Проходки экскаваторов при разработке котлованов и определение их параметров

8.1.1 Котлованы и сооружения с большим объемом грунта, перемещаемого в отвалы, целесообразно разрабатывать экскаваторами «обратная лопата», а при значительной их глубине – также и драглайнами.

8.1.2 На схему движения и размеры забоев оказывают влияние размеры котлована и основные рабочие параметры экскаватора (рисунок 8.1): оптимальный радиус копания (резания) R₀, составляющий 0,8…0,9 наибольшего радиуса копания R^max; максимально возможные высота и глубина копания ±H^max; наибольшие радиус и высота выгрузки грунта. Эти параметры указаны в сборнике ЕНиР Е2-1 и других справочниках по строительным машинам [3].

8.1.3 Грунт вначале разрабатывают на перемещение, как правило, в средней части (зоне) котлована (с проходками, параллельными длинной стороне котлована) с применением забоев лобового – шириной до 1,7R₀ или уширенного лобового – шириной до 2R₀, с движением по зигзагу (рисунок 8.2). При ширине этой части более 2R₀ целесообразно предусматривать ряд параллельных проходок вдоль длинной стороны: первую с применением лобового и последующих с применением боковых забоев. Разработанный грунт автосамосвалами или бульдозерами перемещают на специальную карту (см. подраздел 5.2).

8.1.4 Затем грунт разрабатывают боковыми забоями в отвалы, располагаемые вдоль длинных сторон котлована так, чтобы не создавать помех для выполнения последующих работ. В отвалы направляют и грунт «недобора».

8.1.5 Толщину «недобора» (таблица 8.1) при разработке грунта экскаваторами с гидравлическим приводом можно принимать h_нед = = 0,05…0,1* м. Объем «недобора», м³, для прямоугольного в плане котлована можно определить по формуле

V_нед=А ∙ Б ∙ h_нед, (8.1)

где А и Б – соответственно, ширина и длина котлована по дну, м.

Т а б л и ц а 8.1 – Допустимая величина недобора грунта

Рабочее оборудование экскаватора	Допустимый недобор грунта, см, при вместимости ковша экскаватора, м3
0,25…0,4	0,5…0,65	0,8…1,25	1,25…2,5
Прямая лопата Обратная лопата Драглайн				-

8.1.6 Ширину зон разработки в отвалы по верху и по низу при указанном выше котловане определяют по формуле (см. рисунок 8.2)

Ш_о = (V_зп – V_нед)/[ N_зо(H_к – h_нед) l_зо], (8.2)

где V_зп – объем засыпки пазух фундамента (см. таблицу 4.1), м³;

____________________________

*Со специальными средствами контроля и автоматизации (инфракрасными излучателями и др.)

N_зо – число зон котлована, разрабатываемых в отвалы, и число отвалов. При прямоугольном котловане N_зо = 2;

l_зо – длина зон котлована, разрабатываемых в отвалы и расчетная длина самих отвалов, определяемая как среднее арифметическое между длинами котлована понизу (Б) и поверху (Б_в), м;

H_к – глубина котлована, м.

Рисунок 8.1 – Профиль забоя обратной лопаты и рабочие параметры экскаватора 1 – отвал; 2 – зона «недобора»; 3 – зона разработки на перемещение; 4 – зона разработки в отвал Рисунок 8.2 – Поперечный профиль котлована с зонами разработки

1 – контуры опорной части экскаватора; 2, 3 – направление движения и стоянки экскаватора;   Рисунок 8.3 – Схема бокового забоя для определения его размеров

8.1.7 Ширину зоны проходки (проходок) с разработкой грунта на перемещение поверху Ш_тв, влияющие на схему движения экскаватора (см. рисунок 8.2), определяют по формуле

Ш_тв = А_в – 2Ш_о. (8.3)

8.1.8 Отвалы грунта с крутизной откосов 1:m₀ = 1:1 следует располагать не ближе 1 м от бровок котлована (берма должна быть шириной, Ш_б, не менее 1 м). Высоту отвалов h_о (при условии h_о ≤ ) можно определить по формуле

, (8.4)

где К_р – коэффициент первоначального разрыхления грунта (см. таблицу 3.2);

, – см. в формуле (8.2).

8.2 Выбор модели экскаватора «обратная лопата»

8.2.1 Рекомендуем выбирать модели экскаватора с гидравлическим приводом и максимальной глубиной копания большей, чем глубины котлованов на 0,5…1 м при связных и на 1…1,5 м при несвязных грунтах и с учетом наибольшей заполняемости ковшей (см. таблицу 5.1). При этом следует указывать в КП исполнения выбранных экскаваторов по вместимости ковшей, характеристикам стрел и рукоятей.

8.2.2 Окончательный выбор модели выполняют после проверки возможности работы «в отвалы» в боковом забое по главным условиям:

- возможности охвата работой с одной стоянки наиболее удаленных точек в зоне разработки (S) и выгрузки в отвал (Т), по рисунку 8.3;

- безопасности работы у бровки откоса.

8.2.3 Возможность охвата крайних точек забоя с отвалом может быть определена графически или по формуле

, (8.5)

где b₁ и b₂ – максимально допустимые расстояния от оси проходки экскаватора до точек резания (S) и отсыпки (Т) грунта (ось проходки по берме показана условно) ;

В – заложение откоса, м. В = (H_к – h_нед)m₀;

Ш_о – см. формулу (8.2);

Ш_б – см. п. 8.1.8;

b_о – ширина отвала, м. b_о = 2 h_о (см. п. 8.1.8).

Наибольшие величины b₁ и b₂ определяются по формулам

; (8.6)

, (8.7)

где R_n – наибольший радиус копания на уровне подошвы откоса, м;

l_пер – длина рабочей передвижки экскаватора, которую можно принимать по таблице 8.2, м;

R_в – наибольший радиус выгрузки на соответствующей высоте, м.

Т а б л и ц а 8.2 – Рекомендуемая величина шага передвижки экскаватора

Вид лопаты	Вместимость ковша экскаватора, м3
0,15	0,25	0,4	0,65	1,0	1,6
Прямая Обратная	1,1	1,1 1,3	1,3 1,4	1,5 1,55	1,75 1,75

8.2.4 При отсутствии графиков траектории режущей кромки ковша определенной модели «обратной лопаты», с достаточной степенью точности R_n можно определить с использованием графика на рисунке 8.4. Для этого следует рассчитать отношение глубины выемки (Н_к) к максимальной глубине копания грунта экскаватором выбранного исполнения и по нему определить отношение R_n/R^max = N_n, соответствующее вышеописанному условию. Тогда

R_n= R^max∙ N_n. (8.8)

Например, при глубине котлована Н_к=2 м, при планировании применения экскаватора Э-5015 с вместимостью ковша 0,5 м³ (-Н^max = 4,5 и R^max = =7,3 м) результаты определений следующие:

= 2/4,5 = 0,44. Тогда интервал N_n = 0,88…0,94. Принимаем с гарантией N_n = 0,88, при котором R_n = 7,3 ∙ 0,88 = 6,24 м.

8.2.5 Аналогично, с достаточной степенью точности можно определить и R_в с использованием графика на рисунке 8.5*. Для этого следует рассчитать отношение требуемой высоты выгрузки (Н_в) к R^max и по нему определить отношение Н_в/R^max=N_в, соответствующее вышеописанному условию. Тогда

Н_в=R^max ∙ N_в . (8.9)

Например, при требуемой высоте выгрузки по высоте отвала Н_в = 2,2 м (экскаватор Э-5015 с = 3,9 м), результаты определений следующие: Н_в/ R^max = 2,2/7,3 = 0,30. Интервал N_в = 0,67…0,71. Тогда, учитывая вместимость ковша менее 1 м³, принимаем с гарантией N_в = 0,67,

____________________________

*Графики на рисунках 8.4 и 8.5 построены по данным восьми исполнений экскаваторов: РС200-7 и ZX200 японского производства; ЕК220-06, ЕК270-05 и ЕК400-05 российского производства.

при котором R_в = 7,3 ∙ 0,67 = 4,89 м.*

8.2.6 Безопасность работы обеспечивается при условии

b₁ ≥ B + 1 + B_oK_o, (8.10)

где B – см. в формуле (8.5);

B_o – ширина опорного контура экскаватора, м, составляющая от 2,5…2,9 м до 3,0…3,9 м у экскаваторов с вместимостью ковшей, соответственно, от 0,4…1,0 м³ до 1,25…2,5 м³;

K_o – коэффициент, учитывающий положение бровки откоса относительно крайней точки опоры – Q; K_o = 0,5…0,7. **

8.2.7 Значительное превышение левой части формулы (8.5) над правой позволяет выгрузку грунта осуществлять на большем радиусе R_в’ (вместо R_в) в точку Т' (вместо Т), уменьшая угол поворота платформы экскаватора, или смещать ось его пути (см. рисунок 8.3).

8.2.8 Поперечное сечение части котлована, грунт из которой предназначен для перемещения на карту насыпи вначале лобовым, а затем боковым (боковыми) забоем (забоями), приведен на рисунке 8.6. Границы забоев (проходок) определяются рабочими параметрами экскаватора.

8.2.9 Расстояние b₁ определяют по формуле (8.6) с соблюдением условия по формуле (8.10), а b₃ в КП можно принимать до 0,85R₀. Расположение автосамосвала должно отвечать условиям:

- центр кузова должен располагаться по дуге радиуса не более R_в;

- между окружностью, описываемой хвостовой частью экскаватора,

и выступающими частями автосамосвала должен быть интервал шириной не менее 1 м;

- как и экскаватор, автосамосвал должен двигаться и устанавливаться на расстоянии не ближе 1 м от бровок выемок (за пределами призмы обрушения грунта).

1- ось первой проходки экскаватора;

2 - то же, последующих;

3 - линии контуров проходок.

Рисунок 8.6 – Схема для определения размеров боковых забоев при разработке грунта на перемещение

____________________________

* При погрузке грунта в автосамосвал высота выгрузки должна быть выше борта кузова не менее чем на 0,5…1 м.

** Для пневмоколесных экскаваторов следует принимать К_о ≥ 0,7 с учетом расположения выносных опор.

1, 2 – линии границ максимальных величин R_n / R^max .

Рисунок 8.4 – График для определения радиуса резания грунта экскаваторами «обратная лопата» у подошвы откосов, R_n

1, 1а – линии границ максимальных величин R_в / R^max для экскаваторов с вместимостью ковшей 0,8…1 м³ (R^max = 8,8…10,0 м); 2, 2а – то же, для экскаваторов с вместимостью ковшей 1,2…1,9 м³ (10,0..11,9 м).

Рисунок 8.5 – График для определения радиуса выгрузки грунта экскаваторами «обратная лопата», R_в