Гидромеханизированные способы возведения насыпи

Гидромеханизация представляет собой непрерывный технологический комплекс механизированных процессов и технологических приемов земляных работ, связанных с разработкой грунтов, их транспортированием и укладкой в тело сооружений, в отвал или штабеля гидравлическими методами. Применение гидромеханизации возможно при любых нескальных грунтах в пределах экономической целесообразности.

В дорожном строительстве гидромеханизация особенно эффективна при крупных и концентрированных объемах земляных работ (более 200 тыс. м3) для намыва в штабеля грунта, предназначенного для возведения насыпей, для выполнения крупных объемов земляных работ, при намыве подходов к строящимся крупным мостам, при сооружении дамб.

При гидромеханизарованных работах для сооружения земляного полотна применяется преимущественно разработка грунта в водоемах землесосными снарядами с гидротранспортом пульпы к месту намыва на расстояние до 2 км. Гидротранспорт на большие расстояния, как правило, требует дополнительной станции для перекачки пульпы, что существенно увеличивает стоимость работ.

Гидромониторная разработка грунта. Гидромонитор предназначен для превращения статического напора подводимой к нему воды в скоростной напор струи, истекающей из насадки, и для управления струей в процессе разработки грунта.

Процесс разрушения грунта гидромонитором происходит в результате потери частицами сцепления при динамическом воздействии струи в момент удара, а также проникновения воды по порам и трещинам в размываемую толщу.

Воду под давлением подводят к гидромонитору от насосной станции. Необходимый напор и расход воды принимают в зависимости от плотности, гранулометрического состава грунта и местных условий. Расход воды, м3, на 1 м3 добываемого грунта; пылеватые пески — 4...6; супеси — 4...10; суглинки — 10...16; глины — 12...18; жирные глины — 14...20.

Процесс управления гидромонитором и сменой насадок может быть автоматизированным, а управление — дистанционным, что позволяет максимально приблизить гидромонитор к забою и повысить эффективность разрушения грунта. Для самотечного транспортирования грунта канавам и лоткам придают уклоны, обеспечивающие такую скорость движения пульпы, при которой частицы грунта, перемещаясь во взвешенном состоянии, не будут оседать на дно.

Гидромонитор (рис. 5.22) состоит из двух колен (нижнего и верхнего), ствола, насадки и шарниров поворота ствола в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Насадки окончательно формируют компактность струи воды, вылетающей из ствола гидромонитора. Изготавливают их из чугуна или стали; внутреннюю поверхность тщательно обрабатывают.

Соединение верхнего колена со стволом гидромонитора осуществляется с помощью шарового шарнира, закрепляемого двумя чугунными цапфами, что делает возможным поворот ствола в горизонтальной плоскости на 360°.

Для уменьшения числа передвижек гидромонитора с разборкой водовода нижнее колено гидромонитора присоединяют к напорному водоводу с использованием телескопической трубы (рис. 5.23).

На стволе гидромонитора с ручным управлением имеются две стойки для крепления рычага управления, называемого водилом. Усилие для поворота ствола на должно превышать 10 кг.

Современные гидромониторы, используемые в строительстве, классифицируются:

• по способу управления — на ручное и дистанционное;

• по способу передвижения — на самоходные и несамоходные;

• по создаваемому напору — на гидромониторы низкого давления (до 15 атм.); среднего давления (от 15 до 50 атм.) и высокого давления (более 50 атм.);

• по расположению к забою — на гидромониторы, располагаемые на безопасном расстоянии, и гидромониторы ближнего боя.

Гидромониторный размыв грунта осуществляется по двум технологическим схемам: с размывом грунта в целике или после предварительного рыхления. Несвязные и малосвязные грунты (пески, супеси, легкие суглинки, песчаные глины) размываются в целике, остальные — после предварительного рыхления. Размыв грунта в целике можно производить тремя способами; встречным, попутным и попутно-встречным забоем.

При встречном забое направления струи воды и потока пульпы не совпадают (рис. 5.24, 5.25). Гидромонитор располагается на подошве забоя, и грунт размывается выше подошвы.

При попутном забое направления струи и пульпы совпадают. Гидромонитор располагается на верхней площадке.

Попутно-встречный забой применяется при размыве крупных песков и песчано-гравелистых грунтов, когда требуется частая подгонка грунта.

Землесосная разработка грунта. Для перемещения пульпы по трубам под напором применяются землесосы и гидроэлеваторы. Землесос — одноступенчатый центробежный насос одностороннего всасывания специальной конструкции, приспособленный для перекачки воды с грунтом.

Землесос, оборудованный рыхлителем, может разрабатывать грунт под водой. Землесос с приводом и необходимым оборудованием представляет собой передвижной или плавучий земснаряд.

Опыт показывает, что несвязные грунты лучше разрабатывать фрезами закрытой формы (митрообразной формы), а для разработки связных грунтов использовать фрезы открытой формы.

Применяются два способа намыва насыпей; эстакадный и безэстакадный. Эстакадный способ используется для намыва сооружений из тонко- и мелкозернистых песков. Гидросмесь выпускается на намываемую поверхность из выпусков распределительного пульповода, уложенного на эстакадах (рис. 5.26). Обычно эстакады изготавливаются из бревен диаметром 20...22 см и длиной 6,5 м. Отверстия для выпуска пульпы диаметром 150...200 мм размещаются на распределительном пульповоде через 6...8 м друг от друга; интенсивность вытекания гидросмеси (пульпы) регулируется шиберными задвижками.

Достоинствами эстакадного способа являются: равномерность распределения потока смеси, возможность регулировки интенсивности намыва и равномерного осаждения мелких фракций грунта. Песчаные насыпи, устраиваемые гидронамывом, не требуют дополнительного уплотнения.

При безэстакадном способе с односторонним или двусторонним расположением пульповодов на оси намываемой части насыпи устраивают один или два дренажных колодца с горизонтальными водосбросами внизу. Намыв производят слоями от 0,2 до 2,5 м (в зависимости от вида намываемого грунта). Намываемая насыпь размечается на отдельные участки (карты) с дренажными колодцами и водосбросными трубами.

Распределительный пульповод укладывается по намываемому грунту, и гидросмесь выпускается сосредоточенно из торца конечной трубы. Трубы распределительного пульповода соединяются быстро-разъемными соединениями.

Наращивание или укорачивание распределительного пульповода производится после образования у торца трубы слоя намыва требуемой толщины и осуществляется при помощи крана с уширенными гусеницами.

Контроль за технологией намыва обеспечивает правильность прокладки распределительных пульповодов, подачу пульпы в соответствии со схемой намыва и принятой его интенсивности. Основными физико-механическими характеристиками намытого грунта являются его гранулометрический состав и плотность скелета, при намыве равная обычно от 1,53 до 1,55 г/см3. Гранулометрический состав намытого песка определяется в соответствии с раскладкой его по крупности в продольном и поперечном профилях намытого земляного полотна, а плотность — путем отбора образцов песка ненарушенной структуры режущими кольцами или проведения зондировочных испытаний.

Контроль технологии намыва включает в себя наблюдения за расходом и консистенцией пульпы в месте выпуска и правильном распределением ее по карте намыва (не должно быть сосредоточенных потоков, промоин и застойных зон).

Спустя 2...3 сут после намыва каждого яруса берут пробу грунта через 0,2...0,3 м по вертикали, для чего устраивают шурфы.

Для определения прочности грунта на месте без отбора проб целесообразно использовать метод пенетрации, сущность которого состоит в погружении конуса в грунт под нагрузкой. Пенетрацию следует производить при нескольких ступенях нагрузки (обычно 4...6) в пределах 0,2...1,2 H — сразу после намыва; 3...27 H — для консолидированного грунта.

Рассматривая гидромеханизированные работы, можно отметить следующие основные факторы, отрицательно влияющие на состояние водоемов:

• при работе земляного снаряда в рабочем водоеме увеличивается мутность воды;

• на работающем землесосном снаряде имеются источники загрязнения водоема смазочными материалами;

• при укладке грунта разрабатываемыми землесосными снарядами на карты намыва сбрасываемая вода содержит большое количество глинистых, илистых или пылеватых взвешенных частиц, которые вызывают нежелательное загрязнение водоема;

• образование грунтовых отложений на дне водоема в местах сброса осветленной воды нарушает его естественное состояние в плане и профиле, что отражается на фауне и флоре.

Безопасное использование средств гидромеханизации обеспечивается при соблюдении следующих правил:

• территория размыва в населенном месте должна быть надежно ограждена, чтобы посторонние лица не находились в зоне действия гидромониторов;

• к работе с гидромониторами и на землесосных снарядах допускаются рабочие, прошедшие обучение и сдавшие экзамен по установленной профамме;

• если по участку, подлежащему размыву, проходит линия электропередачи, то ее следует заранее перенести;

• запрещается производить любые работы в районе действия струи гидромонитора без прекращения подачи воды;

• насадку гидромонитора разрешается заменять только после отключения подачи воды;

• ствол гидромонитора, соединенного с водоводом, при прекращении подачи воды должен быть повернут в безопасное напраааение;

• эстакады строятся только по проектам, их прочность обосновывается расчетом.

При разработке грунта средствами гидромеханизации причинами несчастных случаев могут быть:

• обвал грунта в забое;

• удар струи из гидромонитора;

• поражение электрическим током;

• неправильное обращение с машинами.