Землеройно-транспортные машины

Землеройно-транспортными(ЗТМ) называют строительные машины, отделяю­щие грунт от массива тяговым усилием с последующим его перемещением к месту от­сыпки собственным ходом. Основными рабочими операциями ЗТМ являются: послой­ная разработка грунта, его транспортировка и укладка в основание строительного объ­екта или отвал, а также планировка земляных поверхностей. В зависимости от вида рабочего органа различают ковшовые (скреперы) и отвальные (бульдозеры, автогрейдеры, грейдер-элеваторы) ЗТМ. Эти машины отличаются простотой конструкции, универсальностью и высокой производительностью. Их применяют в дорожном строительстве, при отрывке котлованов и каналов, возведении насыпей, планировке земляных поверх­ностей и на других работах.

Скреперамиразрабатывают грунты I и II категорий непосредственно, а грунты III и IV категории - после их предварительного разрыхления. С этой целью они часто ра­ботают в одном комплекте с бульдозерами-рыхлителями, используемыми также в каче­стве толкачей для повышения силы тяги скреперов (см. ниже). Скреперы не рекоменду­ется применять для разработки заболоченных, несвязных переувлажненных грунтов, а также грунтов с большими каменистыми включениями.

Р абочий цикл скрепера включает копание (отделение грунта от массива и запол­нение им ковша), транспортировку грунта в ковше к месту укладки, его отсыпку и воз­вращение машины на исходную позицию следующего рабочего цикла. Средняя даль­ность возки грунта скрепером колеблется от 0,3 до 2 ... 3 км при ковшах вместимостью соответственно от 5 до 46 м³. Удельный расход энергии - от 3,2 до 6 кВтч/м³.

Главным параметром скрепера является вместимость ковша, в соответствии с которой различают скреперы малой (до 4 м³), средней (5 ... 12 м³) и боль­шой (15 м³ и более) вместимос­ти. Скрепер состоит из тягача и рабочего оборудования, по спо­собу соединения которых разли­чают прицепные (рис. 7.33, а), полуприцепные (рис. 7.33, б) и самоходные (рис. 7.33, в) скреперы. У прицепных скреперов сила тяжести рабочего оборудования вместе с грун­том полностью передается на опорную поверхность через собственные ходовые устрой­ства, а полуприцепные скреперы часть этой нагрузки передают на тягач. Обычно при­цепные скреперы опираются на две ходовые оси. Существуют также одноосные при­цепные скреперы (рис. 7.33, г), у которых центр масс груженого скрепера расположен над ходовой осью.

Устройство и принцип ра­боты скрепера рассмотрим на примере его самоходной модели (рис. 7.34, а). Одноосный тягач 9 соединен с рабочим оборудовани­ем сцепным устройством 8 в виде двух цилиндрических шарниров, позволяющих тягачу поворачи­ваться и перекашиваться относи­тельно рабочего оборудования. Рабочее оборудование включает ковш 15, опирающийся задней частью на колеса 16, а передней соединенный упряжными шарни­рами 14 с боковыми брусьями 13тяговой рамы, которая своей передней балкой 7 опи­рается на тягач. Ковш ограничен днищем и боковыми стенками, а в задней части - вы­движной стенкой 2, перемещаемой при разгрузке ковша гидроцилиндрами 1. В перед­ней части ковш закрывается заслонкой 4 с помощью гидроцилиндров 3.Для разработки грунта переднюю заслонку приподнимают и, перемещаясь на ра­бочей скорости, гидроцилиндрами 5 опускают ковш, заглубляя его в грунт. При этом нижний обрез заслонки должен находиться примерно на уровне земли. После заполне­ния ковша его поднимают, закрывают заслонкой и на транспортной скорости перемеща­ют к месту разгрузки. Чаще скреперы используют для отсыпки грунта в насыпи, для че­го после выезда на насыпь ковш опускают, оставляя щель между ножами и поверхнос­тью передвижения, открывают заслонку и, передвигаясь на малой скорости, задней стенкой выталкивают грунт из ковша. При этом задние колеса, перекатываясь по свежеотсыпанному грунту, уплотняют его, Поворот тягача относительно ковша осуществля­ют с помощью гидроцилиндров 6, рабочие полости которых соединены по схеме (рис. 7.34, б), согласно которой поршневая полость каждого гидроцилиндра соединена со штоковой полостью другого гидроцилиндра. Рабочая жидкость поступает от насоса к гидроцилиндрам через гидрораспределитель 18, управляемый винтовой парой 17 от ру­левой колонки.

Б ульдозерыявляются землеройно-транспортными машинами с отвальным рабо­чим органом. Их основное назначение - послойная разработка грунта с последующим его перемещением перед отвалом по поверхности земли на небольшие расстояния (до 150 м). Бульдозеры применяют для снятия плодородного поверхностного слоя грунта при подготовке строительных площадок; перемещения грунта в зону действия одноков­шового экскаватора при погрузке его в транспортное средство или отвал; разработки не­глубоких каналов с транспортированием грунта в отвалы; зачистки пологих откосов; при сооружении насыпей из резервов; на планировочных работах при зачистке основа­ний под фундаменты зданий и сооружений и планировке площадей и трасс; устройстве и содержании в исправности подъездных дорог, устройстве въездов на насыпи и выез­дов из выемок; для разработки грунта на косогорах; при обратной засыпке траншей и пазух фундаментов; разравнивании грунта в отвалах; штабелировании и перемещении сыпучих материалов; подготовительных работах для валки отдельных деревьев, срезки кустарника, корчевки пней, удаления камней, расчистки поверхностей от мусора, снега; на вскрышных работах, а также в качестве толкачей скреперов. Эффективность работы бульдозера в значительной мере зависит от проходимости базового трактора и его тягово-сцепных свойств.

По номинальной силе тяги и мощности двигателей различают бульдозеры мало­габаритные с силой тяги до 25 кН и мощностью до 45 кВт, легкие - 25 ... 135 кН и 45 ... 120 кВт, средние - 135 ... 200 кН и 120 ... 150 кВт, тяжелые - 200 ... 300 кН и 150 ... 225 кВт и сверх-тяжелые - более 300 кН и 225 кВт.

Бульдозерные отвалы, как вспомогательное рабочее оборудова­ние, навешивают на пневмоколесные экскаваторы и другие машины для очистных и планировочных работ в _d составе рабочих процессов этих ма­шин.

Бульдозер (рис. 7.37, а) состоит из базового пневмоколесного или гу­сеничного трактора 8 и навесного ра­бочего оборудования в виде отвала 5 с цилиндрической рабочей поверхнос­тью и ножами 4 в его нижней части, соединенного с базовым трактором шарнирами 1 через два толкающих бруса 2 или универсальную раму 3 (рис. 7.37, в), и гидравлической систе­мы управления отвалом.

Отвал на толкающих брусьях (рис. 7.37, а и б) имеет боковые стенки и установ­лен режущей кромкой ножей перпендикулярно продольной оси машины. Наклон отва­ла в вертикальной плоскости регулируют раскосами 6 либо путем изменения их длины, либо положения места их крепления к отвалу или толкающим брусьям. Управляют от­валом при его переводе из транспортного положения в рабочее и наоборот одним (ма­логабаритные бульдозеры) или двумя гидроцилиндрами 7, питаемыми рабочей жидкос­тью от гидравлической системы базового трактора. Бульдозеры с таким отвалом, назы­ваемым неповоротным, используют в основном на послойной разработке грунтов. У не­которых моделей бульдозеров предусмотрена регулировка наклона отвала в вертикаль­ной плоскости (перекос) (рис. 7.37, г) гидроцилиндром, изменением длины одного рас­коса или места его крепления.

Автогрейдером(рис 7.41) называют землеройно-транспортную маши­ну на пневмоколесном ходу с отвальным рабочим органом, предназначенную для послойной разработки грунтов I и II ка­тегорий и планировки земляных поверх­ностей при строительстве и содержании автомобильных и железных дорог, аэро­дромов, при промышленном, граждан­ском, гидротехническом и ирригационном строительстве. С помощью авто­грейдеров профилируют и планируют поверхности при возведении насыпей высотой до 0,6 м, отрывают и очищают кюветы и канавы треугольного и трапе­цеидального профилей, сооружают корыта для дорожных оснований, перемешивают и разравнивают грунт, щебень, гравий и вяжущие материалы, а также разрушают дорож­ные покрытия при ремонте дорог, расчищают от снега дороги и площади.В зависимости от массы машины и мощности силовой установки автогрейдеры разделяют на легкие (массой до 9 т и мощностью до 50 кВт), средние (до 13 т, до 75 кВт), тяжелые (до 19 т, до 150 кВт) и особо тяжелые (более 19 т, более 150 кВт). По кон­структивному исполнению ходовых устройств они бывают двухосными и трехосными.. По управлению рабочим органом различают автогрейдеры с механиче­ской (обычно легкие автогрейдеры) и гидромеханической системами привода.

Виды свай

Сваи используют для устройства фундаментов под различные здания и сооружения, повышения несущей способности слабых грунтов и укрепления стенок котлована от обрушения.

Классификация свай:

- по характеру работы в грунте:сваи-стойки, опирающиеся на несжимаемые грунты, и висячие, заглубленные в сжимаемые грунты.

- по материалу - железобетонные, бетонные, деревянные, стальные.

- по виду армирования ж/б свай - с напрягаемой и ненапрягаемой продольной арматурой, с поперечным армированием и без него.

- по конструкции - квадратные, прямоугольные, многоугольные, круглые, с уширением и без него, цельные и составные, призматические и конические, пустотелые, сплошного сечения, винтовые сваи-колонны.

- по методам устройства свайных фундаментов -погружаемые и набивные. Погружаемые изготовляют на поверхности земли и затем погружают в грунт в вертикальном или наклоном положении.Набивные сваи устраивают в самом грунте.

Свайные фундаменты, состоящие из нескольких свай, образующих общую группу, наз. свайным кустом, а плиту, которая их соединяет - ростверком.

По способу заглубления в грунт различают следующие виды свай:

- забивные железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью;

- сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые частично или полностью бетонной смесью;

- набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;

- буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;

- винтовые.

По условиям взаимодействия с грунтом сваи следует подразделять на сваи-стойки и висячие. К сваям-стойкамнадлежит относить сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, на малосжимаемые грунты.

К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации более 50000 кПа. Силы сопротивления грунтов, за исключением отрицательных (негативных) сил трения на боковой поверхности свай-стоек, в расчетах их несущей способности по грунту основания на сжимающую нагрузку не должны учитываться.

К висячим сваям следует относить сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом.

Отрицательными (негативными) силами трения называются силы, возникающие на боковой поверхности сваи при осадке околосвайного грунта и направленные вертикально вниз.

Забивные железобетонные сваи размером поперечного сечения до 0,8 м и сваи-оболочки диаметром 1 м и более следует подразделяют:

- по способу армирования - на сваи и сваи-оболочки с ненапрягаемой продольной арматурой с поперечным армированием и на предварительно напряженные со стержневой или проволочной продольной арматурой (из высокопрочной проволоки и арматурных канатов) с поперечным армированием и без него;

- по форме поперечного сечения - на сваи квадратные, прямоугольные, таврового и двутаврового сечений, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения;

- по форме продольного сечения - на призматические, цилиндрические и с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные);

- по конструктивным особенностям - на сваи цельные и составные (из отдельных секций);

- по конструкции нижнего конца - на сваи с заостренным или плоским нижним концом, с плоским или объемным уширением (булавовидные) и на полые сваи с закрытым или открытым нижним концом или с камуфлетной пятой.

Сваи забивные с камуфлетной пятой устраивают путем забивки полых свай круглого сечения в нижней части с закрытым стальным полым наконечником с последующим заполнением полости сваи и наконечника бетонной смесью и устройством с помощью взрыва камуфлетной пяты в пределах наконечника. В проектах свайных фундаментов с применением забивных свай с камуфлетной пятой следует предусматривать указания о соблюдении требований правил производства буровзрывных работ, в том числе при определении допускаемых расстояний от существующих зданий и сооружений до места взрыва.

Набивные сваи по способу устройства разделяются на:

- набивные, устраиваемые путем погружения инвентарных труб, нижний конец которых закрыт оставляемым в грунте башмаком или бетонной пробкой, с последующим извлечением этих труб по мере заполнения скважин бетонной смесью;

- набивные виброштампованные, устраиваемые в пробитых скважинах путем заполнения скважин жесткой бетонной смесью, уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным нижним концом и закрепленным на ней вибропогружателем;

- набивные в выштампованном ложе, устраиваемые путем выштамповки в грунте скважин пирамидальной или конусной формы с последующим заполнением их бетонной смесью.

Буровые сваи по способу устройства разделяются на:

- буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них, бетонируемые в скважинах, пробуренных в пылевато-глинистых грунтах выше уровня подземных вод без крепления стенок скважин, а в любых грунтах ниже уровня подземных вод - с закреплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными трубами;

- буронабивные полые круглого сечения, устраиваемые с применением многосекционного вибросердечника;

- буронабивные с уплотненным забоем, устраиваемым путем втрамбовывания в забой скважины щебня;

- буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнением скважин бетонной смесью;

- буроинъекционные диаметром 0,15-0,25 м, устраиваемые путем нагнетания (инъекции) мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора в пробуренные скважины;

- сваи-столбы, устраиваемые путем бурения скважин с уширением или без него, укладки в них омоноличивающего цементно-песчаного раствора и опускания в скважины цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения со сторонами или диаметром 0,8 м и более;

- буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от буронабивных свай с камуфлетной пятой тем, что после образования камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.

Обсадные трубы допускается оставлять в грунте только в случаях, когда исключена возможность применения других решений конструкции фундаментов (при устройстве буронабивных свай в пластах грунтов со скоростью фильтрационного потока более 200 м/сут., при применении буронабивных свай для закрепления действующих оползневых склонов и в других обоснованных случаях). При устройстве буронабивных свай в пылевато-глинистых грунтах для крепления стенок скважин допускается использовать избыточное давление воды.

Железобетонные и бетонные сваи проектируют из тяжелого бетона.Для забивных железобетонных свай с ненапрягаемой продольной арматурой, на которые отсутствуют государственные стандарты, а также для набивных и буровых свай необходимо предусматривать бетон класса не ниже В15, для забивных железобетонных свай с напрягаемой арматурой - не ниже В22,5.

Для коротких набивных и буровых свай (длиной менее 3,5 м) в обоснованных случаях допускается предусматривать применение тяжелого бетона класса не ниже В7,5.

Железобетонные ростверки свайных фундаментов для всех зданий и сооружений, кроме опор, мостов, гидротехнических сооружений и больших переходов воздушных линий электропередачи, проектируют из тяжелого бетона класса, не ниже: для сборных ростверков - В15, «монолитных» - В12,5.

Для опор больших переходов воздушных линий электропередачи класс бетона сборных и монолитных ростверков следует принимать В22,5 и В15 соответственно.

Для опор мостов класс бетона свай и свайных ростверков следует назначать в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84, для гидротехнических сооружений - СНиП 2.06.06-85.

Бетон для замоноличивания железобетонных колонн в стаканах свайных ростверков, а также оголовков свай при сборных ленточных ростверках следует предусматривать в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84, предъявляемыми к бетону для заделки стыков сборных конструкций, но не ниже класса В12,5.

При проектировании мостов и гидротехнических сооружений класс бетона для замоноличивания сборных элементов свайных фундаментов должен быть на ступень выше по сравнению с классом бетона соединяемых сборных элементов.

Марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости свай и свайных ростверков следует назначать, руководствуясь требованиями ГОСТ 19804.0-78, СНиП 2.03.01-84, для мостов и гидротехнических сооружений - соответственно СНиП 2.05.03-84 и СНиП 2.06.06-85.

Деревянные сваи должны быть изготовлены из бревен хвойных пород (сосны, ели, лиственницы, пихты) диаметром 22-34 см и длиной 6,5 и 8,5 м, соответствующих требованиям ГОСТ 9463-72. Бревна для изготовления свай должны быть очищены от коры, наростов и сучьев. Естественная коничность (сбег) бревен сохраняется. Размеры поперечного сечения, длина и конструкция пакетных свай принимаются по результатам расчета и в соответствии с особенностями проектируемого объекта.

Возможность применения для деревянных свай бревен длиной более 8,5 м допускается только по согласованию с предприятием - изготовителем свай.

Стыки бревен или брусьев в стыкованных по длине деревянных сваях и в пакетных сваях осуществляются впритык с перекрытием металлическими накладками или патрубками. Стыки в пакетных сваях должны быть расположены в разбежку на расстоянии один от другого не менее 1,5 м.