Ґрунти для зведення земляних гребель

Зазвичай основну частину греблі зводять із супіску або суглинку, дрібного або середнього піску. Обмежене використання мають ґрунти мулові, жирні або перезволожені важкорозробляючі глини, а також ґрунти, які мають малу вологість у їх природному заляганні.

Водонепроникні елементи гребель влаштовують переважно із глинистих, а іноді супіщаних ґрунтів або штучної суміші з коефіцієнтом фільтрації не вище 10^-4 см/с. Бажано використовувати глинисті ґрунти, які мають природну вологість.

Протифільтраційні елементи можна зводити із штучних оптимальних ґрунтових сумішей, які вміщують глинисті частки, піщаний і великообламковий грунт, а також камінь. Використання цих сумішей дозволяє отримати матеріал з підвищеними фізико-механічними характеристиками і знизити його деформативність, внаслідок чого до 70% осадки ядер відбувається у будівельний період.

Для дренажів і кріплення укосів використовують великий і гравелистий пісок, великообламкові ґрунти і камінь.

Для перехідних зон та зворотних фільтрів використовують піщані і великообламкові як природні, так і штучно виготовлені шляхом відсіву або збагачення природні матеріали.

Для тіла земляної греблі ґрунти отримують або із спеціальних кар’єрів, або із корисних виїмок. Ґрунти корисних виїмок можуть бути використані або безпосередньо в насипи у випадку, коли роботи по них співпадають за часом, або використовуючи проміжні відвали. При цьому враховується взаємне розташування кар’єру і створу греблі, зручності його розробки і доставки ґрунту до місця укладання, наявності на майданчику гідровузла корисних виїмок, ґрунти яких можуть бути використані у тілі греблі, кліматичні умови, природна вологість тощо.

3.3 Підготовчі роботи

До підготовчих робіт входять улаштування землевозних доріг, розбивка елементів тіла греблі на місцевості, підготовка поверхні основи, відведення поверхневих і ґрунтових вод.

Для транспортування максимально використовують існуючі дороги. Якщо будівництво греблі з використанням тільки постійних доріг не можливо, то в підготовчий період влаштовують землевозні дороги з двобічним або однобічним (тільки під час кільцевого руху) рухом.

3.4 Розбивка елементів греблі на місцевості

Грунт відсипають в тіло греблі після виконання геодезичних розбивних робіт по винесенню у натуру проекта і встановлення відповідних планових і висотних розбивних знаків. Розбивні знаки закріплюють на місцевості встановленням стовпів за межами споруди і кілків на місці робіт. Ці знаки повинні бути збережені або на весь період будівництва, або на час будь-якої роботи.

3.5 Підготовка поверхні основи греблі

До початку робіт ретельно підготовлюють основу греблі: очищують її від дерев і кущів, викорчовують пеньки і корені, видаляють або закопуюють великі валуни, переносять будови за межі споруди, що зводять. З поверхні греблі видаляють рослинний і перезволожений ґрунти, торф із ступінню розкладання менш 50 %. Плодючий шар знімають і укладають зазвичай у нижньому б’єфі у відвал для використання його у наступному під час рекультивації порушених і малопродуктивних сільськогосподарських земель, а також при благоустрої ділянок і закріпленні низинного укосу греблі. Зняття родючого шару ґрунту із площ, що затоплюються водосховищем встановлюється завданням на проектування. Родючий шар знімають зазвичай у талому стані. Під час знімання, складування і зберігання родючого шару повинні бути вжиті заходи, які виключають погіршення його якості.

Грунт основи розробляють з недобором до проектної позначки на 10 – 15 см; захисний шар видаляють безпосередньо перед відсипанням перших шарів ґрунту тіла греблі.

По закінченні усіх робіт складають акт о готовності основи (як на приховані роботи), де фіксують топографічні позначки, геологічні умови, характер і обсяг виконаних робіт по підготовці основи, результати аналізу ґрунтів і їх відповідність вимогам проекту, дані про ґрунтові води тощо. Лише після цього з дозволу приймальної комісії починають відсипання ґрунту в споруду.

3.6 Укладання ґрунту

Основні елементи ґрунтової греблі (упорні призми, екран або ядро та перехідні зони) зазвичай зводять одночасно, але з деяким відставанням. Понур можна робити незалежно від укладання ґрунтів в інші частини греблі.

Зведення однорідних земляних гребель (без протифільтраційних елементів) починають з відсипання ґрунту в найбільш понижені ділянки горизонтальними або малонахиленими (з укліном до 0,5 % в бік верхнього б’єфа) шарами для забезпечення стоку атмосферних опадів. При наявності зуба глибокого сполучення греблі укладання ґрунту починають з нього. Основу перед відсипанням ґрунту зволожують (або підсушують) до оптимальної вологості, а потім ущільнюють. Безпосередньо перед укладанням першого шару зі зв’язних ґрунтів гладеньку поверхню ущільненої основи розрихлюють боронуванням на глибину до 5 см. Також розрихлюють поверхню кожного ущільненого шару ґрунту укладанням на нього наступного. Цього не роблять при ущільненні ґрунту кулачковими або пневмоколісними котками.

Для забезпечення безперервності процесу зведення греблі робочу поверхню насипу розбивають в плані на ділянки-карти і на кожній послідовно виконують наступні основні роботи (операції): транспортування і відсипання ґрунту, його розрівнювання, зволоження (підсушування) і ущільнення (див. рис. 3.1). За необхідності склад робіт може бути доповнений або скорочений. Так, грунт з оптимальною природною вологістю не потребує роботи по дозволоженню. Зв’язний грунт зазвичай дозволожують у кар’єрі, що також виключає операцію дозволоження на карті.

Площу карт, які відсипаються одночасно визначають за формулою 3.1:

F= , (3.1)

де П_Е – змінна продуктивність ведучого механізму, м³/зм; Т_ЗМ – тривалість зміни, год; h – товщина шару відсипання, м.

Довжина карти обмежується найменшою протяжністю ділянки, що ущільнюється і залежить від типу котка і прийнятої схеми руху; її призначають в межах від 50 до 100 м при ущільненні самохідними котками і до 200 м причіпними. Грунт у карти постачають автосамоскидами або скреперами. Спосіб доставки залежить від відстані транспортування, рельєфу місцевості і висотного розташування кар’єру. Грунт розвантажують по всій площі карти у шаховому порядку конусами і розрівнюють смугами. Для розрівнювання ґрунту уздовж смуг використовують бульдозер з відвалом, ширина якого на 10 – 20 см більше діаметра підошви конуса.

Рисунок 3.1 – Розподіл ділянки однорідної греблі на карти у випадку зволоження ґрунту у кар’єрі:

1 – автосамоскид; 2 – бульдозер; 3 – осі напрямку руху автосамоскидів;

4 – порядок руху котка; 5 – коток

Відстань між осями конусів уздовж смуги, що відсипають визначається за формулою 3.2:

L= , (3.2)

де d_К – діаметр підошви конуса відсипання, м; b – ширина відвалу бульдозера,м; h_Р – товщина шару, що відсипають і розпушеному стані, м.

Грунт розрівнюють рівним шаром убік верхнього б’єфа. Глинистий грунт в тонкі протифільтраційні елементи греблі (ядро, екран) укладають горизонтальними шарами.

Пошарове відсипання ґрунту ведуть зазвичай від бровки насипу до середини, на надмірно зволожених і слабких основах до висоти 3 м від середини насипу до краю, а далі – від країв до середини.

3.7 Ущільнення ґрунту

Грунт представляє собою трифазну систему, що складається з твердих мінеральних часток, води та повітря. У процесі ущільнення під дією статичного або динамічного навантаження відбувається зближення часток ґрунту внаслідок витискання води та повітря, при цьому дрібні частки переміщуються в пори між крупними. У разі цього щільність скелету ґрунту збільшується, а пористість і водонепроникність зменшується.

В залежності від способу дії на грунт для його ущільнення, тобто для переміщення часток і їх більш компактної укладки, розрізнюють наступні способи ущільнення: машинами статичної дії (укатування), машинами динамічної дії, машинами комбінованої дії, відсипанням ґрунту у воду.

У свою чергу ущільнення машинами статичної дії поділяється на ущільнення котками: гладкими, пневмоколісними, кулачковими, решітчастими.

При застосуванні гладеньких котків ущільнення відбувається за рахунок силової дії на грунт у період його руху.

Котки с гладенькими вальцами мають найбільше розповсюдження. Їх переваги – простота конструкції. Недоліки – нерівномірне передавання напруг на грунт і нерівномірність ущільнення в межах товщі. Ефект ущільнення залежить від параметрів (розмірів) котка – ваги, лінійного тиску на грунт, радіуса барабана і режиму ущільнення (кількості проходок, швидкості руху котка).

Ущільнення пневмоколісними котками. Сутність – така ж сама, як і для гладеньких котків. Переваги – деформується не тільки грунт, але і сама шина, що приводить до відносно більш рівномірного розподілення напруг у ґрунті по глибині.

Ущільнення кулачковими котками. Сутність методу – ущільнення (тобто перегрупування часток) за рахунок підвищеного тиску під кулачком.

Спосіб ефективний у зв’язних ґрунтах, де потребуються підвищені напруги. Напруга на один кулачок повинна бути руйнівною для даного ґрунту, але не такою, щоб кулачок вдавлювався на всю висоту.

Ущільнення машинами динамічної дії. Ущільнення відбувається під дією удару. Робочими органами трамбувальних машин є плити різних розмірів, різноманітної ваги і форми, які скидаються з різних висот (рис. 3.2).

Рисунок 3.2 – Ущільнення ґрунту трамбуванням:

а – плитами на базі крана-екскаватора; б – плитами при зворотній засипці котлованів у стиснених умовах; в – трамбувальною машиною на базі гусеничного трактора; г – вальцевою трамбівкою на крутих укосах

Дія удару відбувається у короткий проміжок часу. Кінетична енергія плити, що падає, передається часткам ґрунту, викликаючи їх переміщення та щільне укладання. Опір по мірі занурення плити зростає, а отже і сила удару змінюється від максимуму в момент торкання до 0 в кінці занурення.

Ущільнення машинами вібраційної дії. Сутність методу ущільнення перегрупування часток за рахунок їх коливань, викликаних вібраційними машинами. Машини вібраційної дії передають ґрунту часті коливальні рухи. Зв’язки між частками руйнуються. Через їх різні сили інерції та імпульси відбувається взаємне переміщення і більш компактне укладання ущільнення.

Процес вібрації також значно зменшує умовні коефіцієнти внутрішнього тертя ґрунтів, що зменшує опір часток тертю. Так сухий дрібнозернистий пісок має коефіцієнт внутрішнього тертя до вібрації – 0,5, під час вібрації – 0,07, а після вібрації – 0,85.

3.8 Особливості виконання робіт по ущільненню при зведенні якісних насипів

Для ущільнення суглинків, супісків та інших зв’язних ґрунтів застосовують спосіб укатування котками статичної дії. Незв’язні ґрунти (піщані, гравелисті і т.п.) ущільнюють трамбуванням ударами плит або вантажів, що падають вільно або примусово, а також вібрацією із застосуванням віброкотків і віброплит.

Ущільнення ґрунту на греблі виконують проходками зазвичай уздовж споруди з рухом причіпного котка за кільцевою схемою з розвертанням у торцях карт великого розміру (рис. 3.3 б), а самохідного котка за човниковою схемою на робочих картах меншого розміру (рис. 3.3 а).

а

б

Рисунок 3.3 – Рух котка при ущільненні вузьких (а) та широких (б) карт:

1 – ділянка, що укатується; 2 – вісь руху котка; 3 – перекриття смуг укатування

0,15–0,20 м; 4 – вісь насипу; 5 – напрям укатування від краю насипу до її середини, цифри у колах – номери проходок

Швидкість руху котка для першої і двох останніх проходок рекомендується приймати у межах 1,5 – 2 км/год, для усіх проміжних – 3,5 – 7,5 км/год.

Чим довше карта, тим ефективніше використовуються катки. Довжину ділянки приймають 100 – 300 м.

Для попередження обвалення відкосу греблі перші дві проходки катка виконують з віддаленням від бровки на ширину двох-трьох смуг, а потім, суміщаючи кожну наступну проходку катка в бік бровки. Що наближається до неї на відстань не ближче ніж на 0,5 м.

При ущільненні піщаних та пухких ґрунтів для запобігання заривання в них важких котків ущільнення починають легкими гладенькими або пневматичними катками, виконуючи підкатку з невеликою кількістю проходок (дві), а потім ущільнення продовжують важкими котками.

При ущільненні у стиснених умовах, коли розвертання причіпних катків ускладнено, застосовують самохідні катки або вібротрамбівки.

Підготовлений до ущільнення грунт не гаючи часу укатують, щоб уникнути перезволоження атмосферними опадами. З цією ж метою поверхню карт роблять з невеликим укліном у бік верхнього б’єфа, а при невеликій площі карт вкривають.

3.9 Особливості ущільнення великоуламкових ґрунтів

Великоуламкові ґрунти – скельні подрібнені породи (кам’яне накидання).

Відсипання таких ґрунтів також виконують шарами.

Існують наступні способи: малими шарами (1 – 3 м) з ущільненням важкими котками (іноді завантаженими автосамоскидами), великими шарами (10 – 15 м) з ущільненням гідромоніторами, із замиванням піску (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 – Схеми ущільнення великоуламкових (скельних) ґрунтів:

а – важкими котками і навантаженими автосамоскидами; б – гідромоніторного струменя;

в – замиванням піску; 1 – різнозерниста гірська маса з великим вмістом дріб’язку; 2 – коток (навантажені автосамоскиди); 3 – автосамоскид; 4 – гірська маса з обмеженим вмістом дріб’язку; 5 – гідромонітор; 6 – гірська маса з обмеженим вмістом дріб’язку із замиванням піском; 7 – подавання піщаної пульпи для замивання

Перший спосіб – при відсипанні різнозернистої гірської маси з великим вмістом дріб’язку. Товщина шару H_ш >3D _max.

Другий спосіб – для відсипання відсортованих скельних порід для виключення сегрегації при скиданні з укосу. Витрати води гідромонітора 1 – 4 м³ на 1м³ накидання.

Третій спосіб – при необхідності підвищення надійності греблі (Асуанська гребля).

Для можливості замивання – спеціальні вимоги до накидання з обмеженням дріб’язку (дріб’язок <100 мм – 50 – 60%).

Явище розшарування матеріалу за крупністю при падінні на відкосі називається сегрегацією. Для зниження сегрегації застосовують ґрунт з меншою різнозернистістю, зменшують товщину шару, що відсипається, і використовують ґрунти з оптимальним зволоженням.

3.10 Зведення якісних насипів відсипанням ґрунту у воду

При зведенні якісних насипів відсипанням ґрунту у воду тіло греблі або будь-який елемент розбивають на карти, які насухо обваловують дамбами з того ж самого ґрунту висотою, яка дорівнює товщині шару, що відсипаний. Обваловані карти заповнюють водою нижче позначки обвалування на ∆h, м (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 – Схема відсипання греблі способом відсипання ґрунту у воду:

1 – дамби обвалування; 2 – відсипаний ґрунт у воду; 3 – труба для видалення надлишків води; 4 – сусідня карта; 5 – поверхня попередньої карти; h₁ – глибина води у ставку

Розміри карт призначають зазвичай виходячи зі змінної продуктивності обладнання, яке бере участь у роботі.

Грунт із кар’єру подають на греблю і розвантажують безпосередньо у ставок або з наступним скиданням бульдозером піонерно під укіс у воду ставка.

Греблі можна зводити пошаровим відсипанням у воду лесовидних суглінків, морених, глинистих і піщаних ґрунтів. Товщину шару відсипання при зведенні споруди із піщано-гравелистих ґрунтів приймають у межах 4 – 6 м, із пісків і супісків – до 4 м, із суглинків – до 2 м, із важких суглинків та глин – до 1 м.

Ущільнення ґрунту відбувається під дією його особистої ваги та ваги транспортних засобів. При підвезенні ґрунту скреперами скидання ґрунту безпосередньо у воду не допускається. В цьому випадку скидання ґрунту у воду повинно виконуватися бульдозерами.

Рівень води підтримується на постійній позначці. Зайва вода витісняється при відсипанні по трубах чи лотках у сусідню карту або перекачується на вищерозташовану карту насосами.

Відсипання повинно виконуватися безперервно до повного заповнення ставка ґрунтом. У разі вимушеної перерви у роботі більш ніж 8 годин вода зі ставка підлягає видаленню.

Цей спосіб виключає роботи по розрівнюванню і ущільненню ґрунту, збільшує тривалість будівельного періоду завдяки можливості працювати в дощову погоду та при від’ємних температурах. Для зведення гребель та дамб використовують зв’язні ґрунти. Особливо він ефективний при ґрунтах, які легко розмокають. Можна зводити насипи і із глин, які не розмокають, але при наявності в них 20 – 30% дрібної фракції, яка омонолітить великі грудки.

Товщина відсипання h, глибина води у ставку h₁ і запас шару ґрунту, що незволожений ∆h (рис. 3.5) залежать від властивостей ґрунтів, вантажопідйомності транспортних машин і орієнтовно можуть бути прийняті за таблицею 3.1.

Таблиця 3.1 – Рекомендована товщина відсипання ґрунту у ставок

Товщина шару відсипання h, м	Вантажо-підйомность машини, т	Значення h1 та ∆h, м, при різноманітних ґрунтах
Супісок і суглинок	Середній суглинок	Важкий суглинок
h1	∆h	h1	∆h	h1	∆h
	≤ 5   ≤ 5   ≤ 5   ≤ 5	0,70 0,65 0,55   1,60 1,55 1,45   2,50 2,45 2,35   3,40 3,35 3,25	0,30 0,35 0,45   0,40 0,45 0,55   0,50 0,55 0,65   0,60 0,65 0,75	0,65 0,60 0,50   1,55 1,50 1,40   2,45 2,40 2,30   - - -	0,35 0,40 0,50   0,45 0,50 0,60   0,55 0,60 0,70   - - -	0,60 0,55 0,45   1,50 1,45 1,35   - - -   - - -	0,40 0,45 0,55   0,50 0,55 0,65   - - -   - - -

Глинисті ґрунти повільно віддають воду, що значно збільшує час консолідації і стримує зростання насипу. Для прискорення віддавання вологи у греблі влаштовують системи вертикальних та горизонтальних (через 3 – 4 м по висоті) дренаж із виведенням їх у трубчастий колектор.

При средньодобовій температурі повітря до мінус 5°С роботи по відсипанню ґрунтів у воду виконуються за літньою технологією без проведення спеціальних заходів.

При температурі зовнішнього повітря від – 5°С до – 20°С відсипання ґрунтів слід виконувати за зимовою технологією, виконуючи додаткові заходи по збереженню позитивної температури ґрунту. Воду у ставок необхідно подавати з температурою вище 50°С (при відповідному техніко-економічному обґрунтуванні).

Розміри карт під час роботи за зимовою технологією повинні призначатися з умов неможливості перерви у роботі; відсипання ґрунтів на карті повинно бути закінчено протягом одного безперервного циклу.

Перед заповненням карт водою поверхня раніше укладеного шару повинна очищатися від снігу та повинно бути забезпечено відтавання верхньої корки мерзлого ґрунту на глибину не менше 3 см.

Питання для самоперевірки

1 Які насипи називають якісними? Наведіть приклади.

2 Які ґрунти використовують для зведення земляних гребель?

3 Наведіть перелік основних підготовчих робіт при зведенні земляних гребель.

4 Підготовка поверхні основи греблі.

5 Укладання ґрунту в греблі.

6 Склад технологічних процесів при зведенні однорідної греблі.

7 Дайте характеристику способів ущільнення ґрунту.

8 Особливості ущільнення великообламкових ґрунтів.

9 Зведення якісних насипів відсипанням ґрунту у воду.

4 ВИКОНАННЯ РОБІТ ЗАСОБАМИ ГІДРОМЕХАНІЗАЦІЇ

4.1 Загальні відомості про гідромеханізацію.

4.2 Сфера і умови застосування гідромеханізації.

4.3 Способи розробки ґрунту і обладнання, що застосовується.

4.4 Гідромоніторна розробка.

4.1 Загальні відомості про гідромеханізацію

Гідромеханізація представляє собою гідравлічний спосіб виконання земляних робіт, що полягає у безпосередньому використанні енергії водного потоку для розробки, транспортування та укладання ґрунту.

При дії води на грунт утворюється гідросуміш – механічна суміш води з частками ґрунту. При її припиненні гідросуміш розпадається на складові, що її утворювали – воду та грунт. Цією властивістю користуються при укладанні, іншими словами – намивання. Розробка ґрунту може відбуватися наступними способами: потоком безнапірної води, яка рухається по поверхні, що розробляється; шляхом всмоктування ґрунту з-під води ґрунтовими насосами; напірним струменем, що розмиває грунт.

Транспортування гідросуміші може бути безнапірним та здійснюватися по канавах, лотках і трубах та напірним і здійснюватися по трубах. Під час гідравлічного транспортування швидкість руху потоку гідросуміші повинна забезпечувати переміщення часток ґрунту у зваженому стані. На місці намивання потік гідросуміші розтікається, втрачає свою швидкість і частки ґрунту випадають. Керування цим процесом дозволяє укладати грунт у потрібних межах та утворювати таким шляхом намивні споруди. Воду, що віддала грунт, відводять за межі споруди.

4.2 Сфера і умови застосування гідромеханізації

Гідромеханізація широко розповсюджена. Її застосовують в гідротехнічному, енергетичному, транспортному та водогосподарчому будівництві, у гірській справі, у кольоровій металургії тощо. За допомогою гідромеханізації розробляють різноманітні виїмки та канали, виконують гідравлічну класифікацію піщано-гравійних матеріалів, добувають корисні копалини, намивають території, хвостосховища, земляні греблі, дамби тощо.

Можливість застосування гідромеханізації залежить від характеру ґрунтів, наявності води та електрики.

Взагалі усі ґрунти підлягають розробці, транспортуванню та укладанню засобами гідромеханізації. Але не всі ґрунти, що розроблені засобами гідромеханізації, можна використовувати для якісного укладання. Найбільш здатні для розробки та намивання піщані та гравелисто-піщані ґрунти.

Вода є основним засобом виконання земляних робіт способом гідромеханізації і тому повинна бути у достатній кількості на місці його застосування. Кількість води, необхідної для розробки та транспортування 1 м³ ґрунту, знаходиться у межах від 3,5 до 30 м³. Кількість електрики, необхідної для переробки 1 м³ ґрунту, складає у середньому 3,5 – 5кВт∙год.

Гідромеханізація відрізняється від інших способів земляних робіт безперервністю та поточністю технологічного процесу, простотою та економічністю. Під час транспортування ґрунту водою не потрібно грунтовозних доріг, а гідравлічне укладання ґрунту не пов’язано із застосуванням зволожуючих, розрівнюючих та ущільнюючих механізмів.

Порівняно із насипним способом зведення земляних споруд гідромеханізація дозволяє скоротити терміни будівництва та знизити вартість споруд, що зводяться. Трудомісткість намивних споруд у 3 – 6 разів нижче ніж при насипному способі.

До недоліків способу слід віднести можливість заболочування території та вододжерела при намиванні.

4.3 Способи розробки ґрунту і обладнання, що застосовується

Безнапірне розмивання або змивання ґрунту безнапірною водою. Це розмивання засноване на розмивній здатності потоку води. Його застосування можливе у тих випадках, коли є умови для змивання ґрунту під дією потоку, що стікає з піднесених місць.

Землесосна розробка. Розробка ґрунту земснарядами найбільш широко застосовується у гідротехнічному будівництві. Земснарядами називають несамохідні та/або самохідні судна, спеціально обладнані для розробки ґрунту (рис. 4.1). Перші застосовують у будівництві, другі – у днопоглибленні.

Рисунок 4.1 – Землесосний спосіб розробки ґрунту:

1 – всмоктуючий пристрій; 2 – судно з насосною установкою; 3 – опірна паля;

4 – плавуче судно; 5 – береговий пульповід; 6 – обвалування; 7 – земляна споруда, що намивається

На плавучому земснаряді основним агрегатом є ґрунтовий насос, що відрізняється від цетробіжного тим, що пристосований для перекачування не чистої води, а гідросуміші, що вміщує окремі крупні включення розмірами до 0,7 діаметра всмоктуючого патрубка. Під час роботи ґрунтового насосу у засмоктуючій трубі, що занурена під рівень води, утворюється розрідження, частки відриваються від масиву і разом із водою засмоктуються у ґрунтовий насос, що перекачує утворену гідросуміш до місця укладання ґрунту. Обсяг ґрунту, що всмоктується залежить від його гранулометричного складу, щільності та зв’язності, форми поперечного перерізу гирла засмоктуючої труби, швидкості всмоктування, відстані від гирла засмоктуючої труби до ґрунту, що розробляється та швидкості його переміщення. Зазвичай земснаряди обладнують розпушувачами фрезерного типу з ножами (рис. 4.2).

При розробці ґрунту земснаряди здійснюють робочі пересування. Під робочими пересуваннями снаряду мається на увазі його пересування, що забезпечує безперервний контакт фрези з ґрунтом у забої. Робочі переміщення здійснюються за допомогою тросового, пале-тросового та безтросово-хоботного пристосування.

Рисунок 4.2 – Відвальна фреза для земснаряда 350-50Т:

1 – верхня частина ріжучої крайки; 2 – нижня частина змінної ріжучої крайки

У гідротехнічному будівництві найбільш поширено пале-тросове робоче переміщення.

Землесосна розробка може виконуватися на дні річок або водоймищ, а також у обводнених забоях. При цьому забій складається з підводного та надводного уступів. У руслах річок або водоймищ земснаряди можуть працювати при силі вітру до 4 балів та хвилюванні до 3 балів.

Ділянку, яку розробляє земснаряд, розбивають на карти та блоки. Картою називають площу, що розробляють з одного берегового під’єднання, блоком – площу, що розробляють з одного положення берегового магістрального трубопроводу.

4.4 Гідромоніторна розробка

Гідромоніторна розробка полягає у розмиванні ґрунту напірним струменем води, що вилітає з насадки гідромонітору (рис. 4.3). Руйнування ґрунту відбувається за рахунок втрати частками зв’язків зчеплення при динамічній дії струменя води в момент удару та проникнення води по порах та тріщинах у ґрунт, що розмивається. Отримана гідросуміш рухається до місця укладання ґрунту або у зумпф. Місткість зумпфу повинна забезпечувати безперервну роботу ґрунтового насосу протягом 1 – 2 хвилин.

Основним елементом гідромонітора є стовбур, що закінчується насадкою, яка формує водяний струмінь. Вилітаючи з насадки, струмінь має велику щільність та форму, що наближається до циліндричної. Потім по мірі віддалення від насадки струмінь приймає конусоподібну форму. В залежності від насиченості повітрям розрізнюють три ділянки струменя. Для руйнування найбільш ефективною є перша ділянка і зовсім неефективною є третя ділянка. Довжина ділянок залежить від діаметра насадки та напору на вилиті з неї.

а

б

Рисунок 4.3 – Гідромоніторна розробка ґрунту:

а – схема гідромонітора; б – структура гідромоніторного струменя

1 – нижнє коліно; 2 – верхнє коліно; 3 – горизонтальний шарнір; 4 – вертикальний шарнір (шаровий); 5 – стовбур; 6 – насадок; 7 – ричаг з противагою; І – зона щільного струменя;

ІІ – зона часткового насичення струменя; ІІІ – зона сильно насичена повітрям.

Розробка зв’язного та незв’язного ґрунту виконується по-різному. Незв’язні ґрунти зазвичай легко розробляються і тому для розмивання потребується тільки зосереджена дія струменя води. Зв’язні ґрунти розмиваються важче та потребують більшого тиску для розмиву. Для них розмив виконують у два прийоми: спочатку уступ підрізається та обвалюється шляхом утворення вруба, а потім вже змивається розрихлений ґрунт.

Застосовують дві схеми розмивання ґрунту гідромоніторами: знизу уверх при зустрічному забої (рис. 4.4 а) та зверху униз при попутному забої (рис. 4.4 б). При зустрічному забої, який найбільш часто застосовується на практиці, гідромонітор встановлюють на підошві забою або нижньому майданчику уступа і його струмінь направляють назустріч потоку гідросуміші. При попутному забої гідромонітор встановлюють на верхньому майданчику уступа і напрям його струменя співпадає з напрямом потоку гідросуміші. Іноді застосовують суміщення обох схем розмивання – розробку ґрунту попутно-зустрічним забоєм.

При гідромоніторній розробці використовують пересувні ґрунтонасосні установки. Ґрунтовий насос може бути змонтований на металевих салазках або на спеціальній жорсткій платформі, які пересуваються за допомогою трактора. Насос може бути змонтований на понтоні і в цьому випадку пересуватися на плаву.

Продуктивність гідромоніторів та їх кількість повинні бути узгоджені з продуктивністю ґрунтонасосних установок. Забій може складатися з одного або декількох уступів, що визначається глибиною виїмки. Уступ поділяють на блоки за кількістю пересувних гідромоніторно-ґрунтонасосних установок. Блоки поділяють на карти, які розробляють з однієї стоянки за допомогою пересувної ґрунтонасосної установки.

а б

в г д

Рисунок 4.4 – Розроблення ґрунту гідромоніторними пристроями:

а – зустрічним забоєм знизу вверх і транспортуванням пульпи землесосом; б – попутним забоєм зверху вниз; в – зустрічним забоєм знизу вгору із додатковим розмиванням через свердловину; г, д – гідромонітором ближнього бою на гусеничному ходу; 1 – насосна станція; 2 – магістральний водовід; 3 – землесосна установка; 4 – колодязь (зумпф);

5 – гідромонітори; 6 – забій

Питання для самоперевірки

1 Від чого залежить можливість застосування гідромеханізації?

2 Чим відрізняється гідромеханізація від інших способів земляних робіт?

3 Переваги та недоліки способу гідромеханізації.

4 Сутність землесосної розробки ґрунту.

5 Сутність гідромоніторної розробки ґрунту.

6 В чому полягає різниця у розробці зв’язного ґрунту від незв’язного.

7 Які ґрунти найбільш здатні для розробки та намивання?