Подводные земляные работы.
Лекция № 3. Инженерно-строительные и ремонтные подводно-технические работы.
Подводные земляные работы.
Подводными земляными работами называются работы по разработке грунта под водой.
Способы подводной разработки грунтов зависят от их состава, которые определяются ГОСТом 25100-95.
Основными видами подводной разработки грунтов являются размыв, всасывание, разрыхление и экскавация.
Под размывом понимают процесс отделения от массива частиц грунта струей воды и удаление их от общего массива на некоторое расстояние в виде гидросмеси. Для размыва служат гидромониторы и водяные стволы.
Под всасыванием понимают процесс всасывание частиц грунта, отделившегося от массива вместе с водой, размывшей грунт. Для всасывания грунтов используются эжектора и грунтососы.
Под разрыхлением понимают процесс увеличения объема грунта в процессе его разработки. Разрыхление грунта под водой осуществляется поступательно движущимися рыхлителями, а также фрезами, бурами, вибраторами, взрывным способом
Экскавация – процесс извлечения грунта из-под воды. Производится грейферными ковшами, многоковшовыми рабочими органами. Применяют также комбинированные способы разработки грунтов, основывающиеся (на указанных видах подводного разрушения.
Разрушение грунта водой и образование гидросмеси происходят в весьма разнообразных условиях и формах. В одних случаях придонные скорости открытого (безнапорного) потока, непосредственно воздействуя на частицы грунта, отрывают их от русла потока и переносят на какое-то расстояние. Это так называемый безнапорный, или эрозионный, способ размыва. В других случаях под водой вблизи поверхности разрабатываемого грунта располагается приемное отверстие всасывающей трубы землесоса и создаются условия, обеспечивающие всасывание частиц грунта в трубу вместе с водой. Способ разработки грунта по этой чрезвычайно распространенной схеме называется землесосным, или рефулерным.
Разрушение грунта и образование гидросмеси часто производится компактной плотной струей воды, вылетающей под большим напором из насадка ствола гидромонитора. Это — гидромониторный напорный способ размыва грунта. Безнапорный, землесосный и гидромониторный способы размыва являются основными, наиболее часто применяемыми способами гидравлической разработки грунта. При напорном гидромониторном размыве вода к месту разработки грунта подводится с большим избыточным давлением (напором). Специальными устройствами (гидромониторами) создается одна или несколько мощных гидравлических струй, с помощью которых грунт разрушается.
Простейшими устройствами для разрушения грунтов являются гидромониторы и гидростволы.
Гидромонитор представляет собой водобойный снаряд, предназначенный для создания напорных струй воды и направления их в нужную точку для разрушения и смыва грунтов или горных пород. Вода к гидромонитору подается по трубопроводу центробежными насосами.
В современной практике различают гидромониторы следующих типов:
— стандартного типа (напором 5- 12 ат) — для разработки грунтов средней трудности;
— высоконапорные (напором 15-25 ат и более) — для разрушения плотных (связных) грунтов;
— гидромониторы для кессонных работ.
Схема простой гидромониторной установки представлена на рис. 1.
Основным элементом ее является гидромонитор, который может управляться под водой или водолазом, или оператором багермейстером из рубки управления установки. Применяемые в строительстве гидромониторы могут быть с ручным (механическим), гидравлическим и электри-ческим управлением. Гидромониторная установка создает мощную струю воды под действием которой грунт разрушается, а затем отводится по открытым лоткам или трубопроводам к месту укладки.
Принципиальная схема гидромонитора представлена на рис. 2.
В гидромониторную установку с ручным управлением входят центробежный водяной насос, двигатель, всасывающий и напорный шланги и сменные гидромониторные насадки. Для погашения реактивной силы струи к шлангу гидромонитора на расстоянии 1 5 — 2 м от насадка прикрепляют балласт или безреактивные насадки. У мониторов с высоким давлением выходной струи для облегчения управления используются дефлекторы.
Гидроствол (рис. 3) предназначен для размыва грунта под водой. К нему с поверхности по шлангу от высоконапорного насоса с давлением до 20—25 кгс/см 2 подается вода.
Рис. 3. Гидроствол: 1 — напорный шланг; 2 — труба ствола; 3 — обычная насадка; 4 — безреактивная насадка
Струя воды, вытекающая из отверстия насадки гидроствола с большой скоростью, размывает грунт и относит его в сторону. При работе гидроствола с обычной насадкой возникает сила реакции, которая действует на водолаза и стремится опрокинуть его. Этот недостаток устраняется применением безреактивной насадки, которая дополнительно к основной струе, размывающей грунт, имеет несколько обратных струй, вытекающих под углом к оси ствола. Обратные струи компенсируют силу реакции основной струи за счет дополнительного расхода воды.
Для удаления грунтов простейшими механизмами являются эжектора и гидронасосы.
Гидроэжекторы или гидравлические грунтососы (рис. 4 и 5) предназначены для отсоса под водой жидкого ила, рыхлой глины, мелкого гравия, песка и сыпучих грузов из затопленных трюмов (зерно, мелкий уголь). К соплу эжектора с поверхности от насоса по напорному шлангу подводится вода под давлением. Струя воды, вытекая из сопла с большой скоростью, создает на входе эжектора подсос окружающей воды, которая увлекает за собой частицы грунта и транспортирует их в шланг отвода пульпы. В зависимости от условий, в которых приходится отсасывать грунт, применяются вертикальные или горизонтальные гидроэжекторы.
Для разработки больших объемов грунтов используются стационарные или передвижные е установки большой мощности – земснаряды.
Земснаряд — общее название судов технического флота, применяемых для подводной разработки и выемки грунта.
Общая классификация земснарядов:
1. По способу забора и перемещения грунта земснаряды подразделяют:
1. Землесосный снаряд — извлекающие и перекачивающие грунт в виде пульпы с применением грунтового насоса, наиболее распространенный тип земснарядов, применяемый на I — IV классах грунтов;
2. Землечерпальные— являющиеся разновидностью экскаваторов, поднимающие и перемещающие грунт посредством ковшей или черпаков. Используются на твердых грунтах V — VI класса, где эффективность землесосных земснарядов не дает необходимой производительности. В свою очередь землечерпальные снаряды подразделяют:
— на одночерпаковые штанговые, представляющие собой одноковшовый экскаватор, установленный на понтоне;
— на одночерпаковые грейферные, представляющие собой подъемный кран, оборудованный грейфером;
. Многочерпаковые, представляющие собой машину непрерывного действия, с черпаками, закрепленными на бесконечной цепи, натянутой между двумя барабанами.
2. По способу транспортировки грунта земснаряды подразделяются:
1. Рефулерный — транспортировка грунта осуществляется при помощи плавучего пульпопровода.
2. Шаландовый — транспортировка грунта осуществляется шаландами — специальными судами, принимающими грунт в трюм и отвозящими его к месту размещения;
3. Самоотвозный — грунт принимается земснарядом в собственный трюм и отвозится к месту
4. С гидромониторным выбросом пульпы.
3. По методу рабочих перемещений земснаряды подразделяются:
2. Несамоходные — использующие папильонажные лебедки и якоря или свайный ход. Якорь завозят на определенное расстояние и при помощи канатов и лебедок снаряд перемещается в нужном направлении. Свайно-якорные снаряды кроме рабочих якорей имеют так же свайные аппараты.
4. По производительности различают:
Земснаряды малой, средней и большой производительности.
5.По роду энергетической установки (приводящей в движение снаряд) — паровые, дизельные, дизель-электрические, дизель-гидравлические, газотурбинные и электрические дноуглубительные снаряды.
6. По району выполнения дноуглубительных работ различают земснаряды морского и речного типов. Морские земснаряды отличаются от речных конструкцией корпуса и лучшей устойчивостью, позволяющей выполнять работы в условиях волнения.
Большинство земснарядов имеют в составе оборудования гидромониторы.
Классификация земснарядов с гидромониторами:
1. По типу всасывающего агрегата:
Источник
Разработка грунтов экскаваторами.
Грунты можно разрабатывать механическим, гидромеханическим и взрывным способами. Основным способом является механический.
Механический способ заключается в разработке грунта с помощью землеройных или землеройно-транспортных машин.
Гидромеханический способ основан на размывании грунта водяной струей гидромонитора или всасывании разжиженного грунта земснарядом.
В строительстве наиболее распространены следующие машины для земляных работ: землеройные (экскаваторы), землеройно-транспортные (бульдозеры, скреперы, грейдеры), транспортирующие (автосамосвалы), грунтоуплотняющие(катки, грунтоуплотняющие плиты и т.д.
Наибольший объем работ выполняется одноковшовыми экскаваторами на пневмоколесном или на гусеничном ходу.
К землеройным машинам относят одноковшовые экскаваторы (цикличного действия) и экскаваторы непрерывного действия. Наибольшее применение имеют одноковшовые экскаваторы, которыми выполняется около 45 % всего объема земляных работ.
Экскаватор – самоходная землеройная машина, которая при помощи рабочего органа отделяет грунт от массива, перемещает его и выгружает в отвал.
В промышленном и гражданском строительстве применяют экскаваторы с ковшом вместимостью 0,15. 2 м 3 , реже до 4 м 3 . Они имеют комплект сменного оборудования, включающий прямую и обратную лопаты, драглайн и грейфер. Кроме того, стрела, входящая в комплект драглайна и грейфера, может быть оборудована грузовым крюком или клином-бабой.
Основные рабочие параметры одноковшовых экскаваторов при разработке выемок, котлованов и траншей: максимально возможная глубина копания —Н, высота копания +Н, наибольший и наименьший радиусы копания на уровне стенки экскаватора Rмакс и RМИн, радиус выгрузки Rв, высота выгрузки Hв .
Рабочий цикл одноковшового экскаватора состоит из копания (заполнения ковша), перемещения к месту выгрузки, выгрузки в отвал или в транспортные средства и обратного хода в забой.
Забоем называется рабочая зона экскаватора, в которую входят: площадка, на которой находится экскаватор, часть массива грунта, разрабатываемого экскаватором с одной стоянки, и площадка, на которой устанавливается транспорт под погрузку или размещается отвал грунта.
Для производства земляных работ следует принимать оптимальные рабочие параметры, составляющие 0,9 максимальных паспортных: ЯОПт = 0,9 Янаибольш. Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены таким образом, чтобы средняя величина поворота экскаватора от места заполнения ковша до места выгрузки была минимальной, так как на время поворота стрелы может расходоваться до 70 % рабочего времени цикла экскаватора.
Экскаватор с прямой лопатой разрабатывают грунт выше уровня стоянки, с обратной лопатой – ниже уровня стоянки.
Экскаватор с прямой лопатой разрабатывает грунт (по направлению движения экскаватора относительно оси выемки) лобовой, уширенной лобовой и боковой проходками.
Проходкой называется участок разработанный в одном направлении.
Лобовая проходка – применяется для разработки котлованов небольших размеров или траншей. Экскаватор разрабатывает грунт впереди себя, а автосамосвалы подаются задним ходом к экскаватору.
Уширенная лобовая проходка – при ширине котлована 2 – 2,5 радиуса резания
Боковая проходка (поперечный способ) разрабатывают выемки с отсыпкой грунта в направлении, перпендикулярном оси выемки и применяется при ширине котлована 2,5 –3,5 радиуса резания. 
рис. Профили забоя экскаватора с различным рабочим оборудованием:
а) прямая лопата, б) обратная лопата, в) драглайн, г) грейфер, д) профиль забоя прямой лопаты,
е) профиль забоя прямой лопаты, ж) профиль забоя грейфера, Rк – радиус копания, Rв – радиус выгрузки, +H – высота копания, -H – глубина копания, Hв – высота выгрузки
рис. Схемы проходок экскаватора с рабочим оборудованием прямая лопата:
а)лобовая проходка, б) то же с двусторонним расположением транспорта, в) уширенная лобовая проходка с движением экскаватора «зигзаг», г) поперечно-торцовая проходка, д) боковая проходка, е) разработка котлована по ярусам, 1 – экскаватор, 2- автосамосвал, 3 – направление движения транспорта
Отрывку котлована шириной 12 . 14 м обычно осуществляют лобовой проходкой при перемещении экскаватора по зигзагу, а при большей ширине — поперечно-торцевой.
Экскаватор – драглайнприменяют для разработки грунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора (для рытья глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработки грунта из-под воду и т.п.). Преимущество драглайна — большие радиусы действия (до 10 м) и глубина копания (до 12 м). Особенно эффективно разрабатывать драглайном мягкие и плотные грунты, в том числе обводненные.
Разработку грунта драглайном осуществляют лобовыми и боковыми проходками аналогично экскаватору с обратной лопатой. Так как ковш драглайна гибко подвешен, эффективными являются челночные способы работы — поперечно-челночный и продольно-челночный.
Экскаватор – грейферприменяют для рытья колодцев, узких глубоких котлованов, траншей и подробных сооружений, особенно в условиях разработки грунтов ниже уровня грунтовых вод. Этими машинами отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую
проектной, с оставлением так называемого «недобора». Слой недобора (5. 10 см) оставляют для того, чтобы избежать повреждения основания и не допускать переборов грунта. Для повышения эффективности работы экскаваторов применяют скребковый нож, насаженный
на ковш экскаватора. Это приспособление позволяет механизировать операцию по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с точностью до ±2 см, что исключает необходимость ручных доработок.
Для разработки недобора грунта применяют также бульдозер. Бульдозер перемещает грунт к нижней бровке котлована челночным способом при рабочем ходе в одном направлении и оставляет защитный слой толщиной 4 . 5 см, который зачищается вручную перед устройством фундаментов. Толщина стружки грунта, срезаемого бульдозером за один проход, не превышает 5 . 6 см.
Разработку грунта экскаваторами непрерывного действия осуществляют по следующей технологии. До начала работы экскаватора поверхность земли по трассе траншеи планируют бульдозером; Ширина спланированной полосы должна быть не менее ширины гусеничного хода экскаватора. После планировочных работ и разбивки оси траншеи рытьё траншеи, как правило, начинают со стороны низких отметок продольного профиля и ведут навстречу уклону. При этом отвалы грунта, вынутого из траншеи, следует размещать с одной стороны выемки (преимущественно с нагорной) для защиты вырытой траншеи от стока поверхностных вод и выполнения последующих монтажных работ. Заданный продольный уклон траншей и глубину разработки грунта регулируют подъемом или опусканием рабочего органа экскаватора. В зависимости от физических свойств грунта и глубины копания разработка осуществляется на разных скоростях движения.
Схемы работы многоковшовых экскаваторов:
а) экскаватор с ковшовой цепью, б) роторный экскаватор, 1 – базовая машина, 2 – система управления положением рабочего органа, 3 – ковшовая цепь, 4 – ковшовый ротор, 5 – ленточный транспортер, в-г – профили траншей разрабатываемых многоковшовыми экскаваторами
Источник
