Технологические процессы разработки грунта

1.

Тема 2.1
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ
РАЗРАБОТКИ
ГРУНТА

2.

Вопрос 1. Виды земляных сооружений.
Способы переработки грунта.
Виды процессов переработки грунта:
O планировка площадки,
O рыхление твердых или мерзлых грунтов,
O заглубление фундаментов,
O обратная засыпка,
O устройство земляных сооружений.

3.

Земляные сооружения:
O Постоянные (после строительства
эксплуатируются: каналы, дороги и т.д.);
O Временные (после окончания строительных
работ ликвидируются: котлованы под
фундаменты, траншеи под трубопроводы и
т.д.);
O Вспомогательные (кюветы, водоотводные
канавы).

4.

Способы разработки грунта:
O Механический способ разработки
заключается в отделении грунта от массива
резанием с помощью землеройных или
землеройно-транспортных машин.
O Гидромеханический способ основан на
размывании твердого грунта водяной струей
или всасывании разжиженного грунта.
O Взрывным способом в основном
разрабатывают фунты, находящиеся за
городом. Для этого в земляном массиве бурят
скважины, в которые закладываются
взрывчатые вещества (ВВ).

5.

Вопрос 2. Классификация и основные
строительные свойства грунтов.
O По своему строению грунты можно
подразделить на сцементированные
(или скальные) и несцементированные.
O В зависимости от содержания
глинистых частиц глину называют
тощей или жирной, в зависимости от
трудоемкости разработки — легкой или
тяжелой. Особо трудоемкая для
разработки глина называется ломовой.

6.

Основные свойства грунтов:
O Плотностью называется масса 1 м3 грунта в
естественном состоянии (в плотном теле). Плотность
несцементированных грунтов 1,2...2,1 т/м3, скальных — до
3,3 т/м3.
O Влажность характеризуется степенью насыщения грунта
водой и определяется отношением массы воды в грунте к
массе твердых частиц грунта, выражается в процентах.
При влажности более 30 % грунты считаются мокрыми, а
при влажность до 5 % — сухими. Чем выше влажность
грунта, тем больше трудоемкость его разработки.
Исключение составляет глина. Однако при значительной
влажности у глинистых грунтов появляется липкость,
которая усложняет их разработку.
O Сцепление — сопротивление сдвигу, для песчаных грунтов
составляет 3...50 кПа, для глинистых — 50...300 кПа.

7.

O При разработке вручную грунты
подразделяют на семь групп. Как
при механизированной, так и при
ручной разработке в состав
первой группы входят легко
разрабатываемые грунты, а
последней — самые трудно
разрабатываемые.

8.

O Грунт при разработке разрыхляется и увеличивается в
объеме. Это явление, называемое первоначальным
разрыхлением грунта, характеризуется
коэффициентом первоначального разрыхления Кр,
который представляет собой отношение объема
разрыхленного грунта к объему в естественном
состоянии. Уложенный в насыпь разрыхленный грунт
уплотняется под влиянием массы вышележащих
слоев фунта или механического уплотнения,
движения транспорта, смачивания дождем и т.д.
O Однако грунт значительное время не занимает того
объема, который он занимал до разработки, сохраняя
остаточное разрыхление, показателем которого
является коэффициент остаточного разрыхления
грунта Ко.р.

9.

10.

O Водоудерживающая способность или
сопротивляемость грунта проникновению воды
очень высока у глинистых грунтов и низка у
песчаных. По этой причине песчаные грунты
называются дренирующими, т.е. хорошо
пропускающими воду, а глинистые грунты —
недренирующими.
O Дренирующая способность грунтов
характеризуется коэффициентом фильтрации
К=1...150 м/сут.

11.

Вопрос 3. Виды подготовительных и
вспомогательных работ.
O Строительство новых, расширение и реконструкция
существующих зданий и сооружений допускаются
только после выполнения внешне- и
внутриплощадочных работ.
К внешнеплощадочным работам относятся:
O создание (при необходимости) материальнотехнической базы (карьеров, заводов,
бетонорастворных узлов, автотранспортных
хозяйств, центральных складов и т.п.);
O обеспечение строительства временной жилой
площадью;
O подводка к строительной площадке дорог и
коммуникаций.

12.

К внутриплощадочным работам относятся:
O ограждение участка строительства;
O расчистка и осушение территории, снос
строений;
O создание опорной геодезической сети;
O устройство внутрипостроечных дорог и
коммуникаций, перетрассировка мешающих
инженерных сетей;
O устройство временных бытовых, складских,
культурно-административных помещений.

13.

Весь комплекс работ, называемый земляными
состоит
из
основных,
подготовительных
и
вспомогательных процессов.
Подготовительные процессы, выполняемые до начала
основного процесса:
O снятие растительного слоя;
O разбивка плановых сетей, установка временных и
постоянных геодезических знаков;
O рыхление плотных грунтов для разработки их землеройными
машинами.
К вспомогательным процессам, выполняемым как до, так и
в процессе возведения земляных сооружений, относятся:
O водоотлив, понижение уровня грунтовых вод и создание
водонепроницаемых экранов;
O искусственное закрепление грунтов различными средствами;
O временное крепление откосов выемок и устройство
постоянной одежды откосов насыпей и выемок.

14.

O Рыхление грунтов. Землеройные и землеройно-
транспортные машины могут разрабатывать лишь грунты
определенных групп. Например, одноковшовые
экскаваторы в состоянии без предварительной подготовки
разрабатывать грунты I... IV групп.
O Взрывание грунтов. Взрывание применяют, используя
взрывчатые вещества (ВВ) и средства взрывания. Можно
ВВ укладывать на поверхность грунта (наружные заряды),
но в большинстве случаев в фунте пробуривают отверстия
— шпуры или нарезают щели, в которые закладывают
заряды ВВ.
O Механическое рыхление. Это рыхление осуществляют
за счет динамического или статического воздействия на
слои грунта толщиной до 1 м. К динамическому
воздействию прибегают при необходимости рыхления
мерзлых и других высокопрочных грунтов. Различают
рыхление раскалыванием и сколом.

15.

Рыхление грунта динамическим воздействием:
O а — молотом
свободного падения;
O б, в — дизель-молотом
и гидромолотом;
O г, д —разработка
грунта на глубину 1-го
и 2-го ярусов;
O 1 — молот; 2—
экскаватор;
O 3 —разрыхляемый слой
грунта; 4 —
направляющая штанга;
O 5 — дизель-молот; 6 —
гидромолот; 7—
отбойный молоток

16.

Вопрос 4. Водоотлив и понижение
уровня грунтовых вод.
O Открытый водоотлив используют в глинистых и песчаных
пылеватых грунтах с коэффициентом фильтрации менее 1
м/сут. Применение его ограничено из-за того, что в выемке
практически всегда присутствует вода, усложняющая
производство работ и нарушающая устойчивость грунтового
массива.
O Искусственное понижение уровня грунтовых вод является
более совершенным, но и более сложным методом борьбы с
их притоком в выемку. Понижение уровня грунтовых вод
обеспечивают путем непрерывной откачки из специальных
скважин, оканчивающихся ниже дна выемки.
O В грунтах с высоким коэффициентом фильтрации (более 2
м/сут) можно понизить уровень грунтовых вод: легкими
иглофильтровыми установками; эжекторными
иглофильтрами; водо-понижающими скважинами,
оборудованными глубинными насосами; скважинами,
сбрасывающими воду в нижележащие поглощающие слои
или в специальные выработки, и др.

17.

Вопрос 5. Искусственное укрепление
слабых грунтов.
O При строительстве зданий на основаниях, не
способных в естественном состоянии обеспечить
требуемую прочность, устойчивость,
водонепроницаемость, производят их искусственное
укрепление различными физико-химическими
способами:
O нагнетанием (инъекцированием) затвердевающих
или вступающих в химическую реакцию с частицами
грунта реагентов;
O тепловой или электрической обработкой грунтового
массива;
O механическим воздействием в целях уплотнения
грунта;
O комбинацией этих способов (например,
электрохимической обработкой).

18.

O Химический способ (силикатизация) применяется
при закреплении песчаных грунтов. Используется
следующая технологическая схема выполнения
процесса:
в грунт погружаются металлические трубы,
имеющие перфорированные отверстия для
нагнетания раствора;
под давлением 0,5... 1,5 МПа в трубы нагнетается
смесь жидкого стекла. Погружение инъекторов и
нагнетание закрепляющих реагентов производится
в шахматном порядке.
O При закреплении мелких песков в грунт нагнетается
раствор карбомидной смолы и соляной кислоты.
Процесс нагнетания в этом случае носит название
смолизация — после превращения частиц песка в
камневидную массу скважины тампонируются (закупориваются) глиной или местным перемятым
грунтом.

19.

O Термический обжиг применяют для
закрепления суглинистых грунтов. Используется
следующая схема:
на всю глубину закрепления грунта
пробуриваются скважины;
в скважине сжигается топливо. Под
воздействием раскаленных газов, имеющих
температуру до 1100 0С, вокруг скважины
образуется столб обожженного грунта
диаметром до 8 м и прочностью до 1 МПа.
Таким способом можно укрепить грунт на
глубину до 15 м.

20.

O Электрическим способом закрепляют
влажные глинистые грунты. Способ заключается
в использовании электроосмоса, для чего через
грунт пропускают постоянный электрический ток
с напряженностью поля 0,5... 1,0 В/см и
плотностью 1 ...5 А/м2. При этом глина
осушается, уплотняется и теряет способность к
пучению.
O Электрохимический способ отличается от
электрического тем, что одновременно с
электрическим воздействием в грунт вводят
растворы химических добавок, увеличивающие
проводимость тока. Интенсивность процесса
закрепления грунта возрастает.

21.

O Цементация и битумизация заключаются в
инъекцировании в грунт цементных растворов
или разогретых битумов. Эти способы
применяют для пористых грунтов с высоким
коэффициентом фильтрации, а также
трещиноватых скальных пород.
O Механический способ укрепления грунтов
имеет следующие разновидности:
поверхностное уплотнение укаткой,
трамбованием или вибрированием и глубинное
уплотнение за счет устройства грунтовых свай,
песчаных дрен, грунтовых подушек.

22.

Трамбование грунта
Уплотнения грунтов:
а — навесными трамбовками; б — трамбующими машинами;
в — самoneредвигающимися виброплитами; г — пневмотрамбовками

23.

Вопрос 6. Технические средства для
механической разработки грунта и
области их применения.
O При разработке грунта в качестве ведущих
машин обычно принимаются одноковшовые
экскаваторы, оборудованные сменными
ковшами: обратная лопата, прямая лопата,
драглайн, грейфер, планировочным и
погрузочным ковшом, а также экскаваторы
непрерывного действия.

24.

O Рабочую зону экскаватора, включая место стоянки
транспортных средств, называют забоем,
перемещение экскаватора при разработке грунта —
проходкой. Значение перемещения экскаватора при
смене места стоянки называется длиной
передвижки.
O Рабочий цикл экскаватора имеет пять основных
операций: набор грунта, перемещение, разгрузка
ковша в отвал или транспортное средство, обратный
поворот, опускание ковша для последующего набора
грунта. Для уменьшения времени цикла экскаваторщики при погрузке грунта в транспортное
средство обычно совмещают четвертую и пятую
операции, при отсыпке грунта в отвал — вторую и
третью.

25.

Рекомендации по применению одноковшовых экскаваторов,
выявленные в результате практического опыта, рассмотрим на
основании схем, приведенных на рис.:
Схемы работы
экскаваторов
циклического действия,
оборудованных:
O а, б— обратной и
прямой лопатами;
O в, г — ковшами
«драглайн» и
«грейфер»;
O д, е — планировочным и
погрузочным ковшами

26.

У экскаваторов непрерывного действия (см. рис. ) все операции по резанию, транспортированию и разгрузке грунта выполняются одновременно и непрерывно и применяются при
достаточно большом объеме земляных работ.
Схемы работы
экскаваторов
непрерывного действия:
O а, б— продольного
копания ценного и
роторного:
O в — поперечного копания;
O г, д —плужно- и
шнекороторного;
O е — роторного
стрелового;
O 1, 2 — рабочие органы
цепной и роторный;
O 3 — транспортер; 4 —
плужный отвал; 5 —
шнек

27.

Вопрос 7. Разработка грунта землеройнотранспортными машинами.
O Землеройно-
транспортные
машины (скреперы,
бульдозеры,
грейдеры) за один
цикл разрабатывают
грунт, перемещают
Скреперы: а — прицепной;
его, разгружают в
б — полуприцепной;
насыпь и
в — самоходный
возвращаются в
забой

28.

Рабочий цикл скрепера состоит из
последовательно повторяющихся операций:
O порожний ход — ковш поднят, заслонка
закрывает ковш;
O загрузка ковша — ковш опущен, заслонка
поднята, ножи врезаются и срезают стружку
грунта толщиной до 0,35 м;
O груженый ход — ковш поднят в транспортное
положение, заслонка опущена и удерживает грунт
в ковше, исключая его высыпание;
O разгрузка ковша — заслонка поднята, ковш
приспущен, грунт выталкивается из ковша
разгрузочным устройством.

29.

O Бульдозеры предназначены для послойного
копания и перемещения грунтов к месту отсыпки, а
также могут использоваться для разработки выемок
глубиной до 1,5 м.
O Бульдозеры используют для обратной засыпки, при
вспомогательных и подготовительных работах, для
штабелирования сыпучих материалов и их подачи к
перерабатывающим агрегатам, для вскрышных
работ, в качестве толкачей скреперов и т.п.
O Работоспособность бульдозера определяется
проходимостью базового трактора по грунтовым
поверхностям с развитием необходимого для
работы отвала тягового усилия.

30.

Грейдеры
предназначены
для
планировочных
и
профилировочных работ при строительстве дорог,
аэродромов и других линейных и площадных объектов.
O Схемы работы и
агрерирования
грейдерэлеваторов:
O а, б— сооружение
дорожной насыпи и
канала;
O в, г —
полуприцепной и
навесной грейдерэлеваторы;
O 1 — транспортер;
2— плуг

31.

Вопрос 8. Переработка грунта
гидромеханическим способом.
O Выполнение гидромеханического процесса основано
на свойстве быстротекущей воды размывать грунт и
нести его частицы во взвешенном состоянии до тех
пор, пока скорость воды не уменьшится до величины,
при которой частицы грунта оседают на дно (0,3...0,03
м/с). Транспортирование гидросмеси в отведенные
для этой цели места (карты намыва) осуществляется
по напорным трубам, а также самотеком по лоткам
или канавам.
O Гидромеханическую разработку грунта осуществляют
тремя способами: безнапорным размывом,
гидромониторным размывом и землесосной
разработкой.

32.

O Применение безнапорного размыва основано на
подводе к карьеру стекающего с более высоких
мест потока воды со скоростью, достаточной для
размыва, в результате чего частицы грунта
отрываются и вместе с водой перемещаются по
уклону к месту укладки. Необходимо, чтобы
скорость движения потока воды была больше
размывающей скорости для данного грунта.
O Способ довольно эффективен для легких
грунтов и экономичнее других способов, но
применение его ограничено, так как требуются
особо благоприятные условия для применения.

33.

O При мониторном размыве грунт в надводном
забое разрушают гидромонитором, который
представляет собой стальной ствол с насадкой и
коленами, обеспечивающими вращение ствола в
вертикальной и горизонтальной плоскостях для
направления водяной струи. Гидромониторы
монтируют на рамах, позволяющих перемещать
их в забое. Вода поступает к гидромониторам по
трубопроводу под значительным давлением
(2,5... 15,0 МПа).

34.

Вопрос 9. Бестраншейная
разработка грунта.
O При прокладке подземных коммуникаций в густо
застроенных местах, а также в местах
пересечения дорог, при глубоком заложении
трубопроводов и тоннелей применяют
бестраншейные подземные (закрытые) способы
работ, основными из которых являются:
щитовая проходка, прокол, продавливание,
горизонтальное бурение. Направление
проходки контролируется лазерным лучом.

35.

O Щитовая проходка часто осуществляется на зна-
чительной глубине механизированным или ручным
способом под защитой стальной, открытой с торцов
оболочки (щита), размеры которой равны сечению
подземной выработки (штольни).
O В передней верхней части щит имеет козырек,
защищающий забой от обвалов. Козырек продвигается
вперед под действием домкратов, упирающихся по
периметру щита в торец обделки, укладываемой сзади из
отдельных бетонных, керамических или чугунных блоковтюбингов с помощью специального механизма .
O Продвижение щита производится после разработки и
удаления грунта из забоя и установки следующего кольца
обделки. В зазор между породой и установленными
элементами обделки после продвижения щита через
отверстия в тюбингах нагнетается цементно-песчаный
раствор или пресс-бетонная смесь.

36.

O Способ прокола заключается в образовании в грунте
отверстий за счет вдавливания в него трубы с
коническим наконечником. Основное преимущество
этого способа — внутрь трубы не попадают грунт и
вода. В хорошо сжимаемых грунтах таким способом
можно получать отверстия диаметром до 500 мм.
Длина скважины при проколе может достигать 35...60
м.
O С помощью специальной конической насадки можно
организовать гидропрокол легкоразмываемого грунта
за счет использования энергии водяной струи,
выходящей под давлением 2,5...5,0 МПа. При
проходке в песчаных грунтах за счет использования
дополнительных вибрационных воздействий на трубу
можно осуществить вибропрокол, что существенно
уменьшает силу трения при проколе в связи со
снижением прочности связей между частицами
грунта.

37.

O Вдавливание труб диаметром до 1 800 мм, длиной
до 80 м производят с помощью домкратов. В
грунтовый массив вдавливают трубу с открытым
концом; грунт, попадающий в трубу, разрабатывают
и удаляют челноками, ковшами или желонками, с
помощью шнековой установки, а также вручную или
размывом с последующей откачкой пульпы. Иногда
продавливаемые трубы служат фильтрами
(футлярами) для основных трубопроводов.
O Одним из способов устройства горизонтальных
скважин является применение специальных
пневмопробойников. Пневмопробойник
представляет собой самодвижущуюся
пневматическую машину ударного действия.

38.

O С помощью
пневмопробойников
типа «Крот» в грунте
устраивают скважины
диаметром 63...300 мм,
длиной до 50 м.
O Пневмопробойник
может продвигаться в
грунте со скоростью до
80 м/ч.
O Имеются конструкции
реверсивных
пневмопробойников,
которые могут выходить
из пробитой скважины
обратным ходом.