Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за Октябрь 2014

Основными рабочими органами бурового оборудования являются винтовой бур, ударно-поворотное и шарошечное долото. Винтовой бур (рис. 8.1, а) представляет собой штангу 1 с наваренной на ней винтовой спиралью 2, нижняя кромка которой оснащена резцами 3 из твердых сплавов. Ударно-поворотное долото (рис. 8.1, б) — это массивный цилин­дрический стержень 4, на торце которого имеется заостренная рабочая часть 5. Внутри долота просверлен канал 6 для прохождения воздуха или воды. При подаче воды через этот канал происходит ее смешивание с разработанной породой (образуется шлам), чем облегчается удаление породы из скважины.

Шарошечное долото (рис. 8.1, в) состоит из корпуса 7 с тремя лапа­ми 8. Конические шарошки 9 насажены на цапфах и удерживаются про­тив смещения штифтами. Внутри корпуса имеется центральный канал для продувки шарошек сжатым воздухом.

Рабочие органы бурового оборудования приводятся в движение специальными механизмами, монтируемыми на базе колесных и гусенич­ных тракторов, на шасси автомобиля либо являются сменным навесным оборудованием экскаватора или крана. Буровое оборудование в комп­лексе с базовым агрегатом (трактором, автомобилем, экскаватором или краном) образует буровую машину или буровую установку. Примене­ние той или иной буровой машины определяется физическими свой­ствами грунта, в котором производится бурение, диаметром и глубиной требуемых скважин и шпуров. На рис. 8.2 приведена схема наиболее мобильной буровой машины, смонтированной на шасси автомобиля.

Бурильная штанга 4 крепится к раме автомобиля / кронштейном 5 и в транспортном положении (на рисунке она показано пунктирной линией) опирается на упор 2. Для перевода штанги в рабочее положе­ние, показанное на рисунке, служит гидроцилиндр 3. Устойчивое положе­ние бурильной штанги фиксируется домкратом 6. В движение бур при­
водится от двигателя автомобиля, а опускается и поднимается с помощью канатного полиспаста с приводом от двух цилиндров.

Процесс бурения в строительстве применяется при выполнении различных работ: для закладки взрывчатых веществ при разрушении старых фундаментов, при инженерных изысканиях, при водоснабжении, устройстве свайных фундаментов. Бурение — это процесс образования цилиндрических полостей в грунте, бетоне, кирпиче вследствие разру­шения породы и извлечения ее из полости. Образованные бурением цилиндрические полости в зависимости от их диаметра подразделяют на шпуры и скважины. Шпур — полость диаметром до 75 мм, а скважина — полость диаметром более 75 мм.

8.1. Способы бурения и область их применения

Породы разрушаются рабочим органом (инструментом), приводи­мым в движение приводами буровых или ручных машин. Разрушенная порода (шлам) из нижней части полости (забоя) удаляется непосред­ственно рабочим органом, продувкой полости сжатым воздухом с про­мывкой водой и отсосом пыли.

Как конструкция рабочего органа, так и метод удаления шлама в значительной мере определяется способом бурения. Различают механи­ческий и физический способы бурения. К механическому относят вра­щательное, ударное и виброударное бурение, а к физическому — терми­ческое и гидравлическое.

Вращательное бурение основано на разрушении породы путем ее резания и истирания резцом рабочего органа (бура), имеющего одно­временно вращательное и поступательное движение вдоль оси скважи­ны. Скважины можно бурить в разных направлениях — вертикальном, горизонтальном и наклонном, что является достоинством способа. Этот способ характеризуется и высокой производительностью, так как про­цесс бурения происходит непрерывно.

Наиболее эффективен вращательный способ при бурении пород ниже средней прочности (<т < 150 МПа), поскольку при бурении более проч­ных пород кромка резца не в состоянии скалывать стружку значитель­ной толщины и разрушает породу истиранием. Резец быстро изнашива­ется, скорость бурения падает, а следовательно, уменьшается и производи­тельность.

Ударное бурение осуществляется подъемом и опусканием тяже­лого инструмента — бурового долота, которое, нанося удары по разраба­
тываемой породе, разрушает ее. После каждого удара долото поворачивает­ся на некоторый угол относительно своей оси, и новые удары постепенно разрушают породу по всему сечению скважины, придавая ей круглую фор­му. Твердые породы при таком способе бурения раскалываются и дробятся, а мягкие — режутся и сминаются. Использование удара позволяет созда­вать большие нагрузки в зоне контакта долота и породы, что способствует разрушению пород различной прочности. Однако при бурении пород ниже средней прочности ударное бурение уступает вращательному, и его целесо­образно применять для пород выше средней прочности (<х > 150 МПа).

Виброударное бурение сочетает ударное и вращательное. Поро­да разрушается вращающимся рабочим органом, одновременно соверша­ющим частые колебания вдоль своей вертикальной оси, чем достигается повышение скорости бурения. Как и ударное, виброударное бурение при­меняется при разработке прочных пород или при производстве работ в зимнее время.

Термическое бурение осуществляется огнеструйными горелками и высокотемпературными газовыми струями, воздействующими со сверх­звуковой скоростью на разрабатываемую породу. Порода при нагрева­нии расширяется и в результате возникновения напряжений растрески­вается и разрушается. Этот способ применяется при разработке проч­ных пород с высокими абразивными свойствами.

Гидравлическое бурение основано на использовании жидкости (воды), подаваемой в забой под давлением. Этот способ используется для бурения скважин в песчаных и глинистых грунтах. При бурении скальных пород этим способом используется энергия тонкой струи воды (0,8-1,0 мм), имеющей сверхзвуковую скорость при давлении около 200 МПа.

В последнее десятилетие получила развитие технология возведе­ния подземных сооружений способом «стена в грунте» и методом уст­ройства опускных колодцев.

Сущность технологии возведения подземных сооружений способом «стена в грунте» заключается в том, что стены возводимого сооружения устраиваются в узких и глубоких траншеях. Траншеи для будущих стен и фундаментов отрываются на полную глубину специальным землерой­ным оборудованием под слоем глинистого тиксотропного раствора, гид­ростатическое давление которого предотвращает обрушение грунта и проникновение грунтовых вод в траншею. Устройство фундаментов и стен может осуществляться в сборном, монолитном и комбинирован­ном вариантах.

Способ «стена в грунте» наиболее эффективен в сложных геоло­гических условиях, при высоком уровне грунтовых вод, строительстве на густозастроенной территории и вблизи зданий и сооружений.

При сравнении этого способа с традиционными становится очевид­ным его преимущество в отношении экономии материалов, достигаемой благодаря исключению конструкций крепления котлована и уменьше­нию сечения стен, а также исключению дорогостоящих способов водо — понижения и замораживания, сокращению трудоемкости и благодаря возможности прерывать эксплуатацию наземных участков на более ко­роткие сроки, что иногда является решающим фактором в выборе дан­ного способа. Кроме того, сокращается в два-три раза продолжитель­ность строительства и намного снижается стоимость работ.

В зависимости от технологии наибольшее распространение полу­чили две разновидности фундаментов «стена в грунте» — свайные, обра­зуемые буронабивными сваями, и траншейные.

Свайная «стена в грунте» состоит из сплошного ряда вертикаль­ных буронабивных свай.

Траншейный способ сооружения стен является развитием свайно­го; он заключается в том, что с помощью специального штангового или грейферного оборудования к экскаваторам с ковшом емкостью 1 м3 и более разрабатывают траншею шириной 0,3-1 и глубиной 18 м и более.

Для предотвращения обрушения ее вертикальных стенок используют глинистый тиксотропный раствор, обеспечивающий необходимое гидро­статическое давление.

После отрывки на полную глубину траншеи-захватки экскаватор передвигают на новую стоянку, а в траншее возводят монолитную желе­зобетонную стенку. После установки арматурного каркаса бетонную смесь укладывают под глинистую суспензию методом ВПТ.

Для повышения степени индустриализации строительства в после­дние годы применяют технологию «сборная стена в грунте». При такой технологии по мере отрывки траншеи (под глинистым тиксотропным раствором) в нее опускают железобетонные панели. Вертикальные за­зоры между панелями и стенами траншей, а также под днищем панелей заполняют путем нагнетания цементного раствора.

Применение сборных железобетонных панелей позволяет исклю­чить трудоемкие процессы по укладке бетонной смеси, ускорить темпы строительства при высоком качестве подземных конструкций; однако при этом возникают трудности в осуществлении плотного примыкания панелей, их наращивания, заполнения всех пустот и т. п. После возведе­ния стен подземных сооружений внутри ограждения вынимается грунт.

Опыт показал, что способ «стена в грунте» может быть успешно использован при строительстве: гражданских подземных нежилых поме­щений (гаражей, торговых центров, складов, кинотеатров и т. д.); про­мышленных подземных помещений; водозаборных сооружений (насос­ных станций, очистных сооружений); подземных улиц и проездов, транс­портных тоннелей мелкого заложения; фундаментов зданий и огражде­ний котлованов для устройства подземных помещений вблизи зданий.

Выбор землеройной техники для разработки траншей зависит от формы «стены в грунте», места расположения сооружения, глубины тран­шей, а также от вида и категории грунтов. Его обычно производят в два этапа: на первом отбирают по техническим характеристикам землерой­ные машины с учетом требуемой ширины и глубины траншей, формы и размеров сооружения в плане, а также геологических условий; на вто­ром производят на основании технико-экономических расчетов (по при­веденным затратам) выбор рационального оборудования.

На рис. 7.33 представлен штанговый экскаватор конструкции НИИИСПа для разработки траншей при глубинах до 30 м в грунтах I—IV групп.

Траншеи, близкие по форме к кольцевым, лучше всего разрабаты­вать штанговыми экскаваторами или грейферами с захватом неболь­шой длины.

Для проходки траншеи с вертикальными или наклонными забоями удобны землеройные машины, которые непрерывно или циклично разра­батывают траншею на всю высоту. К таким машинам относятся серий­ные общестроительные обратные лопаты для траншей глубиной до 7,4 м и драглайны для траншей глубиной до 16,3 м, а также бурофрезерные машины СВД-500Р и гидромеханизированный траншеекопатель (ГМТ) для траншей глубиной соответственно до 40 и 20 м. На плотных грунтах (III и IV групп) наиболее эффективно работают грейферные установки с жесткой подвеской к стреле крана.

Рис. 7.33. Штанговый экскаватор: 1 — базовая машина; 2 — подъемный канат; 3 — копровая стойка; 4 — тяговый канат; 5 — ковш; 6 — днище ковша.

Основным агрегатом для перекачки пульпы является грунтовой насос, который представляет собой одноступенчатый центробежный на­сос одностороннего всасывания. Его конструктивное отличие от центро­бежных насосов для чистой воды состоит в приспособлении всех пуль­попроводящих каналов к пропуску включений в грунт. Кроме того, в грунтовых насосах предусмотрен ряд конструктивных особенностей, на­правленных на снижение износа деталей, которые не всегда согласуются с требованиями оптимальных гидравлических условий. Поэтому кпд грун­товых насосов обычно несколько ниже, чем насосов, предназначающих­ся для перекачки чистой воды.

Для перекачки пульпы из зумпфов к месту укладки служат пере­движные забойные землесосные установки, которые монтируются обычно на санях. Основные части установки — грунтовой насос, элект­родвигатель, всасывающий патрубок и электролебедка с укосиной для подъема, опускания и удержания всасывающего патрубка. Для гидро­транспорта грунта из экскаваторного забоя используются также земле­сосные установки с гусеничным, шагающим и железнодорожным ходо­вым оборудованием.

Плавучая землесосная установка, оборудованная рядом специаль­ных устройств, называется земснарядом.

Благодаря подвижности и высокой производительности земснаря­ды успешно применяют в естественных водоемах, при искусственном затоплении разрабатываемого участка и отрывке каналов. Являясь пла­вучими агрегатами, земснаряды не ограничены массой, размерами, давле­нием на грунт, что позволяет использовать на них оборудование самой большой мощности. Благодаря этому земснаряды относятся к самым производительным агрегатам гидромеханизации земляных работ, однако по сравнению с гидромониторами они транспортируют пульпу с боль­шим содержанием воды.

По силовому оборудованию земснаряды классифицируются на электрические и дизельные; по производительности — на земснаряды малой мощности (до 100 м3/ч), средней (100-500 м3/ч) и большой (бо­лее 500 м3/ч).

Земснаряд представляет собой судно с надстройкой. Для удержа­ния земснаряда на рабочем месте и для его рабочих перемещений слу­жат свайный аппарат и папильонажные лебедки, позволяющие произ­водить веерообразные перемещения всасывающего устройства и посту­пательное движение земснаряда. Для этого земснаряд закрепляется на одной из двух свай свайного аппарата. Постепенным разматыванием и наматыванием соответствующих заякоренных канатов земснаряд по­ворачивается вокруг опорной сваи, выемка грунта при этом произво­дится по дуге окружности, очерчиваемой в плане концом всасывающе­го патрубка. После перемещения всасывающего патрубка по всей ши­рине забоя первая свая поднимается, а на дно водоема опускается вто­рая свая. В результате конец всасывающего патрубка может описывать дугу окружности вокруг нового центра, смещенного относительно пер­вого в направлении рабочего перемещения земснаряда. Перемещая так опору с одной сваи на другую, осуществляют рабочее передвижение земснаряда.

Для подъема и опускания свай применяют несколько способов за­хвата. На небольших земснарядах сваи захватывают за верхний конец, а на крупных применяют фрикционный захват сваи, при котором не требу­ется устройство высоких металлоконструкций свайного аппарата.

Папильонажная лебедка служит также для поддержания непрерыв­ного контакта грунтозаборного устройства с грунтовым массивом и со­здания необходимого напора для механического разрушения грунта рых­лителем.

В гидромеханизации земляных работ используются и другие специ­альные вспомогательные устройства и оборудование, с конструкциями которых можно ознакомиться в специальных изданиях.

Гидромонитор — устройство для образования и направления высо­конапорной струи воды при производстве земляных работ способом гидромеханизации.

Общие требования к гидромониторам заключаются: в создании компактной струи воды, не расчленяющейся до достижения грунтового массива; в надежности конструкции, простоте разработки и замены уз­лов и деталей; в минимальных потерях напоров; в легкой управляемо­сти и безопасности.

Гидромониторы различают по способу управления (ручные и дис­танционные), по подвижности (переставные и самоходные), по дально­сти действия (дальнего и ближнего действия); по напору воды (низко­напорные с давлением до 1,2 МПа и высоконапорные с давлением более

1,2 МПа).

Основной тенденцией развития гидромониторной разработки грунта является создание и все более широкое применение новых эффективных конструкций самоходных и дистанционно управляемых гидромониторов. Вместе с тем, большое распространение имеют переставные гидромони­торы с ручным управлением. Так как по требованиям техники безопас­ности гидромониторы с ручным управлением нельзя устанавливать вбли­зи забоя, применяются обычно гидромониторы дальнего действия.

Чтобы подавать водяную струю в разные точки забоя, в совре­менных конструкциях гидромониторов предусмотрена возможность кругового поворота ствола в горизонтальной плоскости, а в верти­кальной — на угол 45-75’. Для обеспечения такой подвижности ство­
ла в конструкции гидромонитора предусмотрена достаточная подвиж­ность соединений.

Для поворота гидромонитора в горизонтальной плоскости служит шарнир горизонтального поворота, а в вертикальной — шарнир верти­кального поворота. Вода поступает по напорному трубопроводу, присое­диняемому к фланцу нижнего колена.

Насадка гидромонитора навинчивается на резьбу ствола. Каждый гидромонитор снабжается несколькими сменными насадками, что позволя­ет изменять диаметр струи и расход воды. Для направления потока воды после прохождения колен и шарниров в стволе установлены струенап­равляющие ребра.

Ручное управление гидромонитором осуществляется водилом. В больших гидромониторах для облегчения управления применяются элек­трические, гидравлические и штурвальные механические системы уп­равления.

Эффективность разработки грунтов повышается при дистанцион­ном управлении гидромонитором, которое позволяет приблизить это ус­тройство к забою и увеличить давление струи на грунт. Кроме того, дистанционное управление повышает безопасность производства работ.

Гидромеханизация — способ производства земляных работ, при котором разработка, транспортирование и укладка грунта осуществля­ются при помощи воды. Гидромеханизация основана на свойстве быстро — движущейся воды размывать грунт и переносить его во взвешенном состоянии к месту укладки, где вследствие уменьшения скорости вода теряет несущую способность, и частицы грунта оседают.

Разработка грунта осуществляется его размывом высоконапорной струей воды, направляемой в забой гидромонитором, или при помощи землесосного снаряда. Для интенсификации размыва грунт обычно пред­варительно разрыхляют.

Образующаяся в забое водно-грунтовая смесь — пульпа — транспор­тируется по трубам при помощи специальных грунтовых насосов, а при благоприятном рельефе местности — самотеком в открытых каналах.

Грунт укладывается в отвал или намываемое сооружение сбросом пульпы на предварительно обвалованные участки — карты. Вследствие падения скорости движения пульпы взвешенные частицы грунта оседа­ют, а осветленная вода отводится для сброса или повторного использова­ния (при гидромониторной разработке).

Укладка грунта может сопровождаться сортировкой его по крупно­сти частиц, что имеет большое значение при намыве плотин и обогаще­нии нерудных полезных ископаемых (песка, гравия и т. п.).

Гидромеханизация отличается высокими эффективностью и произ­водительностью труда (до 300 тыс. м3 грунта в сутки) при относительно простом оборудовании и ограниченном фронте работ. Особенно широко этот способ производства работ применяется в гидротехническом стро­ительстве. На крупных гидротехнических стройках им выполняется до 70-80% общего объема земляных работ. Кроме того, гидромеханизация применяется в специальных областях строительства и горных работ (для добычи и обогащения песка и гравия, при кессонных работах, вскрытии месторождений полезных ископаемых, намыве площадок под строитель­ство гражданских и промышленных объектов, добыче угля, торфа).

Основным недостатком катков статического действия является их большая масса, необходимая для нормальной работы. Эту массу можно значительно снизить при том же уплотняющем эффекте, если рабочие органы машин выполнить вибрирующими.

Вибрационные катки выполняют прицепными и самоходными. Чаще всего в виброкатках применяют центробежные вибровозбудители с кру­говой вынуждающей силой. Их приводят в действие от двигателя внут­реннего сгорания самоходного катка или специально установленного на раме прицепного катка двигателя привода возбудителя.

У самоходных виброкатков вибрирующими выполняют обычно ве­дущие вальцы. Металлоемкость виброкатков в 3-4 раза меньшая, чем катков статического действия. При этом нужное уплотнение слоя грун­та достигается меньшим числом проходов, так как виброкатки наряду со статическим оказывают на грунт и вибрационное воздействие. Сущность
его заключается в том, что периодические возмущения, передаваемые от вибратора в грунт рабочим органом, интенсифицируют перестройку сло­жившейся структуры грунта, в результате чего получается более плот­ная упаковка грунтовых частиц.

Для уплотнения несвязных грунтов и гравийно-песчаных материа­лов в стесненных или недоступных для других машин местах применя­ют вибрационные плиты. Кроме плит в комплект оборудования вхо­дят вибратор, двигатель, система подвески и механизм управления. Для привода вибраторов на вибрационных плитах чаще всего используют двигатели внутреннего сгорания — дизельные или карбюраторные. По принципиальной схеме эти устройства могут быть одно — и двухмассны­ми. В первом случае вибратор и двигатель установлены непосредствен­но на плите. Во втором — на плите монтируют лишь вибратор, а двига­тель устанавливают на специальную раму, соединенную с плитой упру­гими элементами. В этом случае в колебательное движение приводится лишь нижняя часть, тогда как верхняя, подрессоренная, не колеблется, но воздействует на грунт общей массой статического давления.

К машинам статического действия относят прицепные, полуприцеп — ные и самоходные катки. Рабочими органами катков являются металли­ческие вальцы (гладкие, кулачковые, решетчатые) или колеса с пневма­тическими шинами. Вследствие простоты и экономичности уплотнения грунтов этими машинами они получили наибольшее распространение.

Катки с гладкими вальцами применяют давно, начиная со Средних веков, главным образом для уплотнения несвязных грунтов. Однако в настоящее время вследствие малой глубины уплотнения (до 20 см) эти катки используют в основном в качестве рабочих органов вибрацион­ных машин.

Рабочий процесс катков с гладкими вальцами состоит из много­кратного перекатывания вальцов по поверхности уплотняемого грунта, т. е. цикличного воздействия на него. Деформации и связанное с ними уплотнение происходят в результате давления, создаваемого силой тя­жести вальцев.

Эффективным средством уплотнения связных грунтов являются кулачковые катки. В отличие от катков с гладкими вальцами на их повер­хности имеются бандажи с укрепленными на них кулачками (рис. 7.31). Каждый бандаж состоит из 2-3 частей, соединяемых болтами. Кулачки размещают на поверхности катка в шахматном порядке.

В начале работы кулачки полностью погружаются в грунт, в связи с чем в контакт с его поверхностью может входить и валец катка. При погружении кулачков под каждым из них образуется уплотненное ядро, как бы упирающееся в плотное основание. Так как на поверхности вальца имеется много кулачков (20-25 шт. на 1 м2), после прохода катка по поверхности грунта на нем остается соответствующее число «ядер», рас­положенных в шахматном порядке.

При последующих проходах катка грунт уплотняется в промежут­ках между ядрами. При каждом проходе кулачки погружаются в грунт на меньшую глубину и между поверхностью грунтового слоя и вальцем
катка образуется увеличивающийся просвет, указывающий на уплотне­ние укатываемого слоя. Характерные углубления, создаваемые кулачка­ми по поверхности грунта, способствуют сдавливанию укатываемых сло­ев в единый массив и повышают качество его уплотнения.

Прицепные кулачковые катки используют как одиночные, так и в сцепе нескольких. При сцепе из двух катков иногда первым устанавли­вают кулачковый, а вторым гладкий. Для достижения необходимого уп­лотнения грунта кулачковые катки перемещаются по одному месту обычно до шести-восьми раз.

Кулачковыми катками уплотняют только связные грунты. Для уп­лотнения как связных, гак и несвязных грунтов используют катки на пневматических шинах, имеющие несколько колес, установленных в один ряд (рис. 7.32).

Подвески колес предусматривают жесткие и независимые. У катков с жесткой подвеской ось колес укрепляют на продольных балках рамы, которую размещают обычно над колесами. На раме устанавливают кузов для балласта. Основной недостаток катков такой конструкции — пере­грузка отдельных колес при движении катков по неровной поверхности. В результате укатываемая полоса неравномерно уплотняется по ширине, а отдельные элементы катка перегружаются. Этих недостатков не имеют катки с независимой подвеской колес, при которой каждое колесо может перемещаться в вертикальной плоскости независимо от остальных. Каж­дая секция таких катков жестко связана с балластным ящиком или плат­формой. Балластом могут служить грунт или бетонные блоки.

Контактные давления на поверхности грунта, а следовательно и ха­рактер напряженного состояния под колесами, определяются размерами шин, давлением воздуха в них и нагрузкой на колесо. Эти параметры и являются главными.

Пневматические шины имеют сравнительно небольшую ширину, поэтому при уплотнении грунт под ними отжимается в сторону. Вос­препятствовать отжатию может боковая пригрузка, которую создают со­седние колеса, причем тем эффективнее, чем будет меньшим зазор меж­ду ними. Поэтому колеса нужно ставить ближе друг к другу. Однако при слишком частом расположении колес увеличивается их число при по­стоянной ширине полосы уплотнения. Это, в свою очередь, снижает нагрузку на каждое колесо.

Долговечность и устойчивость земляных сооружений и сооружений, возведенных на грунтовых основаниях, зависят от качества уплотнения. Уплотнение грунтов — одна из важных операций в технологическом процессе строительства. Качество уплотнения зависит от правильного подбора и использования уплотняющего оборудования, определяемого ха­рактером грунтов и условиями производства работ. Грунты уплотняют в насыпях, на откосах, при засыпке траншей и котлованов, на больших пло­щадях и в труднодоступных местах, в стесненных условиях. Для таких разнообразных условий работы требуются особые машины, которые раз­личаются как по конструкции, так и по принципу действия. Основная мас­са машин предназначена для уплотнения насыпных грунтов.

Процесс уплотнения грунтов включает в себя две идущие парал­лельно операции: разрушение существующей структуры грунта и созда­ние новой, более устойчивой к различным механическим воздействиям. Чем менее прочна исходная структура грунта, тем легче она разрушает­ся и, следовательно, тем эффективнее уплотнение, и наоборот. При уп­лотнении частицы грунта смещаются. Это необходимо для наиболее ком­пактной их укладки, вытеснения жидкой и газообразной фазы и сопро­вождается уменьшением объема и формированием плотной и прочной структуры, способной выдерживать нагрузки, связанные с эксплуатацией инженерных сооружений.

Однократная нагрузка и разгрузка грунта вызывает как остаточные, так и упругие деформации, причем остаточные деформации значительно превосходят упругие. При многократном действии нагрузки и разгрузки ^ соотношение упругих и остаточных деформаций постепенно меняется, и * грунт в конце концов приходит в состояние, отличающееся постоян — а ством его упругих свойств. 5

Если увеличить нагрузку сверх той, при которой упругие свойства 3

в

грунта стали постоянными, то в грунте вновь возникнут остаточные де — 3 формации, которые при достаточно большом числе повторений нагрузки и ы разгрузки приведут его в новое стабилизированное состояние с большим § модулем упругости. Увеличивать нагрузку можно лишь до тех пор, пока ь не будет достигнут предел прочности грунта. С дальнейшим повышением © нагрузки появляются преимущественно деформации сдвига, сопровождаю — Ц щиеся трещинами и даже разрыхлением сложившейся структуры. Это § свидетельствует о том, что предел прочности грунта превзойден. §

Рассматривая процесс накопления необратимой деформации уплот­няемого грунта при однократном или периодическом нагружениях, сле­дует иметь в виду, что качественных различий между ними нет. В обоих случаях при одинаковых силах деформации зависят от времени (непре­рывного или суммарного) действия нагрузок. Однако при одинаковом общем времени действия нагрузки рост необратимых деформаций под действием периодического нагружения идет несколько быстрее. Объяс­няется это тем, что во время периодических разгрузок грунта частично или полностью успевает восстанавливаться лишь обратимая часть де­формаций. При этом несколько изменяется взаимная ориентация частиц грунта и уменьшается их самозаклинивание. Поэтому при повторном нагружении деформация грунта облегчается.

С учетом этих свойств грунтов уплотнение их машинами произ­водят посредством периодически повторяющихся нагружений и разгру­зок грунта — так называемых цикличных нагрузок. При таком режи­ме работы чередуются изменения напряженного состояния грунта.

В зависимости от характера нагружений меняются максимальное значение достигаемого напряжения, скорость его изменения и время дей­ствия нагрузки, т. е. основные факторы, определяющие эффективность уплотнения.

Характер изменения напряженного состояния под рабочим орга­ном определяет проявление тех или иных свойств грунта. Поэтому в зависимости от вида нагружения различают статические и динамичес­кие воздействия на грунт. Статическое воздействие характеризуется сравнительно небольшими скоростями изменения напряженного состоя­ния грунта и происходит под действием постоянной или плавно изменя­ющейся нагрузки. Такое воздействие реализуется обычно давлением массивного колеса или барабана, перекатываемого по поверхности уп­лотняемого грунта.

При динамическом воздействии на грунт резко изменяется напря­женное состояние его под ударами массивного элемента рабочего органа вследствие прохождения через грунт ударных волн, вибрационного воз­действия и т. п.

В соответствии с различными воздействиями на уплотняемый грунт выпускают машины статического (прессование, укатка) и динамическо­го (удар, вибрация, удар совместно с вибрацией) действия. Границы меж­ду указанными типами машин часто оказываются довольно расплывча­тыми. Так, при работе машин статического действия наблюдаются дина­мические эффекты, которые в зависимости от конструктивного исполне­

ния машины и режима ее работы могут быть выражены в большей или меньшей степени. Трудно установить также четкую границу между удар­но-вибрационными и вибрационными машинами. Еще сложнее разгра­ничить ударно-вибрационные и ударные машины.

Вместе с тем, несмотря на некоторую неопределенность в границах, подобная классификация машин дает возможность достаточно правиль­но оценивать основные факторы воздействия на грунт.

Роторные траншейные экскаваторы предназначены для рытья тран­шей (под газопроводы, нефтепроводы, водопроводы, кабели связи, трубо­проводы канализации, теплофикации, дренажа и других коммуникаций) большой протяженности с большим объемом земляных выемок, преиму­щественно вне населенных пунктов, когда не требуется частой переброс­ки машин с одного участка на другой.

Роторный траншейный экскаватор состоит из тягача, в качестве которого обычно используют гусеничный переоборудованный трактор, и рабочего органа (рис. 7.30).

Рабочий орган представляет собой жесткий ротор, вращающийся от­носительно внутренней рамы от механического или гидравлического при­вода. По наружному периметру ротора закреплены ковши, обеспечиваю­щие вырезание и перемещение грунта, который, высыпаясь в верхней ча­сти ротора, попадает на направляющие желоба и далее на конвейер, кото­рый укладывает его вдоль траншеи. Подъем и опускание рабочего органа осуществляется при помощи гидроцилиндров и системы рычагов.