибольшее распространение получили одноковшовые экскаваторы с емкостью ковша до 1 м3. Экскаваторы используют преимущественно при разработке грунта с погрузкой его в транспортные средства. Применяют экскаваторы с различным сменным оборудованием: прямой и обратной лопатой, драглайном. Экскаваторы с прямой лопатой применяют при разработке выемок в высоких забоях с погрузкой грунта в транспортные средства. Экскаватором, оборудованным драглайном, или обратной лопатой, разрабатывают грунт лишь с поверхности забоя. Основными показателями, характеризующими целесообразность применения одноковшовых экскаваторов с определенной емкостью ковша, являются объемы земляных работ на объекте и сроки строительства. Обычно на строительном объекте при объеме земляных работ до 10 000 м3 используют экскаваторы с емкостью ковша 0,25—0,65 м3, при объеме свыше 10 000 м3 — емкостью 1,0 м3.
Для максимального наполнения ковша экскаватора высоту забоя следует принимать в соответствии с данными табл. 58.
Размер и форма забоев, направление движения экскаваторов: и транспортных средств определяет проект организации работ. Очертание забоя зависит от категории грунта, условий перемещения экскаватора и вида сменного оборудования (прямой или обратной лопаты, драглайна).
Производительность экскаватора определяется продолжительностью цикла, который складывается из следующих операций: набора грунта, поворота стрелы с загруженным ковшом, выгрузки грунта в транспортные средства, поворота стрелы с порожним ковшом и опускания ковша для следующего набора и может быть определена по формуле
где Т — продолжительность рабочей смены, ч; q — геометрическая емкость ковша, м3; kн — коэффициент наполнения ковша, примерные значения которого приведены в табл. 59; kв — коэффициент использования рабочего времени; n — количество циклов в минуту; kp — коэффициент разрыхления грунта (1,1—1,3).
Разработку выемок экскаваторами с прямой лопатой обычно производят продольными сквозными проходками, лобовыми проходками на всю ширину забоя, комбинированным способом — лобовой разработкой со сквозными проходками.
Разработку выемки продольными проходками (рис. 86) начинают с рытья пионерной траншеи на всю длину выемки. При ее разработке экскаватор перемещает грунт в транспортные средства или в отвал. Ширину пионерной траншеи назначают не менее 6 м, а глубину — 2,5 м из условия, что экскаватор при повороте на разгрузку хвостовой частью не заденет за боковую стенку забоя. Неглубокие выемки разрабатывают за один проход, глубокие — продольными параллельными проходками в несколько ярусов по высоте.
После рытья пионерной траншеи разрабатывают последовательно участки I, II, III и т. д. (рис. 86) с погрузкой грунта в автомобили-самосвалы.
При ширине забоя до 10—14 м автомобили-самосвалы к экскаватору подают в забой задним ходом со стороны подошвы одного из откосов.
При ширине забоя до 18 м экскаватор устанавливают по оси забоя, а автомобили-самосвалы подают под погрузку с двух сторон от экскаватора (рис. 87). Если позволяют условия, то лучше разрабатывать уширенный забой. В этом случае угол поворота стрелы уменьшается до 90—135° и значительно улучшаются условия работы транспортных средств в забое, тем самым повышается производительность экскаватора.
При подсчете количества продольных проходок экскаватора с прямой лопатой наименьшую ширину забоя в зависимости от вместимости его ковша принимают равной:
При коротких выемках с крутыми склонами, на которых нельзя расположить пути для транспортных средств, их разрабатывают сразу на полную глубину до проектной отметки. Автомобили-самосвалы располагают на уровне стоянки экскаватора.
Разработку выемок экскаватором, оборудованным драглайном, производят по поперечно-челночной и продольно-челночной схемам. При работе по челночной схеме экскаватор движется по верху забоя, а транспортные средства — по его подошве. Набор грунта осуществляют попеременно с одной и другой стороны автомобиля-самосвала. После выработки грунта на ширину радиуса резания экскаватор перемещается вдоль оси выемки на новое место. Максимальная глубина выемки, разрабатываемая драглайном, зависит от емкости ковша, длины стрелы и угла ее наклона (табл. 60).
Челночные схемы разработки выемок наиболее эффективны, поскольку угол поворота стрелы не превышает в среднем 15° при челночно-поперечном и 4—5° при челночно-продольном способах погрузки транспортных средств.
Разработку грунта экскаватором, оборудованным обратной лопатой, производят по схемам, аналогичным для драглайна. Производительность экскаваторов с различным сменным оборудованием при разработке выемок во многом зависит от правильного выбора автомобильного транспорта, отвозящего грунт. При выборе типа автомобилей-самосвалов необходимо увязывать их. грузоподъемность с емкостью ковша экскаватора. Можно рекомендовать следующее соотношение между вместимостью ковша экскаватора и грузоподъемностью автомобиля-самосвала:
Расчет количества транспортных средств определяется производительностью принятых экскаваторов, расстоянием и скоростью транспортирования, продолжительностью загрузки и выгрузки грунта.
Таким образом, количество необходимых транспортных средств nтр составляет частное от деления одного цикла (полного оборота) транспортной единицы при отвозке грунта на время загрузки ее экскаватором tн:
где tз, tпр, tр, t0 — продолжительность соответственно загрузки, пробега в оба конца, выгрузки и остальных операций, предусмотренных ЕНиР, мин.
При дальности перевозки грунта до 2 км ориентировочно количество автомобилей-самосвалов различной грузоподъемности можно принять в соответствии с данными, приведенными в табл. 61.
Разработка выемок и возведение насыпей бульдозерами. Бульдозеры в городских условиях чаще всего применяют в комплекте с другими машинами для разработки и разравнивания грунта, планировки и перемещения его на небольшие расстояния. Бульдозерами осуществляют вертикальную планировку на участках с неглубокими выемками (до 1,0 м) и небольшими насыпями (до 1,2 м), а также разработку грунта в выемке и перемещение его в насыпь на расстояние до 100 м.
При большей дальности перемещения увеличиваются потери грунта, снижается производительность бульдозера и значительно возрастает стоимость работ. Цикл работы бульдозера состоит из резания грунта, перемещения, разравнивания и холостого хода. Эффективность резания зависит от свойств грунтов, рельефа местности и принятой схемы резания грунта. Различают три основные схемы резания грунта: прямоугольную, когда грунт зарезают стружкой постоянной толщины 0,10—0,15 м; клиновую, при которой набор грунта осуществляют путем заглубления ножа бульдозера в начальном участке зарезания с постепенным его подъемом при передвижении вперед; гребенчатую с попеременным заглублением и подъемом ножа и уменьшением глубины зарезания и длины участка до полного набора грунта.
Каждая из перечисленных схем имеет свои преимущества и недостатки и применяется при производстве земляных работ в грунтах, различных по трудности их разработки. Для разработки грунтов со значительным сопротивлением резанию, а также на подъемах применяют резание тонкой стружкой. Для грунтов со средним значением сопротивления резания применяют гребенчатую схему, при которой первое зарезание производится на большую глубину, последующие два — на меньшую, что сокращает путь и время резания и способствует увеличению производительности бульдозера. Для грунтов с малым сопротивлением резанию применяется клиновая схема.
Производительность бульдозера Пб (м3/ч) при разработке грунта зависит от парам его ножа (отвала) и продолжительности рабочего цикла и может быть определена по формуле
где V — объем грунта, перемещаемый бульдозером за один цикл, м3; kв — коэффициент использования по времени (0,85—0,9); kp — коэффициент разрыхления грунта (1,1—1,3); Σt — продолжительность рабочего цикла, с;
Величина V может быть определена из зависимости
где Н — высота отвала, м; L — длина отвала, м.
Продолжительность цикла складывается из следующего времени:
где t1 — время на зарезание; t2 — продолжительность перемещения грунта; t3 — время холостого хода; t4 — время на повороты (10 с на один поворот); t5 — время на переключение скоростей (2—3 с на одно переключение скорости); t6 — время на опускание отвала (3-4 с).
При разработке грунта в выемке применяют различные схемы работы бульдозеров. Наиболее производительными являются следующие схемы: траншейная, с промежуточным валом и спаренная двумя бульдозерами. По траншейной схеме бульдозер зарезает грунт при нескольких последовательных проходах по одному следу, образуя траншею шириной, соответствующей длине отвала, по которой перемещается грунт. Разработав одну полосу траншеи на требуемую глубину, приступают к разработке второй и последующих полос с оставлением между ними полос-стенок шириной 0,4—0,8 м, препятствующих потере грунта при перемещении его по траншее. После разработки одного яруса эти полосы-стенки срезают и перемещают к месту отсыпки.
Разрабатываемый в выемке грунт доставляют сначала на наиболее отдаленные участки насыпи. Способом с промежуточным валом грунт сначала перемещают в продольном направлении из выемки в насыпь на расстояние 30—40 м и отсыпают в виде поперечного вала, а затем при последующих проходах бульдозера передвигают его на нужные участки насыпи. При спаренной работе два бульдозера двигаются параллельно друг другу по соседним полосам с зазором между отвалами 20—30 см (в зависимости от вида грунта), при этом разрабатывается одновременно выемка шириной до 6,5 м. Однако такая схема работы требует соблюдения синхронного движения бульдозеров. Опыт работы показывает, что разработка выемок спаренными бульдозерами весьма эффективна за счет уменьшения потерь грунта в процессе транспортирования и может быть рекомендована при больших объемах работ и значительной дальности перемещения. Устройство на отвале боковых открылков значительно увеличивает объем перемещения грунта.
Разработка выемок и возведение насыпей скреперами. Скреперы применяют при возведении насыпей высотой более 1,0 м и при разработке выемок глубиной до 2,0 м на участках городских улиц и дорог, имеющих значительную ширину или свободных от застройки, так как для разворотов им необходимы при различных схемах работы уширенные площадки. Выбор схемы движения скреперов зависит от местных условий, а также от характера работ — размеров насыпи, выемки, дальности перемещения грунта.
При выполнении вертикальной планировки скреперами применяют различные схемы работы: эллиптическую, восьмеркой, зигзагообразную, продольно-челночную, спиральную (рис. 88), но во всех случаях следует стремиться к тому, чтобы длина пути и величина углов поворота за один рабочий цикл была бы наименьшей. Наиболее распространенными схемами в городском дорожном строительстве являются эллиптическая (рис. 88, а) и восьмеркой (рис. 88, б).
Эллиптическую схему применяют при разработке выемок и возведении насыпей с учетом перемещения грунта на среднее расстояние не более 100 м.
Схема движения по восьмерке эффективна при большом фронте работ; она характеризуется более короткими пробегами скреперов в груженом и порожнем состояниях и наиболее применима и выгодна при разработке и отсыпке чередующихся между собой выемок и насыпей. По этой схеме за один рабочий цикл производятся поочередно две загрузки и две разгрузки скрепера.
Зигзагообразная схема (рис. 88, в) рекомендуется при разработке односторонних и двусторонних выемок большой протяженности при длине участка от 200 м и выше. Для возведения насыпей, расположенных в средней части улицы, из грунтов, разрабатываемых в двусторонних выемках, целесообразно применение продольно-челночной (рис. 88, г) и спиральной схем (рис. 88, д).
Для достижения высокой производительности нужно стремиться к увеличению наполнения ковша скрепера в процессе его загрузки и сокращению времени рабочего цикла, применяя наиболее высокие скорости при транспортировке грунта и порожнем ходе. С этой целью грунт разрабатывают от наиболее высокой части выемки и отвозят в наиболее пониженное место будущей насыпи. Разработка грунта в выемке ведется слоями толщиной от 5 до 15 см в зависимости от вида грунта.
Производительность скрепера (м3/ч) может быть определена по формуле
где V — геометрическая вместимость ковша, м3; kн — коэффициент наполнения ковша (0,9—1,2); kв — коэффициент использования скрепера по времени (0,8—0,9); kp — коэффициент разрыхления грунта (1,1—1,3); Σt — продолжительность рабочего цикла скрепера, с:
где t1 — время резания грунта и наполнения ковша, равное частному от деления пути наполнения на скорость движения скрепера при наполнении; t2 — продолжительность груженого хода скрепера, равная частному от деления дальности груженого хода на скорость движения скрепера; t3 — время холостого хода скрепера, равное частному от деления длины пути холостого хода на скорость холостого хода; t4 — время на повороты скрепера (=10 с на один поворот); t5 — время на переключение скоростей (1—2 с на одно переключение).
Скреперы являются универсальными землеройными машинами. Они не только служат для разработки и перемещения грунта, но с их помощью осуществляют в местах отсыпки частичное разравнивание и уплотнение грунта. В последние годы значительное распространение получили большегрузные самоходные скреперы. Разработка грунта самоходными скреперами с большой емкостью ковша, обладающими хорошей мобильностью, малыми радиусами поворота и большими транспортными скоростями, в два раза производительнее, чем прицепными скреперами при одинаковой емкости ковша. Дальность перемещения грунта самоходными скреперами может достигать 3 км при скорости до 40 км/ч. Это определяет целесообразность применения самоходных скреперов вместо распространенной разработки грунта экскаваторами и перевозки его автомашинами.
Производство земляных работ с применением автогрейдеров. При строительстве городских дорог самоходные автогрейдеры применяют при разработке выемок с небольшими объемами земляных работ, возведении невысоких насыпей (до 0,8 м) и планировочных работах. Обычно зарезание, перемещение и разравнивание, а также и планирование грунта производятся несколькими проходами автогрейдера, последовательность и характер которых определяют группой грунта, рельефом местности. При плотных грунтах для повышения производительности автогрейдера требуется предварительное их разрыхление.
Производительность автогрейдера (м3/ч) на основном виде работ— профилировании земляного полотна — можно определить по формуле
где L — длина участка (захватка), м; F — площадь поперечного сечения насыпи, м2; kв — коэффициент использования машины по времени; n3 — число проходов по зарезанию грунта (считая за один проход вперед и назад); v3 — скорость автогрейдера при зарезании, м/ч; nц — число проходов по перемещению грунта; vп — скорость автогрейдера при перемещении грунта, м/ч; no и vo — число проходов и скорость автогрейдера по отделке полотна дороги; tпов — время поворота автогрейдера, мин.
Число проходов по зарезанию можно определить по формуле
где kп — коэффициент перекрытия (до 1,5); Sв — поперечное сечение стружки грунта при вырезании (0,1—0,15), м2.
Число проходов по перемещению грунта
где l0 — средняя потребная длина перемещения грунта, м; lп — длина перемещения грунта за один проход (1,6—3,1) м; — коэффициент перекрытия при перемещении грунта (1,15). Число отделочных проходов ориентировочно принимают 6—10.
Основными условиями эффективного использования автогрейдеров на планировочных работах является правильная установка углов резания, захвата и наклона ножа, а также его заглубления.
Уплотнение земляного полотна. Высокие эксплуатационные качества и долговечность дорожных одежд во многом зависят от степени уплотнения грунта земляного полотна. В городских условиях уплотнение земляного полотна осуществляют механизированными способами с применением укатки, трамбования и вибрирования. Уплотнение грунта укаткой производят катками, транспортными средствами и землеройно-транспортными машинами. При укатке применяют катки с гладкими и фигурными вальцами, кулачковые и на пневматических шинах.
Катки с гладкими вальцами применяют для уплотнения связных и малосвязных грунтов при толщине уплотняемого слоя до 20 см. Кулачковые катки используют также для уплотнения связных и малосвязных грунтов, но при условии, если они не переувлажнены. Однако кулачковые катки при одинаковой массе с катками, имеющими гладкие вальцы, дают по сравнению с ними при одинаковом числе проходов по одному следу почти вдвое большую глубину уплотнения. Кулачковые катки работают в сцепе с трактором по кольцевой или челночной схеме (рис. 89). Катки на пневматических шинах применяют для уплотнения как связных, так и несвязных грунтов на всех стадиях их уплотнения. Они значительно эффективнее катков с металлическими вальцами и при меньшем числе проходов по одному следу уплотняют грунт на большую глубину.
При подвозке грунта к местам его отсыпки автомобилями-самосвалами, тракторными тележками и скреперами их также используют для предварительного уплотнения грунта в насыпи. Эти машины пропускают по отсыпаемой насыпи по определенным схемам движения, которые обеспечивают равномерное перекрытие всей ширины насыпи.
Уплотнение грунта способом трамбования производят с помощью механических трамбовок (пневматических, электрических, бензиновых, взрывного действия), навесными плитами (на экскаваторах, тракторах), трамбовочными машинами. Механические трамбовки применяют для уплотнения грунтов при небольших объемах отсылаемого грунта в стесненных условиях.
Трамбующие плиты как навесное оборудование экскаваторов и кранов пригодны для уплотнения связных и несвязных грунтов при толщине слоя свыше 0,8—1,0 м (рис. 90). Трамбующие плиты изготовляют массой от 1,5 до 2,5 т. При массе плиты 1,5 т количество ударов по одному следу при высоте падения 1—2 м составляет: для песчаных грунтов 2—4; супесчаных 2—3; суглинистых 3—5; глинистых 4—6.
Из трамбовочных машин наибольшее применение находит машина ДУ-12В (Д-471 В) на тракторе мощностью 100 л. с. (~74кВт), позволяющая уплотнять грунт на глубину до 1,2 м при ширине уплотняемой полосы за один проход 2,5 м.
Для уплотнения грунта вибрированием применяют вибрационные плиты и катки, глубинные вибраторы. Наша промышленность выпускает самопередвигающиеся вибрационные плиты ДУ-24 (Д-605) и ДК-35 (Д-639), предназначенные для уплотнения несвязных грунтов и материалов. Применение вибрационных катков выгодно при уплотнении несвязных грунтов; при значительно меньшем количестве проходов по сравнению с катками с металлическими вальцами и на пневматических шинах они обеспечивают необходимую степень уплотнения. Глубинные виброуплотнители представляют собой поршневые и пульсационные установки, оборудованные ручными глубинными вибраторами и устройствами для подачи воды в грунт в процессе его уплотнения. Применяют их преимущественно для уплотнения несвязных грунтов толщиной от 1,5 до 10 м, зависящей от типа применяемого виброуплотнителя (легкого, среднего и тяжелого типов). При производстве земляных работ необходимо осуществлять постоянный контроль за степенью уплотнения грунта. При осуществлении работ по контролю за уплотнением необходимо быстро и достаточно точно определять коэффициент уплотнения грунта в каждом отсыпаемом слое насыпи. Наибольшее распространение для этой цели на дорожных работах получил прибор Н. П. Ковалева. Коэффициент уплотнения определяют отношением объемной массы скелета грунта, отобранного из насыпи, к максимальной объемной массе скелета того же грунта, найденного методом стандартного уплотнения В том и другом случае для определения объемной массы скелета грунта необходимо знать его влажность, которую определяют различными методами (прибором Ковалева, высушиванием в сушильных шкафах). Метод высушивания грунта очень трудоемок. Геофизические методы, к числу которых относятся ускоренные и наиболее простые методы определения влажности грунтов, основанные на измерении электрических характеристик — удельного сопротивления и диэлектрической проницаемости, а также применения радиоактивных изотопов, позволяют сокращать время, затрачиваемое на испытания.
Плотность грунта глубинным радиоактивным плотномером ГГП-1 (рис. 91) определяют в такой последовательности. Закладывают двухдюймовую скважину, армируя ее трубой, и вводят в нее зонд из заданную глубину. Затем определяют скорость счета импульсов, даваемых зондом, и находят искомое значение по калибровочной зависимости скорости счета от плотности. На одно измерение, включая и получение результата, требуется 5—10 мин в зависимости от плотности грунта. После получения необходимого уплотнения грунта на каждом участке оформляют соответствующий акт на скрытые работы, дающий право на выполнение дальнейших операций.