Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами. Способы разработки грунта Выбор транспортных средств

Статья раскрывает основные вопросы эксплуатации одноковшовой техники: особенности работы, обустройство рабочей зоны, выбор модели, соответствующей разрабатываемому участку. Рассмотрены разновидности одноковшовых экскаваторов, применяемых для грунтов от I до IV категории.

Принципы и основные аспекты осуществления работ при разрабатывании грунта одноковшовыми экскаваторами.

Экскаваторы являются преобладающей техников в проведении гидромелиоративных и общестроительных манипуляций. занимает 45% общей массы грунтово-экскаваторных работ. Данный тип машин применяется при проведении большинства видов деятельности: отделки бортов, выравнивании дна выработок, уплотнении земляного слоя, удалении рыхлых и смерзшихся слоев. Правильно подобрать тип эксплуатируемой техники поможет знание основополагающих моментов процесса разработки и учет типа разрабатываемой поверхности.

Устройство, техническое оборудование и процесс работы.

Одноковшовый экскаватор – разновидность техники, рассчитанной на выполнение разнообразных земляных и общестроительных манипуляций. Производственный цикл состоит из шести стадий:

• Резка грунтового слоя и наполнение ковшовой части.
• Подъем заполненного ковша для беспрепятственного подведения к месту высыпки.
• Подъем стрелы к площадке выгрузки. Иногда вращение стрелы сочетается с подъемом ковша.
• Высыпка срезанной породы в самосвалы или отвалы.
• Обратный разворот к месту резки.
• Подача ковшовой части для срезки материала.

Передвижение одноковшовой техники осуществляется за счет использования нескольких типов ходового оборудования:

• Гусеничное. Данный тип обеспечивает повышенную проходимость, применяется для проведения работ в сложных условиях рельефа.
• Пневмоколесное.
• Шагающее. За счет небольшой массы снижает давление, оказываемое на поверхность, повышает устойчивость.
• Рельсово-шагающее. Повышает маневренность, снижает давление на опорную поверхность.

Срезка и забор породы занимает 15-30% рабочего времени от всего производственного цикла, поэтому разработка грунта многоковшовыми экскаваторами по производительности будет существенно выше. Это происходит за счет непрерывности забора грунтов несколькими ковшами. Однако, многоковшовые модели имеют ограничения по габаритом поднимаемой породы – размер поднимаемых включений не должен превышать 0,2 от общей ширины ковша. В одноковшовой технике такие ограничения отсутствуют.

Дополнительное оборудование

База одноковшовой машины обеспечивает использование четырех основных типов оборудования.

Помимо возможности применения драглайна, грейфера, прямой и обратной лопат, данное строительное оборудование может укомплектовываться следующими комплектующими:

• Ротатор ковша. Механизм, позволяющий быстро осуществлять переход от работы прямой лопаты к режиму обратной лопаты. Наиболее часто встречается на европейских моделях: например, на чехословацких моделях UDS-114.
• Планировщик откосов. Отдельная разновидность ковша типа «обратная лопата», применяемая для устройства откосов. Он обеспечивает движение ковшовой режущей кромки под определенным углом. Для использования планировщика необходима установка автоматизированного управления.
• Рыхлитель. Используется для уничтожения конструкций, разбивки асфальтового либо бетонного покрытия, выполнения действий с грунтами от III группы экскаватором-драглайном.
• Струг. Стрела, по которой «бегает» тележка с ковшом. Используется в осуществлении планировочных работ.

Типы одноковшовых экскаваторов

По назначению одноковшовые модели разделяются на три больших категории:

• Строительные. Универсальная техника с полным поворотом и емкостью ковшовой части 0,15-2 м3. Универсальность обеспечивается возможностью установки сменных комплектующих для разнообразных манипуляций. Разработка грунта начиная от III категории зачастую производится экскаватором с применением сменных комплектующих.

• Карьерные. Полууниверсальные машины или специальные лопаты с укороченной стрелой. Емкость ковша полууниверсальных моделей составляет от 2 до 8 м3. Применяются для проведения манипуляций на сложном рельефе, зачастую применяется при добыче полезных ископаемых.

• Вскрышные. Машины с ковшом, емкость которого превышает 6 м3. Эксплуатируются на «вскрыше» – срезании верхних слоев породы. Как правило, укомплектованы удлиненным оборудованием, увеличивающим радиус рабочего действия. Вскрышные машины не имеют возможности устанавливать сменное оборудование. К вскрышной строительной технике относятся шагающие драглайны, имеющие ковши емкостью от 4 до 80 м3, применяемые для рытья траншей, насыпки дамб, устройства котлованов.

По возможности эксплуатации с различными видами дополнительных устройств одноковшовые машины делятся на три вида :

• Универсальные. Имеют не менее 4 разновидностей сменного оборудования.
• Полууниверсальные. Машины с емкостью ковшовой части не более 4 – 6 м3. На полууниверсальные модели возможно установка двух-трех видов дополнительных модификаций.
• Специализированные. Емкость ковша более 4 м3. Выпускаются с одной модификацией оборудования, без возможности смены.

Общие схемы проведения работ

По виду организации путей вывоза отработанного материала все грунтово-экскаваторные работы подразделяются на две большие группы:

• Бестранспортные. При проведении данной схемы осуществляется срезка грунтового слоя с укладкой его в земляное сооружение, автотранспорт при этом не задействуется. Существует два вида такого типа работ. При простой схеме без участия дополнительного транспорта срезанные слои кладутся в отвалы без последующего вывоза. При сложной – для укладки используется временный отвал с последующей переэкскавацией (перемещением) поднятой породы.
• Транспортные. После подъема грунта производится его погрузка в автотранспорт с перемещением в заданное место. При транспортной схеме возможны два пути движения автомобильного транспорта: тупиковые либо сквозные.

Выбор схемы выполнения экскавации осуществляется с учетом особенностей строительного участка.

Например, в прокладке нефтяных и газопроводных сооружений преимущество имеют бестранспортные схемы, а в возведении промышленных и жилых комплексов с возможностью обустройства нормальных разгрузочных путей – транспортные.

Разработка осуществляется путем создания специальных траншей – проходок. Выборка производится с устройством лобовых или боковых траншей-проходок. При проведении лобовой проходки выборка производится на трех частях действующего участка – двух боковинах и торцевом откосе.

Существует два вида боковых проходок:

• Закрытая. Здесь экскаваторная ось располагается справа или слева от сечения выемки. В этом случае осуществляется разработка трех откосов – боковых участков и торцевого откоса.
• Открытая. В ней происходит постепенное смещение по направлению полосы с выборкой породы с боков и торцевого откоса.

Рабочая зона и ее обустройство

Под забоем подразумевается рабочая территория одноковшовой техники, куда включается центральная площадка с размещением экскаватора и сопутствующего автотранспорта.

Забой оборудуется с учетом основных параметров:

• Размеров возводимого сооружения и формы необходимого котлована.
• Технических показателей используемого экскаватора. Например, при применении машин на гусеничном ходу, допустима разработка грунта в сложных участках местности, где требуется повышенная проходимость.
• Технических характеристик используемого автомобильного транспорта. Например, если работа ведется на заболоченной местности, забой стоит оборудовать максимально близко к твердому покрытию для повышения проходимости автотранспорта.

Проектирование забоев с последующей выборкой материала заключается в правильном определении ширины и глубины забоя, подбора оптимальных установочных положений машин, находящихся на площадке, последовательной выборки слоев и оборудовании путей перемещения техники и сопутствующего транспорта.

При небольшой высоте забоя стоит использовать одноковшовую модель, дополняя бульдозером, сгребающим грунтовый материал. Бульдозер смещает его к «экскаваторной рабочей зоне», где производится окучивание, создающее достаточную высоту бортов рабочего участка.

Вся используемые машины устанавливаются таким способом, чтобы снизить поворотный угол стрелы до минимума – на разворот экскаваторной стрелы уходит 70% объема времени от общего производственного цикла.

Повышение показателей эффективности при проведении экскавации

Для увеличения производительности при проведении экскаваторных работ требуется руководствоваться определенными положениями:

1. Рассчитывать радиус копания, принимая в расчет максимальные значения эксплуатируемой техники. Он не должен быть выше 0,7-0,9 от наибольшего радиуса используемой модели.
2. Совмещать операции для сокращения временных затрат производственного цикла. Например, объединить поворот платформы с подъемом ковшовой части, перемещаемой к месту для разгрузки.
3. Уменьшать поворотный угол платформы с помощью приближения места установки транспорта к траншейной оси. Это поможет уменьшить потери рабочего времени, тратящегося на повороты платформы.
4. Оборудовать разгрузочные пути, обеспечив быстрое перемещение для вывоза поднимаемого материала.
5. Сократить время, затрачиваемое на передвижение экскаватора, спланировав и оборудовав пути движения.
6. По возможности избегать перемещения машин собственным ходом, предотвращая преждевременный износ ходового механизма.
7. Подбирать ковш с учетом срезаемой породы. Например, использовать для взрыхленных скальных пластов специальные ковши или ковшовыми емкостями не менее 1 м3, а для мелкодробленых скальных материалов пользоваться емкостями от 0,5 до 0,8 м3.
8. Следить за соотношением грузоподъемности, расстоянием для вывозки и объема ковшовой емкости.

Разрабатывание грунтов моделей с прямой лопатой

Прямая лопата – разновидность ковшовой емкости с полностью открытой верхней частью. Жестко прикрепляется к рукояти, которая соединяется со стрелой при помощи шарнирного крепления. Выдвижение лопаты вперед происходит за счет действия напорного механизма, а опорожнение – путем полного открывания днища.

Модель с прямой лопатой осуществляет срезку и подъем по направлению собственного хода впереди ковшовой части, а затем плавно перемещается вперед на величину заданного хода рукояти. Разрабатывание участка ведется до образования необходимого профиля путем создания последовательных траншей.

Разработка грунта экскаватором прямая лопата производится путем проведения траншей-проходок двух категорий:

• Боковых ответвлений с высыпкой срезанной и поднятой породы в транспорт или отвал, находящийся по ходу движения техники. Высота расположения машин в рабочей зоне определяет тип боковой проходки: одноярусные с расположением автомобилей на одном уровне с экскаватором, и двухъярусные – с размещением машин на разных высотах.
• Лобовых проходок, при создании которых транспорт для выгрузки устанавливается сзади работающей техники.

Боковой забой выгоден снижением поворотного угла, удобной подачей автотранспорта для ссыпки выбранного материала, что увеличивает производительность. Но, при эксплуатации бокового забоя снижается объем породы, поднимаемый с одного участка, ведя к увеличению числа перемещений машины.

При лобовом типе забоя возникает потребность подъезда самосвалов задним ходом и установки автотранспорта позади работающей техники, что приводит к увеличению поворотного угла. Это становится причиной удлинения производственного цикла, увеличению временных затрат и снижению эффективности. При этом, устройство лобового забоя увеличивает объем поднимаемого материала, уменьшая количество передвижек.

Устройство боковых проходок производится при проведении разработок в карьерах и формировании выемок с последующей погрузкой отработанного материала на автотранспорт.

Сфера устройства лобовых забоев несколько шире:

• Первые проходки при разрабатывании выемок и карьерных участков.
• Работа в ограниченных пространствах, препятствующих обустройству погрузочных путей.
• Поднятие породы из скальных выемок.
• Проведение манипуляций в осенне-зимние периоды на мерзлых почвах.

Осуществление всех работ ведется только с применением транспортной схемы. Это обусловлено тем, что малые линейные размеры моделей с ковшовой частью «прямая лопата» не позволяют использовать бестранспортную ссыпку породы.

Осуществление земляных работ моделей с обратной лопатой

Обратная лопата – ковшовая емкость с «донной» открытой частью, обладающая режущей передней кромочной частью. К стреле крепится шарнирным соединением, напорный механизм отсутствует. Заполнение породой происходит по мере «оттягивания» емкости назад. Разгрузка осуществляется в момент подъема с одновременным переворачиванием.

Данная разновидность используется в разрабатывании участка, располагающегося ниже уровня базовой площадки. В траншеях экскаватором обратная лопата целесообразно применение забоев торцевого или бокового типа, позволяющих откапывать ложе для оборудования подземных коммуникаций, рыть небольшие котлованы. Жесткое закрепление ковшовой части позволяет отрывать траншеи с вертикальными стенками, снижая риск осыпания боковых частей. Затраты времени на рабочий процесс у таких моделей на 10-15% выше, чем у экскаваторов с прямой лопатой.

Фундамент на буронабивных сваях, выполненный по описанной технологии (ТИСЭ), можно после небольших доработок использовать как сейсмоизолирующую систему для индивидуального строительства в соответствующих регионах с повышенной сейсмикой.

При эксплуатации торцевого забоя машина с обратной лопатой продвигается по оси траншеи, попеременно снимая грунт с обеих боковых сторон. Для увеличения производительности проходку можно расширить боковыми забоями, образуемыми при движении в сторону от основной траншеи. Ограничение ширины забоя осуществляется только исходя из эксплуатационных требований используемой строительной техники и нормами безопасности при экскавации данного вида породы.

Осуществление работ экскаватором-драглайном или грейфером

Ковшовая емкость драглайна закрепляется на удлиненной стреле. Заполнение породой происходит в момент подтягивания ковшовой части обратно к стреле. После заполнения, емкость окончательно поднимается и переводится на место выгрузки. Опорожнение производится за счет ослабления тягловых канатов.

Разработка грунта драглайном производится при устройстве больших котлованов либо выемок с глубиной до 16-20м., возведении насыпного вала и аналогичных работах. Преимуществами машин-драглайнов являются внушительная глубина опускания стрелы, рабочий радиус до 10 м. и возможность эксплуатации в пространствах с постоянным притоком грунтовых вод с эффективной разработкой обводненных участков.

Работы драглайном ведутся при помощи торцевых или боковых траншей. Организация работ и обустройство проходок аналогично экскавационным манипуляциям техники с обратной лопатой. Наиболее часто выгрузка срезанных слоев осуществляется в организованный отвал, иногда – в самосвалы с последующей вывозкой. На определенных участках доступно устройство лобовых или боковых проходок.

Грейфер – специализированный тип ковшовой емкости с двумя широкими лопастями и стоечной (либо канатной) системой привода, отвечающей за принудительное смыкание лопастей. Эксплуатируется для выкапывания узких и глубоких участков, залегающих ниже уровня грунтовых вод. Грейфер привешивается на экскаваторную стрелу для разрабатывания пространств с вертикальными бортами. За опорожнение ковша отвечает система принудительного размыкания лопастей, удерживающих поднятое содержимое.

Принудительное опускание стойки и погружение ковшовой части в породу за счет высокой собственной массы позволяет разрабатывать грейферным ковшом слои практически любой плотности, в том числе – участки, полностью скрытые под водой. Емкость ковшовой части грейфера составляет 0, 35-2,5 м3.

Выбор техники с учетом основных особенностей разработки и типов пород

Одноковшовая техника может использоваться во всех видах породы, в том числе – в скальных грунтах и участках с высоким обводнением и постоянным поступлением грунтовых вод.

Разработка грунта многоковшовыми экскаваторами может осуществляться в грунтах от I до IV категории включительно. Фактически безопасная эксплуатация может осуществляться только на участках I-III категорий, не имеющих крупных фракций, превышающих 0,2 от ширины ковшовой части. Манипуляции на участках IV категории возможны только в однородных слоях.

Первоначально разновидность машины подбирают после изучения всех параметров: характеристики выемки, категории срезаемого материала, наличия или возможного поступления грунтовых вод и необходимости применения сменных устройств. В случае, если для выполнения манипуляций одного типа подходят несколько моделей, предпочтительнее производить разработку грунта в траншеях и иных пространствах экскаватором с прямой лопатой, драглайном и моделями с ковшовой частью вида «обратная лопата ».

Определение необходимого объема ковшовой емкости производится по принципу максимальной наполняемости с минимальными временными затратами. Максимальная загрузка напрямую зависит от типа обрабатываемого материала, сложности срезки и глубины проведения работ. Наибольшая вместимость рассчитывается из учета глубины выемки, разновидности техники и группы пород.

• Не допускать установки машины в рабочей зоне с ярко выраженным уклоном. Для установки следует выбирать только ровные участки – это предотвратит риск переворота.
• При производстве работ ковшовой части с прямой лопатой в забое с высокими стенками необходимо своевременно удалять образующиеся козырьки.
• На слабых и подвижных грунтовых участках путь перемещения техники усиливается щитами, укладываемыми на землю.
• Разработка участков IV группы экскаватором производится с использованием дополнительного оборудования – установка специализированных устройств предотвратит преждевременный износ механизмов.
• При сильном увлажнении рабочего участка производство следует остановить до подсыхания поверхности.

Перед началом производственного процесса необходимо тщательно обследовать участки на предмет появления карнизов и нависаний.

Грунт разрабатывают тремя способами:

1 механический

2 гидромеханический

3 взрывной

При механическом способе разработки грунта применяются землеройные машины (экскаваторы циклического и непрерывного действия, одноковшовые и многоковшовые)

Одноковшовые экскаваторы имеют сменное оборудование:

2-обратная лопата

3-драглайн

4-грейфер

Одноковшовые экскаваторы производится проходками расположенными в один или несколько ярусов, количество и параметры проходов зависят от размеров выемок и характеристика экскаватора и определяется в технологических картах.

Проходка –продольная траншея, образуемая экскаватором за один проход.

Забой –это рабочая зона экскаватора ограниченная радиусом его действия в которую входит площадка на которой находится экскаватора часть проходки разработанная с одной стороны и площадка для размещения транспортных средств и отвала грунта.

Экскаваторы разрабатывают грунт находясь в забое двумя способами:

1-лабовая проходка -это когда автосамосвалы подаются к экскаватору по двум траншеям задним ходом, каждый ярус выемки разрабатывается сразу на всю ширину без сквозного проезда транспорта.

Лобовая проходка бывает трех видов:

а) прямолинейная лобовая проходка

В= 2 R о 2 -L n 2 [м]

B-ширина проходки

R 0 -оптимальный радиус резания экскаватором

L n -длинна рабочей перед экскаватором

в) зигзагообразная лобовая проходка

В= 2 R о 2 -L n 2 +2R c [м]

R c - радиус резания экскаватора на месте стоянки.

г) поперечно- торцевая лобовая проходка

В=2 R о 2 -L n 2 +2 n R c [м]

n- количество поперечных передвижек экскаватора

2. Боковаяпроходка –это когда автосамосвалы устанавливают под погрузку сбоку и имеет сквозной проезд с открытой стороны транспортного пути проходки параллельно оси перемещений экскаватора

В= R о 2 -L n 2 +0,7R 0 [м]

Параметры прохода должны выбирать с таким расчетом чтобы на выполненную операцию рабочего цикла экскаватора затраченного минимального время.

При загрузке машин назначается целое число полностью загруженных ковшей экскаватора. При разработке грунта в отвал следует применять бульдозеры для перемещения выгруженного грунта.

Рабочий цикл экскаватора:

1- наполнение ковша грунтом

2- поворот к месту выгрузки

3- разгрузка ковша

4- поворот к забою

Одноковшовые экскаваторы заканчивают разработку котлованов и траншей за 20-30см до их проектной отметки. Оставшийся слой грунта называется недобором грунта и его дорабатывают бульдозерами или вручную.

Недоборы грунта разрешены от 10-20см. Слой недобора оставляют для того, чтобы избежать повреждения основания и не допускать перебора грунта. Для разработки недобора грунта применяют бульдозеры.

При выполнении работ бульдозер оставляет защитный слой до 5см, который зачищается вручную перед устройством фундаментов. Объемы недобора грунта можно определить:

Vр = А низ х h н [М 3 ]

h н = 10-30 см

А низ – площадь дна выемки

При больших объемах разрабатываемого грунта недобор может определяться в процентном соотношении: 7% от всего объема разрабатываемого грунта, из них 75% на разработку бульдозером и 25% на ручную.

Экскаватор с прямой лопатой -используется для разработки грунтов, которые находятся выше уровня его стоянки. При этом характеризуются высотой и горизонтальными размерами.

Наибольшую высоту забоев принимают равной максимальной высоты резания экскаватора, которая обеспечивает наполнение ковша.

Экскаватор с обратной лопатой - используют при разработке грунтов, которые находятся ниже уровня стоянки экскаватора и преимущественно при рытье небольших котлованов и траншей. Поярусная разработка выемки при этом виде оборудования, как правило не практикуется. Разработку грунта ведет ниже уровня стоянки экскаватора лобовым или боковым забоем с погрузкой грунта в траншейные средства или укладкой в отвал. При наличии больших неровностей поверхность проходки(в пределах ширины передвижения экскаватора) предварительно разравнивают бульдозером или автогрейдерами.

Наименьшую глубину забоя определяют из условия наполнение ковша с «шапкой» (для несвязных грунтов 1…..1,7м, а для связных-1,5…..2,3м). Ширина проходки зависит от наибольшего радиуса В=1,2….1,5R0. При погрузке в транспорт В=0,8R0 при укладке в отвал. Отрывку котлована шириной 12…14м.обычно осуществляют любой проходкой при перемещении экскаватора по зигзагу, а при большой ширине –поперечно-торцевой.

ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА (ТТК) / документ в сокращенном виде/

1. Область применения

Типовая технологическая карта разработана на разработку траншей экскаватором Э0-3322Б, оборудованным обратной лопатой и профильным ковшом, с выгрузкой грунта в отвал

Разработка грунтов землеройными машинами

Технологический процесс устройства выемки включает разработку грунта с погрузкой в транспортные средства или на бровку выемки, транспортировку грунта, планировку дна и откосов.

Выбор способа разработки грунта и схемы комплексной механизации зависит от объемов и сроков выполнения работ, вида грунта, геометрических параметров земляного сооружения и условий производства работ.

При комплексно-механизированной разработке грунта кроме ведущей землеройной машины в комплект включаются также вспомогательные машины для транспортировки грунта, планировки и т.д.

В качестве ведущей машины при разработке постоянных выемок значительной глубины, котлованов и траншей больших размеров принимают одноковшовый экскаватор. Для транспортировки грунта используют чаще всего автосамосвалы, а также железнодорожный транспорт, конвейерный и гидравлический. Количество транспортных средств и схема их подачи к экскаватору назначаются из условия обеспечения бесперебойной работы экскаватора.

Для зачистки дна выемки, разравнивания грунта и обратной засыпки пазух используются, как правило, бульдозеры.

Технологические возможности экскаватора зависят от вида рабочего оборудования, системы его привода и главного параметра-емкости ковша. Рекомендации по выбору емкости ковша и других параметров экскаватора в зависимости от объема выемки приводятся в нормативной и справочной литературе по земляным работам.

Для выемок значительных объемов принимают экскаваторы с большой емкостью ковша. При разработке обводненных грунтов предпочтительнее применять экскаваторы с рабочим оборудованием "обратная лопата", "драглайн". Разработку грунта в глубоких траншеях с креплением вертикальных стенок, а также в опускных колодцах целесообразно производить грейферным ковшом.

Экскаваторы с гидравлической системой привода рабочего оборудования позволяют обеспечить высокую точность геометрических параметров выемки и большие возможности автоматизации процесса работы машины.

Пространство, в котором размещается экскаватор и происходит разработка грунта, называют экскаваторным забоем. Профиль экскаваторных забоев и их геометрические параметры для основных видов рабочего оборудования экскаватора представлены на рис.1.

Рис.1. Профили забоя экскаваторов с различным рабочим оборудованием:
а - прямая лопата с канатным управлением рабочим оборудованием; б - обратная лопата; в - драглайн; г - грейфер;
д - профиль забоя прямой лопаты с гидравлической системой управления; е - то же, обратная лопата; ж - грейфер;
- радиус копания; - радиус выгрузки; + - высота копания; - - глубина копания; - высота выгрузки

При проектировании производства работ размеры забоя назначают из условий обеспечения максимальной производительности экскаватора за счет сокращения времени рабочего цикла. Для этого высота (глубина) забоя должна обеспечивать заполнение ковша с "шапкой" за одну операцию резания грунта, угол поворота для разгрузки ковша должен быть минимальным и т.д.

Выемка, образующаяся в результате последовательной разработки грунта при периодическом передвижении экскаватора в забое, называется экскаваторной проходкой.

В зависимости от расположения экскаватора относительно забоя и его перемещения в процессе разработки грунта проходка может быть лобовой (торцовой) или боковой.

Траншеи разрабатываются, как правило, за одну лобовую проходку. выполняется одной или несколькими параллельными проходками. При значительной глубине выемки она разрабатывается ярусами, постепенно углубляясь до образования проектного контура котлована (рис.2).

Рис.2. Схемы экскаваторных проходок с рабочим оборудованием "прямая лопата":
а - лобовая (торцовая) 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:
I, II, III, IV - яруса разработки; 1 - экскаватор; 2 - автосамосвал; 3 - направление движения транспорта

В зависимости от геометрических параметров выемки и характеристики рабочего оборудования экскаватора назначают вид, размеры и количество проходок.

Одноковшовые экскаваторы с рабочим оборудованием "прямая лопата" целесообразно применять для разработки выемок значительных размеров при отсутствии грунтовых вод или незначительном их притоке.

При разработке грунта с погрузкой в транспорт "прямая лопата" - наиболее производительный вид рабочего оборудования. Экскаватор с таким оборудованием размещается на подошве забоя и разрабатывает грунт выше уровня стоянки. Разработка грунта, как правило, осуществляется с погрузкой в транспортные средства, которые могут располагаться на одном уровне с экскаватором или выше подошвы забоя.

В зависимости от ширины котлована лобовая проходка экскаватора может быть прямолинейной, зигзагообразной и поперечно-торцовой. Боковая проходка применяется при разработке широких котлованов.
Для въезда в котлован устраивают траншею с уклоном 10-15° и шириной до 3,5м при одностороннем движении и до 8м при двустороннем.

Экскаваторы с рабочим оборудованием "обратная лопата" и драглайн разрабатывают выемки (котлованы, траншеи и др.) любой ширины и глубиной, не превышающей максимальной глубины резания. Поярусная разработка выемки при этом виде оборудования, как правило, не практикуется. Экскаватор размещается выше забоя, что облегчает разработку мокрых и обводненных грунтов.

Экскавация грунта может осуществляться в направлении, совпадающем с перемещением экскаватора, - торцовой проходкой и перпендикулярно направлению перемещения - боковой. В последнем случае глубина разработки меньше, чем при торцовой.

Грунт разрабатывают с погрузкой в транспорт или в отвал. Драглайн более производительно работает с перемещением грунта в отвал или насыпь.

Многоковшовые экскаваторы - землеройные машины непрерывного действия, наиболее эффективные при разработке выемок постоянного поперечного сечения и большой протяженности.

Экскаваторы поперечного копания используют, как правило, при разработке карьеров, больших котлованов, прокладке каналов, планировке откосов постоянных выемок значительных размеров и т.д.

Разработка грунта экскаваторами

Разработка грунта одноковшовыми экскаваторами. В промышленном и гражданском строительстве применяют экскаваторы с ковшом вместимостью от 0,15 до 2, реже до 4 м. 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.

Прямая лопата представляет собой открытый сверху ковш с режущим передним краем, жестко насаженный на рукоять, которая шарнирно соединена со стрелой машины и выдвигается вперед с помощью напорного механизма. Опорожняется ковш путем открывания его днища. Такая конструкция прямой лопаты обеспечивает ей наибольшую производительность. Для рыхления грунта режущий край ковша снабжен зубьями. Это относится ко всем видам сменного оборудования, но выпускаются ковши и без зубьев - со сплошной (обычно полукруглой) режущей кромкой. При разработке грунтов I и II групп экскаватор может быть оборудован ковшом увеличенного объема. Разрабатывают грунт, когда экскаватор стоит на дне разрабатываемого забоя. На небольшую глубину он может отрывать грунт и ниже горизонта стояния, для чего устраивают пандус, позволяющий установить машину в забое выемки.

Обратная лопата - это открытый снизу ковш с режущим передним краем, жестко насаженный на рукоять, шарнирно соединенную (без напорного механизма) со стрелой. По мере протягивания назад ковш заполняется грунтом. Затем при вертикальном положении рукояти ковш переводят к месту выгрузки и разгружают путем подъема с одновременным опрокидыванием. Рабочая зона расположена ниже горизонта стояния машины. Современные модели экскаваторов с обратной лопатой имеют гидропривод, позволяющий ковшу поворачиваться относительно рукояти.

Ковш драглайна навешивают на канатах на удлиненную стрелу кранового типа. Ковш забрасывают в выемку на расстояние, несколько превышающее длину стрелы, его заполняют грунтом путем подтягивания по поверхности к стреле. Затем ковш поднимают в горизонтальное положение к стреле и поворотом машины переводят на место разгрузки. Опорожняется ковш при ослаблении тягового каната. Драглайном можно разрабатывать грунт не только сильно насыщенный влагой, но и находящийся под слоем воды.

Грейфер представляет собой ковш с двумя или более лопастями и канатным приводом, принудительно смыкающим эти лопасти. Грейфер навешивают на такую же стрелу, что и драглайн. С помощью грейфера можно разрабатывать выемки с вертикальными стенками. При повороте стрелы ковш перемещается к месту разгрузки и опорожняется при принудительном раскрытии лопастей. Грейфер погружается в грунт только за счет собственной массы ковша. Грейфер применяют обычно для разработки грунтов малой плотности (I и II группы) и находящихся под водой. Более плотные грунты предварительно необходимо рыхлить.

Производительность одноковшового экскаватора снижается по мере увеличения плотности грунта. Кроме того, она зависит от способа разработки грунта (при работе "на вымет" производительность повышается, при погрузке на транспортные средства - снижается), вместимости ковша и конструктивного решения кромки ковша. Экскаваторы с ковшами малой вместимости (до 0,5 м) обслуживает один машинист; их применяют только для разработки грунтов I...III групп. Более мощные экскаваторы обслуживают машинист и его помощник. Они могут разрабатывать (кроме грейфера) грунты всех шести групп (наиболее плотные - после предварительного рыхления).

Производительность экскаватора можно повысить, уменьшив угол поворота стрелы и увеличив вместимость ковша. Для этого необходимо максимально заполнять ковш грунтом (с "шапкой"), а также совмещать процессы резания грунта с поворотом стрелы и др.

Разработанный одноковшовыми экскаваторами грунт перевозят самосвалы , тракторы с прицепами, железнодорожные составы, гидравлический транспорт, реже - ленточные конвейеры.

При транспортировании грунта ленточными конвейерами загрузочное звено конвейера устанавливают параллельно оси проходки экскаватора, а погрузочный ковш-питатель перемещают вдоль загрузочного звена по мере продвижения экскаватора. При перемещении экскаватора на следующую заходку загрузочное звено отрихтовывают в новое положение. При погрузке в железнодорожные составы рельсовый путь следует укладывать параллельно оси проходки экскаватора. График движения землевозных составов должен быть сделан таким образом, чтобы перерывы между отправлением загруженного состава и подачей порожнего были минимальными, и состав передвигался по мере загрузки вагонов. Обычно в автосамосвал входит 3-6 ковшей грунта. Допустимый недогруз не должен превышать 10%, перегруз - 5%.

Продолжительность нагрузки автосамосвала колеблется в широких пределах в зависимости от числа ковшей, погружаемых в кузов, рода грунта, среднего угла поворота машины при погрузке и типа экскаватора:

Продолжительность остальных операций для автосамосвалов различной грузоподъемности определяют на основе статистической обработки данных по выборочным замерам времени на объекте.

Рабочее место экскаватора (т.е. место, где он разрабатывает грунт) называется забоем. Геометрические размеры и форма забоя зависят от оборудования экскаватора и его параметров, размеров выемки, видов транспорта и принятой схемы разработки грунта. Применение рациональных приемов работы в правильно выбранном забое обеспечивает максимальную эффективность применяемого оборудования и высокую производительность при минимальной себестоимости землеройных работ. В технических характеристиках экскаваторов любой марки приведены, как правило, максимальные показатели их: радиусы резания, выгрузки, высота выгрузки и др. Работа на максимальных для данной машины параметрах приводит к ее быстрому износу и, как следствие, к снижению ее производительности. Поэтому для производства земляных работ следует принимать оптимальные рабочие параметры, составляющие 0,9 максимальных паспортных данных...

Если высота забоя относительно мала (например, при разработке планировочной выемки), целесообразно использовать экскаватор вместе с бульдозером. Последний разрабатывает грунт и перемещает его к рабочему месту экскаватора. Здесь бульдозер окучивает грунт, обеспечивая при этом достаточную высоту забоя, что позволяет эффективно использовать экскаватор.

Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены таким образом, чтобы средний угол поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки был минимальным, так как на поворот стрелы расходуется до 70% рабочего времени цикла экскаватора.

Для прямой лопаты различают лобовой и боковой забои. В лобовом забое экскаватор разрабатывает грунт впереди себя и отгружает его на транспортные средства, которые подают к экскаватору по дну забоя. В этом случае автомобили подходят задним ходом попеременно то с одной, то с другой стороны забоя. Соответственно и грунт разрабатывается то с одной, то с другой стороны от оси проходки, при этом угол поворота достигает 140° и более, что снижает производительность экскаватора. Лобовой забой применяют в редких случаях (при разработке экскаватором пионерной траншеи, въездного пандуса и др.).

В боковом забое экскаватор разрабатывает грунт по одну сторону от оси движения и грузит его на транспортные средства, подаваемые по другую сторону от оси проходки. При этом обеспечиваются благоприятные условия для движения транспорта, а средний угол поворота составляет 70... 90°. Поэтому после пионерной проходки весь оставшийся в выемке грунт разрабатывают способом продольного бокового забоя

Максимальная ширина разработки (по одну сторону от оси проходки) определяется катетом прямоугольного треугольника, гипотенузой которого является выбранный радиус резания, а вторым катетом - перемещение экскаватора между последующими стоянками. Эта величина равняется разности между максимальным и минимальным радиусами резания. Исходя из этого принимают:

Средний уголок поворота машины определяется между направлением стрелы при прохождении ее через центр тяжести объема грунта, разрабатываемого с одной стороны (точка 0), и положением стрелы в момент выгрузки ковша.

Для лобовой проходки целесообразно принимать ширину разработки, так как при этом средний угол поворота оказывается наименьшим.

Некоторые виды выемок (например, планировочные) можно разрабатывать боковым забоем с движением транспорта на одном уровне с экскаватором. Иногда для перехода к разработке с боковым забоем необходимо вначале отрывать так называемую пионерную траншею, которую экскаватор начинает разрабатывать, опустившись на дно забоя по пандусу (рис.5, а).

Рис.5. Схемы проходок одноковшового экскаватора с прямой лопатой и подачи транспорта:
а - при проходке пионерной траншеи и последующих боковых проходках:
О.Э.1, О.Э.2 - стоянки экскаватора; О.Т.1, О.Т.2 - стоянки транспорта;
1-3 - последовательность разработки грунта;
б - при поперечных проходках

Если высота выгрузки экскаватора больше или равна сумме глубины выемки, высоты борта автосамосвала или другой транспортной единицы и при этом добавляется 0,5 м (на "шапку" над бортом), пионерную траншею разрабатывают боковым забоем при движении транспорта по дневной поверхности на расстоянии не менее 1 м от края выемки.

При этом ширина проходки будет равна (см. рис.5, а), где - ширина части проходки, обращенной в сторону подачи транспорта. При определении следует исходить из минимально необходимой величины для обеспечения беспрепятственного разворота хвостовой части машины. Это требование является обязательным, так как радиус выгрузки, соответствующий принятой высоте выгрузки, должен быть больше или равен плюс заложение откоса (глубина проходки, умноженная на котангенс, где - угол наклона откоса), плюс 1 м (безопасный зазор от бровки до кузова) и плюс половина ширины транспортной единицы.

При значительных в плане размерах выемки целесообразно разрабатывать ее поперечными проходками вдоль меньшей стороны (рис.5, б). Такой способ разработки обеспечивает минимальную длину пионерной траншеи и позволяет организовать наиболее производительное кольцевое движение транспорта.

Выемки, глубина которых превосходит максимальную высоту забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов (рис.6). При этом нижний ярус разрабатывают аналогично верхнему, а автомобили подают к экскаватору так, чтобы ковш наводился на кузов сзади. Трасса движения автомобиля в этом случае должна быть параллельной оси проходки экскаватора, но направлена в противоположную сторону.

При работе с обратной лопатой также применяют торцовый или боковой забой. При разработке грунта торцовым забоем экскаватором с обратной лопатой "на себя" экскаватор движется по оси отрываемой им траншеи или котлована и попеременно разрабатывает то одну, то другую его сторону в зависимости от того, с какой стороны подходит очередной автомобиль. В торцовом забое средний угол поворота машины 70...90°. Траншею можно расширять параллельными боковыми забоями (рис.7). Боковой забой образуется при разработке грунта по одну сторону от оси движения экскаватора. Если при разработке траншеи грунт складывают в отвал по одну сторону от траншеи, ось проходки смещается в сторону отвала, а ширина разработки уменьшается по сравнению с максимально возможной при торцовой проходке. При разработке в отвал и на транспорт автомобили подходят к экскаватору со стороны, противоположной отвалу, а ось проходки смещается относительно оси траншеи в ту сторону, в которую отгружается большая часть грунта. При боковом и торцовом забоях автосамосвалы подходят по трассе, параллельной оси движения экскаватора, но навстречу ему, а при торцовом забое их устанавливают под загрузку под углом 15,..25° к оси движения экскаватора.

Наиболее целесообразно применять экскаватор с обратной лопатой для отрывки траншей глубиной до 6 м и небольших котлованов глубиной до 4 м (например, под фундаменты отдельных колонн).
Для торцовой и боковой проходок организация работ драглайна и обратной лопаты аналогична. При этом сохраняется такое же соотношение максимальной глубины резания. Драглайн обычно передвигается между очередными стоянками на 1/5 длины стрелы. Так как ковш драглайна гибко подвешен к стреле, для него весьма эффективной является челночная схема работы (рис.8). В этой схеме предусмотрено, что автосамосвал подходит к месту загрузки по дну забоя и загружается попеременными черпаниями ковша по обе стороны от кузова. Угол поворота экскаватора при погрузке по продольно-челночной схеме приближается к 0°, а при поперечно-челночной - к 15...20°, при этом продолжительность разгрузки уменьшается, так как ковш опорожняется без прекращения поворотного движения экскаватора в момент переноса ковша над кузовом машины. Благодаря этому общая продолжительность рабочего цикла экскаватора снижается на 20...26%.

При разработке грунтов I и II групп экскаватор, оборудованный грейферным ковшом, должен быть так расположен относительно траншеи, чтобы угол его поворота не превышал 70...90°. Грейфер на новую стоянку передвигается на 1/4 длины стрелы.

Экскаваторы на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называемый недобор. Недобор (5...10 см) оставляют, чтобы избежать повреждения основания и не допустить переборов грунта. Для повышения эффективности работы экскаваторов применяют скребковый нож, насаженный на ковш экскаватора. Это приспособление позволяет механизировать операции по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с погрешностью не более 2см, что исключает необходимость ручных доработок....

Все земляные работы, выполняемые одноковшовыми экскаваторами, разделяются на две группы: бестранспортные и транспортные.

Бестранспортными схемами называются такие схемы, при которых экскаватор разрабатывает грунт и укладывает его в отвал (насыпь), кавальер или в земляное сооружение. При простой бестранспортной схеме разработки грунт укладывается в отвал или кавальер без последующей его перевалки (переэкскавации), при сложной - во временный (первичный) отвал и подлежит частичной или полной переэкскавации.

Транспортными являются схемы, при которых грунт грузится экскаватором в автосамосвалы (рис.1) и отвозится в заданное место. При этом возможны различные схемы движения транспорта: тупиковые (автосамосвалы подъезжают к экскаватору и возвращаются по тому же пути) и сквозные (автосамосвалы подъезжают к экскаватору без маневрирования и после погрузки уезжают по дороге, являющейся продолжением въездного пути).

Рис.1. Транспортные схемы работы экскаватора, оборудованного прямой лопатой

а - лобовая широкая проходка с погрузкой грунта в автотранспорт, перемещающийся по подошве забоя; б - боковая проходка с погрузкой грунта в автотранспорт

Схема производства работ зависит от особенностей строительства. Например, в водохозяйственном, нефтегазопроводном и транспортном строительстве преобладают бестранспортные схемы, а в промышленном и жилищном - транспортные.

Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами производят проходками. Число проходок, забоев и их параметры предусматривают в проектах и технологических картах производства земляных работ для каждого конкретного объекта в соответствии с параметрами земляных сооружений (по рабочим чертежам) и с оптимальными рабочими размерами оборудования экскаваторов.

Разработка грунта осуществляется лобовыми или боковыми проходками. При лобовой проходке экскаватор, ось хода которого совпадает с осью земляного сооружения или находится в площади ее сечения, разрабатывает три откоса выемки - два боковых и торцевой.

Боковые проходки бывают двух типов: закрытая (рис.2, а, б), когда ось хода экскаватора располагается сбоку сечения выемки (экскаватор разрабатывает, три откоса - два боковых и торцевой) и открытая (рис.2, в), когда экскаватор перемещается вдоль полосы и разрабатывает два откоса (боковой и торцевой).

Рис.2. Схема разработки выемок экскаватором, оборудованным обратной лопатой

а - боковой закрытой проходкой и одинаковой крутизной откосов; б - то же, с разной крутизной откосов; в - боковой открытой проходкой

Забоем называют рабочую зону экскаватора, включающую площадку, на которой находится экскаватор, часть массива грунта, отрываемого с одной стоянки, и площадку для стоянки транспортных средств под погрузкой.

Параметры проходок и забоев должны обеспечивать возможность работы ковшом с наименьшими затратами времени на выполнение рабочего цикла экскавации. Для этого принимают ширину проходок (забоев) с таким расчетом, чтобы экскаватор мог работать при средней величине углов поворота не более 70 ; глубину (высоту) забоев - не меньше длины стружки грунта, необходимой для заполнения ковша "с шапкой" за один прием черпания (копания); длину проходов - с учетом возможно меньшего количества переходов экскаватора в забое. Уклоны проходок предусматриваются такими, чтобы предотвратить приток и скопление в забоях грунтовых и поверхностных вод.

Допустимая крутизна временных откосов выемок

В грунтах естественной влажности при отсутствии грунтовых вод и расположенных поблизости подземных сооружений разработка выемок с вертикальными стенками без их крепления может осуществляться на глубину не более: 1 м - в песчаных насыпях и гравийных грунтах; 1,25 м - в супесях; 1,5 м - в суглинках и глинах; 2 м - в особо плотных нескальных грунтах.

При разработке грунтов естественной влажности крутизна откосов выемок (1:m), разрабатываемых без крепления на глубину 2 - 5 м, принимается по данным табл.1.

При глубине выемки более 5 м крутизна откосов устанавливается по расчету. Крутизну откосов выемок в глинистых переувлажненных дождевыми, снеговыми (талыми) водами грунтах следует уменьшить до угла естественного откоса a 0 , который для песка составляет обычно 30 - 35 супеси 35...40, суглинка и глины 40. За состоянием откосов выемок необходимо вести систематическое наблюдение, осматривая грунт перед началом работ.

Таблица 1

Допустимая крутизна откосов котлованов и траншей

Грунт	При глубине выемки, м
	до 1,5		до 3		до 5
	Угол откоса выемки, град	Крутизна откоса	Угол откоса выемки, град	Крутизна откоса	Угол откоса выемки, град	Крутизна откоса
Насыпной естественной влажности	76	1:0,25	45	1:1	38	1:1,25
Песчаный и гравийный (насыщенный)	63	1:0,5	45	1:1	45	1:1
Глинистый
супесь	76	1:0,25	56	1:0,67	50	1:0,85
суглинок	90	1:0	63	1:0,5	-	1:0,75
глина	90	1:0	76	-	-	1:0,5
Лессовидный сухой	90	1:0	63	1:0,5	63	1:0,5

Минимальное расстояние от поворачивающихся частей платформы (задней части платформы ковша) до автосамосвалов, находящихся на рабочем месте экскаватора, строений и столбов должно быть не менее d = 1 м (рис.3, а). Минимальное расстояние до откосов определяется по прямой линии, перпендикулярной откосам.

Рис.3. Определение минимально допустимого расстояния

а - между экскаватором и строениями; б - между экскаватором и отвалом

Минимальное расстояние D от оси хода экскаватора до подошвы откоса выемки или отвала (рис.3, б) зависит от радиуса вращения задней части платформы r, допустимого угла откоса отвала И, высоты части платформы h 3

Так, например, при крутизне откоса отвала от 1: 0,5 до 1: 1,2 величина D изменяется для экскаваторов:

Э-1252Б - 4,1...3,6 м; ЭО-4321А, ЭО-4123А-3,5...2,8 м; ЭО-4121А, ЭО-4121Б - 4…3 м; ЭО-5122А, ЭО-5123 - 4,1...3,1 м.

При разработке котлованов и выемок экскаваторами, оборудованными обратной лопатой или драглайном, необходимо правильно установить машину относительно верхней бровки откоса.

Минимальное расстояние от опор экскаватора до верхней бровки откоса выемки при условии соблюдения допустимого угла откоса o и глубине выемки до 5 м должно быть не менее d = 1 м. Если гусеницы установлены вдоль откоса (для боковой бровки откоса рабочего места), расстояние между бровкой откоса и гусеницей определяется согласно рис.4, а.

Рис.4. Определение минимально допустимого расстояния от верхней бровки откоса до опор экскаватора

а - гусеница экскаватора расположена параллельно откосу; б - то же, перпендикулярно откосу; в - отсчет расстояния от башмака

выносной опоры до бровки; г - схема отсчета для гусеничного экскаватора; д - то же, для пневматического экскаватора

Если же гусеницы установлены перпендикулярно откосу (для лобовой бровки откоса рабочего места), то отсчет не обходимого расстояния от опоры экскаватора до бровки откоса следует производить от точки F (рис.. 4, б) и оно составит d + 0,4t 0 = 110...115 см (t 0 - длина гусеничного звена). На экскаваторах, имеющих выносные опоры, расстояние от опоры до бровки откоса определяют согласно рис.4, в. При определении размеров боковых проходок наименьшее расстояние от опор экскаватора до верхней бровки откоса устанавливают согласно рис.4, г, д.

Бермы безопасности

При установке экскаватор близко к бровке откоса возникает опасность обрушения откоса, сползания или опрокидывания экскаватора. В связи с этим вдоль верхней бровки откоса оставляется предохранительная полоса, называемая бермой безопасности. Ширина бермы безопасности определяет минимальное расстояние для прохождения транспортных средств, землеройных и других машин от бровки откоса. Ее размер зависит в основном от высоты откоса и свойств грунтов (табл.2).

Таблица 2

Величина берм безопасности, м

Доработка оснований выемок

В связи со сложной конфигурацией рабочего контура ковша (наличие зубьев, криволинейная форма) и кинематикой движения ковша в грунте невозможно точно выполнить заданные отметки дна или откоса выемки. Степень точности работы зависит от возможности изменения угла передней стенки ковша относительно поверхности грунта. При этом у гидравлических экскаваторов точность работы больше, чем у механических. В ряде случаев основания земляных сооружений (котлованы и траншеи под фундаменты, а также каналы, подлежащие облицовке) необходимо устранить без нарушения естественной структуры грунта.

Доработку оснований и откосов выемок осуществляют специальными ковшами с козырьками, телескопическим оборудованием, оборудованием с автоматическим устройством контроля движения кромки ковша по заданной траектории. Для этих работ используют также бульдозеры и автогрейдеры.

Наибольшая производительность экскаватора достигается при соблюдении следующих условий: исправность экскаватора; своевременный технический уход за машиной; максимальное наполнение ковша; своевременная очистка ковша от налипающего и намерзающего грунта; рациональное использование времени на полезную работу ковша; сведение к минимуму затрат времени на выполнение вспомогательных операций (передвижку экскаватора, очистку ковша и т. п.).

Для наполнения ковша с наименьшими затратами времени режущие и рыхлящие органы его (зубья стандартных ковшей, сплошные режущие кромки ковшей полукруглой формы) затачивают; первоначальные размеры их восстанавливают своевременно по мере износа во время профилактического осмотра.

Регулировку подвески ковша экскаватора к канатам (драглайны) и крепление его к рукояти (прямая лопата) осуществляют в соответствии с видом грунта, с очертаниями забоя, обеспечивая оптимальный угол врезания котла в грунт. Для разработки легких грунтов (I и II групп) угол между осью рукояти и задней стенкой ковша должен быть 125, а плотных грунтов - 105°.

При работе экскаватора не следует допускать недогрузку или перегрузку транспортных средств, а так же неравномерную загрузку площади кузова. При наличии в забое негабаритных кусков свыше l (крупных валунов, разрыхленных кусков скальных и мерзлых грунтов и т.п.) их обычно отодвигают ковшом в сторону. Погрузка отдельных крупных кусков в порядке исключения может производиться при соблюдении специальных требований.

Экскаваторы с прямой лопатой

Применяют для разработки грунта, расположенного выше уровня стоянки экскаватора. Их используют в основном при разработке котлованов, разрезных и пионерных траншей (первых проходок), выемок при дорожном и гидротехническом строительстве, магистральных каналов, траншей для коллекторов и фундаментов зданий.

При работе экскаватора с прямой лопатой применяют только транспортные схемы, поскольку малые линейные размеры экскаватора не могут обеспечить достаточного объема отвала для нормальной работы.

Грунт разрабатывают лобовыми и боковыми проходками (рис.5, а, б).

Рис.5. Разработка котлованов одноковшовыми экскаваторами

а - лобовая проходка прямой лопаты с односторонней погрузкой грунта в самосвалы; б - то же, с двухсторонней погрузкой; в - то же с зигзагообразным перемещением экскаватора; г - поперечно-торцевая проходка; д - боковая проходка; е - торцевая проходка обратной лопаты или драглайна при перемещении по прямой; ж - то же, с двумя проходами экскаватора; з - то же, при зигзагообразном перемещении экскаватора; и - поперечно-торцевая проходка; к - продольно-торцевая проходка

При выборе схемы разработки забоя гидравлическим экскаватором, оборудованным прямой лопатой, необходимо учитывать возможность копания двумя способами: интенсивным горизонтальным внедрением зубьев ковша в нижнюю, среднюю и даже в верхнюю часть забоя с последующим поворотом относительно рукояти (раздельное копание) или ступенчатым внедрением ковша в забой с небольшим поворотом его относительно рукояти (совмещенное копание).

Гидравлические экскаваторы, оборудованные пря мой лопатой, имеют следующие преимущества: увеличение мобильности и маневренности; увеличение усилий на зубья ковша; сокращение продолжительности рабочих циклов за счет уменьшения массы машины и интенсификации процесса копания; увеличение наполнения ковша, особенно в низких забоях; увеличение ряда рабочих параметров (радиуса копания на горизонте установки, глубины копания ниже уровня стоянки); облегчение извлечения из забоя и погрузки негабаритных кусков грунта; повышение эффективности раздельной выемки различных грунтов из забоя.

Наименьшая высота забоя, обеспечивающая наполнение ковша механического экскаватора грунтом "с шапкой", при разработке прямой лопатой зависит от вида (прочности) грунта и вместимости ковша экскаватора (табл.3).

Таблица 3

Наименьшая высота забоя, обеспечивающая наполнения ковша "с шапкой", м

Группа грунта	Вместимость ковша, м
	0,25	0,4 … 0,5	0,65 … 0,8	1 … 1,25	1,6 … 2,5
I, II	1,5	1,5	2,5	3	3
III	2,5	2,5	4,5	4,5	4,5
IV	3	3,5	5,5	6	6

При работе гидравлических экскаваторов наименьшая высота забоев (из условия наполнения ковша) должна составлять 2 - 3 высоты ковша экскаватора.

При разработке грунта прямой лопатой без применения взрывных работ наибольшую высоту забоев принимают равной максимальной высоте копания экскаватора.

Наибольшая высота забоя у экскаваторов, оборудованных прямой лопатой с механическим приводом при угле наклона стрелы к горизонту 45...60° при вместимости ковша 0,25 ... 2,5 м 3 составит 4,8 ... 10,8 м.

При разработке связных грунтов универсальными гидравлическими экскаваторами, оборудованных прямой лопатой, максимальная высота забоев должна приниматься примерно на 30 % меньше наибольшей кинематической высоты копания Н к указанной в технической характеристике:

Н max Это обстоятельство объясняется тем, что фактическая высота копания (в контакте с забоем) на 25...35 % меньше Н к

При разработке взорванных полускальных и скальных грунтов и пород экскаваторами типа "прямая лопата" высота забоя зависит от свойств грунтов и размеров экскаваторов. Минимальная высота забоя определяется из условия наполнения ковша за один цикл, но не должна быть менее двойной-тройной высоты ковша. Наибольшая высота определяется физико-механическими свойствами взорванной массы (сыпучая, связносыпучая и связная) и условиями безопасности работ.

Проведенными исследованиями процесса копания и оборудования взорванных пород карьерными и строительными экскаваторами типа прямая лопата" установлено, что максимальная высота забоя определяется: свойствами взорванной массы (коэффициентом разрыхления К p средним размером куска d ср и наличием глинистых включений); характером и параметрами процесса обрушения взорванных грунтов при подработке забоя (объемом, частотой и длительностью обрушения, глубиной развала пород по подошве забоя и т.д.); типом и рабочими параметрами экскаватора.

В связных взорванных грунтах (коэффициент раз рыхления К p = 1,1 . . . 1,2), для которых характерны обрушения "одной волной", высота забоя может лишь незначительно превышать максимальную высоту копания механического экскаватора - до 10...15 %, а при наличии негабаритных кусков не должна превышать ее. При хорошем качестве дробления породы (К p = 1,3 . . . 1,5; d ср У гидравлических экскаваторов, оборудованных прямой лопатой, максимальная высота забоя для сыпучих и связносыпучих взорванных грунтов может превышать максимальную кинематическую высоту копания экскаватора не более 10 %. Это обстоятельство связано с меньшим значением фактической высоты копания (в контакте с забоем) по сравнению с величиной Н k .

При разработке грунта прямой лопатой с предварительным рыхлением взрывным или механическим способом (мерзлых грунтов, конгломератов и т. п.) ширина зоны рыхления во избежание нависания козырь ков над забоем должна быть шире проходок не менее чем на 1 м.

Вдоль бровок откосов забоев, разрабатываемых прямой лопатой, удаляют все крупные камни, пни и другие предметы во избежание падения их в забой.

При сооружении глубоких выемок в гидротехническом и дорожном строительстве проектная глубина выемок может значительно превышать технологические возможности экскаватора. В этом случае глубокие выемки разбивают на уступы и ярусы, высота которой должна соответствовать технологическим нормам. Верхняя часть выемки может разрабатываться затем скреперами, а оставшаяся часть выемки разбивается на ярусы и разрабатывается прямыми лопатами. Оставшаяся часть грунта и откосов может дорабатываться драглайном.

Для экскаваторов, оборудованных прямой и обратной лопатой, параметры выгрузки ковша определяются высотой выгрузки и ее радиусом, указываемых в характеристиках экскаваторов.

Высота выгрузки ковша в самосвалы определяется расстоянием от уровня стоянки экскаватора (самосвала) до нижней части ковша (при открытом днище). Ковш экскаватора над кузовом самосвала должен располагаться так, чтобы весь грунт свободно высыпался из него, равномерно в кузов самосвала, полностью используя полезный объем кузова. При повороте ковша он не должен задевать кузов и находящийся в нем грунт. Размеры кузова самосвала обеспечивают возможность перевозки грунтов различной плотности. При перевозке легких грунтов объем кузова используется полностью, а при перевозке скальных - частично (рис.6). Высшая точка насыпи грунта в кузове не должна превышать его борт более чем 0,3 м.

Рис.6. Определение погрузочной высоты экскаватора

а - ковш с откидывающимся днищем; б - поворачивающийся ковш

Необходимое превышение нижней точки ковша при его выгрузке над кузовом самосвала при достаточно высокой квалификации машиниста должно быть 0,1 м. Наименьшая высота выгрузки в транспорт определяется выражением

H p = H k + (дельта)H = H k + 0,1

H k - высота борта самосвала от уровня стоянки; (дельта)H - превышение ковша экскаватора в момент разгрузки над бортом самосвала.

Для равномерного распределения грунта в кузове самосвала ковш экскаватора с открывающимся днищем должен располагаться по центру кузова, а расстояние поворачивающегося ковша от борта кузова составлять 0,3 В a , где В a - ширина кузова. Для удобства выгрузки и уменьшения просыпания широкий ковш (погрузчика) следует подавать на разгрузку с боковой стороны кузова.

Экскаваторы с обратной лопатой применяют для разработки грунта по транспортным и бестранспортным схемам, при расположении экскаватора на верху разрабатываемой площадки. Работа ведется лобовыми и боковыми проходками, смещая ось рабочего хода экскаватора в сторону подхода транспортных средств.

При работе закрытой и открытой боковой проходкой параметры разрабатываемого сооружения будут различными. Так, при выполнении закрытой боковой проходки крутизна обоих откосов выемки может быть одинаковой или разной. Во втором случае глубина разработки может быть увеличена в 1,6 раза. При разработке выемки открытой боковой проходкой глубина может быть увеличена еще на 20 %, но при этом возможный объем отвала и расстояние между отвалом и выемкой уменьшаются почти в 10 раз, что вызывает необходимость грузить грунт в транспорт.

При наличии больших неровно поверхность проходки при разработке грунта обратной лопатой (в пределах ширины пути передвижения экскаватора) предварительно разравнивают бульдозером или автогрейдером. Наименьшую глубину забоя определяют и условия наполнения ковша "с шапкой", а наибольшие размеры проходок - по параметрам обратных лопат, указанным в паспорте.

Драглайны

Драглайны применяются для разработки грунта ниже уровня стоянки экскаватора лобовыми (рис.7, а) или боковыми (рис.7, б) проходками в отвал или транспортные средства. Преимуществом драглайна по сравнению с обратной лопатой являются большие радиус действия и глубина копания. Особенно эффективно разрабатывать драглайном мягкие и плотные грунты I-III групп, в том числе обводненные и со слабой несущей способностью.

Рис.7. Схемы работы драглайна

а - лобовая проходка; б - боковая проходка

Автотранспорт в зависимости от условий работы может располагаться по верху разработки (см.рис.7, а) или по подошве забоя (см.рис.7, б).

В последней схеме обеспечивается меньший угол поворота экскаватора при выгрузке, но при большой водонасыщенности грунтов могут быть созданы недостаточно благоприятные условия для передвижения автотранспорта по подошве котлована.

При работе в отвал (навымет) угол поворота стрелы принимают: при сооружении выемок дорог - 90 ... 120°; при возведении насыпных сооружений - не свыше 90°.

При погрузке грунта в транспортные средства, находящиеся на уровне стоянки экскаватора, угол поворота экскаватора принимают 70 ... 180°; максимальную глубину разработки - в пределах указанных в табл.4.

Таблица 4

Максимальная глубина разработки грунтов при различных параметрах драглайнов

Вместимость ковша, м 3	Длина стрелы, м	Глубина разработки, м, при проходке
		боковой	лобовой
0,4 … 0,5	10	4,4 … 3,8	7,3 … 5
-	13	6,6 … 5,9	10 … 7,8
0,65 … 0,8	11	3,5 … 2,5	7,5 … 6,5
		6 … 4,5	10 … 9,5
1 … 1,25	13	5,8 … 4,9	9,5 … 7,4
-	16	8 … 7,1	12,2 … 9,6
1,6 … 2,5	15	7,4 … 6,5	12 … 9,6
	20	10,7 … 9,4	16,3 … 13,1
	25	14 … 12,5	20,6 … 16,6

Примечание. Углы наклона стрелы к горизонту 30 … 45°.

Во всех случаях, когда состояние грунта и размеры подошвы проходки драглайна позволяют подавать автосамосвалы по дну проходки, применяют поперечно-челночный или продольно-челночный способ погрузки (рис.8). При поперечно-челночном способе углы поворота экскаватора не превышают 15°, сокращается время на разгрузку ковша и на реверсирование поворотного движения после его разгрузки.

Рис.8. Схема разработки забоя драглайном

а - поперечно-челночная; б, в - продольно-челночная; 1 - самосвал; 2 - опускание ковша и набор грунта; 3 - окончание набора и подъем ковша; 4 - разгрузка ковша

При продольно-челночном способе грунт набирают перед задней стенкой кузова самосвала и, подняв ковш, разгружают его над кузовом. В этом случае поворотные движения экскаватора практически отсутствуют.

При челночных способах погрузки грунта ширина проходки и глубина забоя не влияют на производительность экскаватора, а высота подъёма ковша определяется не высотой забоя, а высотой погрузки самосвала.

Ковш экскаватора выводят из забоя немедленно после его заполнения. При этом во избежание высыпания грунта из ковша во время поворота экскаватора к месту выгрузки передняя (режущая) часть ковша должна быть несколько выше задней. Поворот экскаватора совмещают с подъемом ковша на высоту разгрузки, поворот от места разгрузки к забою - с опусканием ковша до уровня врезания его в грунт.

В связи с тем, что по конструктивным условиям ковш драглайна имеет ограниченные возможности врезания в грунт, следует обращать особое внимание на качество подготовки забоя взрывным и механическим способом.

Наибольшая и рекомендуемая ширина лобовой проходки при работе драглайна зависит от длины и угла наклона стрелы, величины передвижки и угла поворота. Наибольшая производительность драглайна достигается при средних углах поворота в забое 70 90°. Поэтому рекомендуемая ширина проходки обычно составляет 70...80 % максимальной.

Техника безопасности

При работе на экскаваторах следует руководствоваться СНиП "Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования", а также правилами, изложенными в инструкции по эксплуатации экскаватора: В забое экскаватор необходимо устанавливать на ровной спланированной площадке. Работа на уклонах не разрешается.

При работе прямой лопатой в высоком забое необходимо удалять находящиёся сверху козырьки и крупные камни, поскольку при осыпании грунта они могут повредить экскаватор и стать причиной несчастного случая.

Запрещается нахождение людей и производство каких-либо других работ в зоне действия экскаватора; путь передвижения экскаватора в предёлах строительной площадки должен быть заранее спланирован, а на слабых грунтах усилен инвентарными щитами.

Производство земляных работ в зоне расположения подземных коммуникаций (газопроводов, электрокабелей и др.) допускается только с письменного разрешения организации, ответственной за эксплуатацию этих коммуникаций. К разрешению должен быть приложен план (схема) с указанием расположения и глубины заложения коммуникаций. До начала работ необходимо установить знаки, указывающие место рас положения подземных коммуникаций.

При приближении к подземным коммуникациям земляные работы должны производиться под наблюдением прораба или мастера, а в непосредственной близости от газопровода и кабелей, находящихся под напряжением, кроме того, под наблюдением работников газового хозяйства и электрохозяйства.

Разработка грунта в непосредственной близости от действующих подземных коммуникаций допускается только вручную лопатами; использовать ломы, кирки и пневмомашины запрещается.

Погрузка грунта в самосвалы экскаватором должна производиться со стороны заднего или бокового бока самосвала. Нахождение людей во время погрузки между экскаватором и транспортным средством запрещается.

Во время перерывов в работе ковш экскаватора должен быть опущен на землю. После окончания работы машинист экскаватора обязан не только прочно установить ковш, но и затормозить экскаватор.

В пределах призмы обрушения запрещаются складирование материалов, движение и установка строительных машин и транспорта, а также установка столбов линий связи.

Производство работ в траншеях и котлованах, подвергающихся увлажнению после их полного или частичного отрытия, допускается в том случае, если будут приняты меры предосторожности против обрушения грунта. Для этого прорабу или мастеру необходимо тщательно осмотреть состояние откосов перед началом работы каждой смены; необходимо обрушить грунт в местах обнаружения нависей и трещин у бровок и на откосах; временно прекратить работы до высыхания грунта; уменьшить крутизну откосов на участке, где производство работ является неотложным.

Выбор транспортных средств

Выбор транспортных средств производится с учетом следующих требований:

технологические параметры самосвала (высота борта кузова и его размеры) должны соответствовать параметрам экскаватора;

вместимость кузова самосвала должна обеспечивать погрузку не менее трех ковшей грунта (обычно 3-6 ковшей).

В зависимости от плотности в кузове самосвала помещается различный объем грунта, в свою очередь объем грунта в ковше экскаватора также зависит от плотности грунта и наполнения ковша (табл.5).

Таблица 5

Коэффициент наполнения ковша К н

Экскаваторы-планировщики

Экскаваторы-планировщики имеют телескопическое оборудование, которое применяется на универсальных экскаваторах как сменное оборудование (например, экскаватор ЭО-3322), а на некоторых специальных экскаваторах оно является единственным видом оборудования.

Телескопическое оборудование выпускается на экскаваторах 3-й размерной группы и имёет нормальные и удлиненные стрелы. Оно предназначено в основном для производства зачистных работ на откосах насыпей и выемок. Его основные параметры выбирают из условия возможности движения ковша без одновременного поворота стрелы, чем достигается большая точность и простота работы.

Общая глубина (высота) планируемой поверхности зависит от крутизны откоса. Если длина откоса больше рабочих параметров экскаватора, откос делят на зоны, длина которых равна величине хода выдвижной части стрелы (рис.9, а). Планировку откосов можно производить снизу-вверх или сверху-вниз. Экскаваторы с телескопической стрелой применяют также при планировке площадей (рис.9, б), при работе в стесненных условиях, например в местах пересечения траншей с уложенными ранее коммуникациями (рис.9, в), в этом случае телескопическим оборудованием производится разработка грунта выше и ниже трубопровода. Это же оборудование применяют при разработке грунта в непосредственной близости от строений (рис.9, г), при погрузке грунта в самосвалы или отвал. Размеры стесненных мест составляют по высоте 4,5...5 м, по ширине 8.. м. Глубина разработки 2,5…3 м.

Рис.9. Возможные схемы работы экскаватора с телескопическим оборудованием

а - планировка откосов; б - планировка основания; в - расчистка пространства около трубопровода; г - разработка приямка у стен закрытого помещения; д - разработка траншей с вертикальными стенками и щитами; е - разработка траншеи с откосами

Телескопическое оборудование применяют также при разработке узких траншей с вертикальными стенками с креплением щитами и распорками. Для работы телескопического оборудования требуется места в 3... 4 раза меньше, чем для обратной лопаты. Этим обеспечивается более быстрая установка щитов и уменьшается опасность обрушения незащищенных откосов (рис.9, д). Телескопическим оборудованием можно также разрабатывать котлованы и траншеи лобовыми (рис.9, е) и боковыми проходками.

Экскаваторы непрерывного действия

Роторные (ЭТР) и цепные (ЭТЦ) траншейные экскаваторы обеспечивают разработку траншей и каналов глубиной 2...3 м, шириной понизу 2...3 м с крутизной откосов 1:1 и 1:1,5.

В зависимости от грунтовых условий и глубины траншеи разрабатывают с вертикальными стенками или откосами. Разработка траншей с вертикальными стенками роторными и цепными экскаваторами в связных грунтах (суглинках, глинах) для укладки трубопроводов плетями на глубину не более 3 м допускается без креплений. В местах, где спускают рабочих в траншею для выполнения работ, устраивают на нее обходимых расстояниях откосы и крепления.

До начала работы экскаватора поверхность земли по трассе траншеи обычно планируют бульдозером. Рытье траншеи, как правило, начинают со стороны низких отметок продольного профиля и ведут навстречу уклону для стока поверхностных и грунтовых вод.

Длинные траншеи можно разрабатывать одновременно несколькими роторными и цепными экскаваторами. Каждому экскаватору выделяется участок длиной 1...5 км в зависимости от условий строительства.

Если параметры рабочего органа ЭТР или ЭТЦ не позволяют разработать траншею до проектной глубины, то применяют совместную работу экскаватора с бульдозером.

По первой схеме (рис.10, а) вначале бульдозерами или скреперами отрывают выемку шириной 3,5...3,6 м, планируют дно этой выемки и затем углубляют до проектной отметки роторным экскаватором. Максимальная глубина траншеи в этом случае составит 4 м (2+2), причем около 70 % грунта разрабатывается менее производительными машинами (бульдозерами или скреперами).

Рис.10. Схемы разработки глубоких траншей роторными экскаваторами и бульдозерами

а - последовательная; б - параллельная; в - комбинированная; 1 - разработка бульдозером; 2 - разработка роторным экскаватором

По второй схеме (рис.10, б) пионерную выемку разрабатывают в два этапа: вначале отрывают траншею роторным экскаватором, а затем выемку уширяют до необходимых размеров. При этой схеме объем грунта, разрабатываемый бульдозерами, составляет до 50%.

По третьей схеме (рис.10, в) выемку разрабатывают двумя проходами экскаватора, которым выполняются две параллельно расположенные траншеи. Оставшийся целик грунта разрабатывают косопоперечными проходками бульдозера, при этом срезают и выполаживают откос выемки со стороны отвала, куда бульдозер транспортирует грунт. При этой схеме бульдозером дорабатывается менее 50 % общего объема грунта.

Универсальные машины) выполняют подавляющее большинство планировочных, фундаментных, .

Применение экскватора для разработки и выемки грунта в частном строительстве

В загородном строительстве востребована , универсальными экскаваторами-погрузчиками. Разработка грунта обеспечивает большую часть планировочных работ на стройплощадках, в обширных загородных усадьбах.

Цены на разработку грунта за 1м3 механизированным способом

Разработка грунта механизированным способом	Цена
Разбивка и планировка основания, м2
Механизированная разработка грунта экскаватором в отвал, м3
Срезка растительного слоя (толщиной до 250 мм) бульдозером, м3
Механизированная разработка грунта, м3
Вывоз разработанного грунта механизированными средствами с погрузкой на автотранспорт, м3
Вывоз разработанного грунта автотранспортом
Уплотнение грунта, м3
Механизированная разработка грунта экскаватором с погрузкой в самосвалы, м3	договорная
Обратная засыпка грунта механизированными средствами, м3
Обратная засыпка грунта в пазухи траншей и котлованы с тромбованием и поливкой водой, м3
Разработка грунта механизированным способом на проектные отметки с погрузкой и вывозом грунта до 1 км.	от 110 руб.
Разработка котлована механизированным способом на проектные отметки с погрузкой и вывозом грунта до 1 км. и содержанием отвала	от 200 руб.
Разработка котлована механизированным способом на проектные отметки с погрузкой и вывозом грунта до 20 км.	от 350 руб.
Разработка котлована механизированным способом на проектные отметки с погрузкой и вывозом с подтверждением ИНТУС (талоны) грунта до 20 км.	от 400 руб.
Выезд специалиста для составления сметы и консультации	Бесплатно
Разработка генплана проведения земляных работ	От 70000 руб.
Разработка Плана Производства (ППР) земляных работ	Договорная
Очистка территории, подготовка территории к строительству, м2	От 45000 руб.
Перемещение грунта вручную по территории с разравниванием и уплотнением, т	От 130 руб.
Обратная засыпка грунта с послойным трамбованием, м3	От 300 руб.
Песчаная подсыпка (подушка 100-150 мм) , м3	От 700 руб.
Перемещение грунта механизированным способом, м3	От 750 руб.
Зачистка дна и стенок траншей и котлованов вручную, м2	От 180 руб.
Погружение опор, труб, шпунта до 20 м, пог.м.	От 750 руб.
	От 270 руб.

Погрузка отличается максимальной скоростью, исключает промежуточные операции. В котлованных работах выемка грунта экскаватором до семи метров, что достаточно для строительства подземных гаражей, подвальных котельных.

При земляных планировочных работах технологии подразумевают как разработку грунта экскаватором в отвал, так и вывоз избыточных объемов земли самосвалами. При складировании грунта из котлована он используется для создания террас на сложных рельефах, формирования прибрежных откосов, засыпки коммуникационных траншей.

Преимущества аренды экскаватора для разработки грунта

Приобретать дорогостоящий экскаватор для эпизодических работ бессмысленно. Небольшие строительные фирмы, частные застройщики для земляных работ . Основными достоинствами компании «ПрогрессАвтоСтрой» признаны собственный парк спецтехники (позволяет выбрать оптимальные модели), пунктуальность , квалификация персонала, возможность комплексного заказа (с использованием бульдозеров, самосвалов).

При разработке грунта экскаватором цена аренды зависит , объема работ, мощности, типа экскаватора. Договор с большими объемами земельных работ автоматически включает оптовые скидки. При небольших объемах возможна почасовая аренда.

Дополнительными выгодами договоров аренды с компанией «ПрогрессАвтоСтрой» становятся:

• возможность рационального планирования;
• отсутствие эксплуатационных расходов;
• заказ дополнительных ;
• круглосуточный прием заявок;
• работа во всех московских округах;
• разрешения на .

Кроме отсутствия забот о ремонте, подготовке техники, пользуются накопительными скидками.